Dawniej by zwiększyć moc silnika postępowało się zgodnie ze zdrowym rozsądkiem - zwiększało się jego pojemność. Silnik był elastyczny, niewysilony i trwały. Opcjonalnie w małych silnikach zwiększano jego maksymalną prędkość obrotową.
Takie zwiększanie pojemności czy prędkości obrotowej nie mogło trwać w nieskończoność. Przyszły kryzysy paliwowe, potem wprowadzano coraz ostrzejsze normy emisji spalin i nagle okazało się, że potrzeba czegoś ekstra. I to coś się odnalazło - nosi nazwę turbosprężarek i kompresorów. I dziś właśnie troszkę o nich.
Turbosprężarka
Urządzenie proste - wręcz banalne. Spaliny powstałe po pracy silnika napędzają wirnik sprężarki. A ten połączony jest wałkiem z innym wirnikiem, który spręża powietrze, które ma trafić do silnika. A ponieważ to sprężone powietrze jest gorące, a gorące powietrze to rozrzedzone powietrze - trzeba je schłodzić, by zgęstniało. Więc powietrze przechodzi przez magiczne urządzenie zwane intercoolerem, które to urządzenie jest niczym innym jak chłodnicą powietrza. Schłodzone powietrze trafia sobie do sinika. A ponieważ jest go więcej - silnik zaczyna żwawo pracować. Proste i banalne, nieprawdaż?
Jednak przed twórcami turbosprężarek staje kilka wyzwań. Pierwsze z nich to ciśnienie doładowania. Jak jest wytwarzane? Poprzez spaliny. Im szybciej silnik się kręci, tym mocniej napędza turbinę i tym większe jest ciśnienie doładowania. Niby oczywiste, ale silnikowi tak naprawdę potrzebny jest kop w niskich i średnich obrotach. W wysokich jest niepożądany, wręcz zbędny - za wysokie ciśnienie doładowania spowoduje, że komora spalania nie opróżni się do końca podczas otwarcia zaworów, a skompresowane powietrze będzie stawiać opór. I silnik będzie słabł, zamiast przyspieszać. Co za dużo, to niezdrowo. Jak temu zaradzić? Z pomocą przychodzi urządzenie zwane...
Wastegate
Co to takiego? To w gruncie rzeczy obejście, które kieruje spaliny nie na łopatki turbiny, a na kanał obejściowy. Po osiągnięciu założonego ciśnienia sprężania czujnik zaworu N75 porównuje je z ciśnieniem, które znajduje się w kanale dolotowym (ciśnieniem atmosferycznym). Przy założonej różnicy ciśnień zawór otwiera wastegate i to wszystko. Część spalin uchodzi obejściem, część idzie na turbinę, która nie spręża powietrza bardziej, niż to zostało ustalone. Gdy jednak zawór się zatnie - następuje przeładowanie i sterownik wymusza tryb awaryjny (całe spaliny uchodzą przez wastegate i turbina nie pracuje).
Bypass
Przypatrzcie się jeszcze części zimnej turbosprężarki (zaznaczonej na niebiesko na rysunku w poprzednim punkcie). Tu też się dzieją fajne rzeczy. Jest tu tak zwany bypass. Co to i po co to? Załóżmy, że przyspieszasz - silnik jest wkręcony na obroty i z jakichś powodów zdejmujesz nogę z gazu (przy zmianie biegu albo przy zaistniałej sytuacji na drodze). Przepustnica się zamyka, ale turbina jest rozpędzona i nadal spręża powietrze. By uchronić przepustnicę przez zniszczeniem wskutek wzrostu ciśnienia (z drugiej strony przepustnicy tworzy się podciśnienie), wymyślono sprytny zawór, który mierzy różnicę ciśnień przed i za przepustnicą i jak jest zbyt duża, to się otwiera i wypuszcza nadmiar powietrza do kolektora dolotowego. Jednak ludzie kochający tę właściwość turbosprężarek stwierdzili, że wypuszczanie ciśnienia do dolotu jest bezproduktywne i nijakie. Wymyślono więc...
BOV
Czyli Blow Off Valve. Zawór ten jest montowany w miejsce zaworu bypass po zaślepieniu otworu w kolektorze dolotowym. Zatem gdzie wyrzuca nadmiar powietrza? Do atmosfery. Czy jest to bezproduktywne? Tak - równie dobrze mógłby kierować go do kolektora dolotowego. Zatem co jest szczególnego w BOV? Ano jest nim sposób, w jaki ten zawór upuszcza ciśnienie. A sposób ten jest spektakularny. To jest to charakterystyczne pssst (choć niekoniecznie - dźwięki mogą być różne, w zależności od głębokości portfela osoby montującej taki zawór). BOV po prostu brzmi, i to jak!
Anti-Lag
Porozmawiajmy jeszcze o turbosprężarkach jako takich. Generalnie zasada jest taka - im większa sprężarka, tym lepiej. Jednak większa sprężarka zaczyna kręcić się później i gdy jeszcze nie pracuje, powstaje efekt turbodziury. Efekt ten jest szczególnie dokuczliwy w samochodach biorących udział we wszelkiego rodzaju rajdach i wyścigach. Tam poradzono sobie z tym w dość spektakularny sposób. Mianowicie po zamknięciu przepustnicy do kolektora wylotowego (przed turbiną) dodawana jest mieszanka paliwa i powietrza. Paliwo zapala się samoczynnie pod wpływem ciepła, jakie panuje w kanale. Dzięki temu podtrzymywana jest prędkość obrotowa sprężarki i po dodaniu gazu lub po zmianie biegów nie występuje zjawisko turbodziury. Ten system nazywa się Anti-Lag i jego działanie jest spektakularne:
Ponieważ niestety Anti-Lag jest zabroniony na drogach publicznych (a szkoda), to producenci musieli sobie poradzić w inny sposób. Jak? Montując dwie turbinki - jedną małą, a drugą większą. Mała doładowuje silnik na niskich obrotach, po czym doładowanie przejmuje duża sprężarka, która przy niskich obrotach silnika zwyczajnie nie pracuje. Ponieważ takie rozwiązanie jest kłopotliwe - wymyślono turbinę ze zmienną geometrią łopatek. Łopatki sprężarki się składają bądź rozchylają i taka sprężarka może pracować w każdych obrotach praktycznie eliminując zjawisko turbodziury.
Co to jest Twin Turbo i BiTurbo?
Twin Turbo to najczęściej dwie identyczne sprężarki (stosowane w silnikach widlastych). Każda jest niezależnie napędzana przez układ wydechowy każdego z rzędu cylindrów. Zmniejszenie turbosprężarek pozytywnie wpływa na zachowanie silnika i wyeliminowanie turbodziur.
BiTurbo opisałem powyżej - to najczęściej dwie różne sprężarki, z których jedna pracuje nieprzerwanie, a druga załącza się przy określonych obrotach silnika.
Komentarze