Turbosprężarka, a także sprężarka mechaniczna to komponenty, które bardzo często traktuje się w sposób tożsamy. Jednakże w praktyce są to dwa różne rozwiązania. Pierwszy produkt to maszyna wirnikowa, która składa się z turbiny, a ponadto sprężarki. Elementy te znajdują się na wspólnym wale. Pozwala ona doładować silnik spalinowy bądź kocioł parowy. Większa ilość powietrza dostająca się do cylindra przyczynia się do wzrostu mocy silnika. Co więcej, skutkuje to większym stopniem sprężania, a więc wzrostu sprawności całego układu. Zadaniem sprężarki mechanicznej jest także dostarczanie sprężonego powietrza do silnika, co przekłada się na uzyskanie większej energii. Zasadniczą różnicą między tymi strukturami jest źródło zasilania. W sprężarkach mechanicznych zasilanie następuje bezpośrednio z silnika i polega na tym, że koło pasowe napędza koła zębate, a one z kolei obracają wirnikiem sprężarki. Natomiast w turbosprężarkach spaliny z pojazdu wykorzystuje się do napędzania dwóch wirników tj. turbiny i sprężarki. Warto bliżej się przyjrzeć tej kwestii.
Turbosprężarka a sprężarka mechaniczna — różnice
Z punktu wiedzenia inżynierii turbosprężarka i sprężarka mechaniczna są to systemy, których zadanie polega na doładowaniu. Działanie produktów ma na celu dostarczanie sprężonego powietrza do silnika. W konsekwencji do silnika dostaje się dużo więcej tlenu. Uzyskuje się zatem większą energię. Zasadnicza różnica opiera się o źródło zasilania. W przypadku turbosprężarek spaliny samochodowe pozwalają na napędzanie turbiny, a także sprężarki. Natomiast rozwiązanie określane mianem sprężarki mechanicznej zasilane jest bezpośrednio z silnika. Wówczas koło pasowe sprawia, że poruszają się koła zębate, które obracają wirnikiem urządzenia.
Turbosprężarka – jak to się zaczęło, czyli krótka historia doładowania
Na początku motoryzacji doładowanie realizowane było za pośrednictwem sprężarek mechanicznych. W ostatnim dziesięcioleciu dziewiętnastego wieku Rudolf Diesel i Gottlieb Daimler podejmowali pracę nad doładowaniem wykonywanym przez te same tłoki. W następnych latach sprężarki zostały bardzo zmodyfikowane. Zaczęło się od kompresorów śrubowych, tłokowych, walcowych, spiralnych typu G i wielu innych. Ojcem turbodoładowania był inżynier Alfred Buchi. W 1925 roku przeprowadził udaną próbę wykorzystania doładowania turbo w silniku samochodu. Pierwszą turbosprężarkę wyprodukowano w 1938 roku. Była to firma Swiss Machine Works Saurer. Warto zauważyć, że pierwsze samochody wyposażone w turbodoładowanie powstały za Oceanem. Jednakże Ameryka nie poradziła sobie, jeśli chodzi o to rozwiązanie. Współcześnie jest ono skutecznie wypierane przez kompresory mechaniczne.
Mimo że pierwsza turbosprężarka została wyprodukowana przez szwajcarską firmę, to prawdziwymi pionierami byli Niemcy. Największy rozkwit nastąpił, gdy niemieckie firmy zajęły się określonym tematem.
Pierwszy europejski samochód mający motor z turbodoładowaniem zaprezentowała firma BMW. Istotne jest także to, że w 1981 roku niemiecki producent podzielił się z amerykańskim rynkiem Volkswagenem Golfem TD, który był dieslem z turbo doładowaniem. Turbosprężarki niewątpliwie będą przyszłością motoryzacji.
Turbosprężarka – znaczenie
Turbosprężarki i sprężarki mechaniczne mają przede wszystkim zastosowanie w samochodach wyścigowych, ale nie tylko. Użycie tych rozwiązań doprowadza do tego, że silnik ma znacznie lepsze osiągi. W ostatnich czasach rośne jednak znaczenie turbosprężarek. Natomiast sprężarki mechaniczne nie mają już tak dużego znaczenia w najnowszych technologiach. Sięga się po nie wyłącznie po to, żeby zwiększyć moc auta. Niezależnie od tego oba produkty umożliwiają osiągnięcie ekstremalnych warunków pracy pojazdu.
Turbosprężarka – budowa
Współcześnie większe znaczenie mają turbosprężarki. W związku z tym warto bliżej przyjrzeć się ich budowie. Turbosprężarkę można podzielić na trzy części, a mianowicie gorącą, zimną, a także korpus środkowy. Pierwszy element zlokalizowano od strony wydechowej auta. Wyróżnia się tutaj część żeliwną i wirnik z obudową. Działanie wysokiej temperatury sprawia, że struktury te wytwarza się z odpornych tworzyw.
Natomiast strona zimna to koło kompresji, czapka aluminiowa. Czasami obecny jest również zawór upustowy. Przez prezentowany obszar przechodzi zasysane powietrze, które w konsekwencji przechodzi do silnika. Stronę gorącą i zimną łączy korpus łącznie z wałkiem i jego łożyskowaniem.
Turbosprężarka a sprężarka mechaniczna — jakie wyróżnia się rodzaje turbosprężarek?
Biorąc pod uwagę sterowanie, wyróżnia się kilka rodzajów turbosprężarek, m.in. Rootsa, Eatona, Lysholma, typu G. Każda z nich wykazuje różnice w budowie, ale podstawowa zasada działania zawsze jest taka sama. Zatem są one napędzane przez silniki, a doładowanie wykonują napędzane nimi ruchome części umieszczone w korpusie sprężarki.
Standardowa maszyna nie posiada sterowania. Używa się jej w samochodach ciężarowych i pojazdach specjalnych. W tym przypadku spaliny przedostają się bezpośrednio do wirnika. Doładowanie zależy tutaj od jego wielkości, a także koła kompresji.
W turbosprężarkach Wastegate określonym zaworem steruje podciśnieniowa lub ciśnieniowa gruszka. W konsekwencji komputer steruje doładowaniem przez upust spalin.
Powszechnie przyjęte konstrukcje to sprężarki wyporowo-przegrodowe, a spośród nich najprostszą jest kompresor Rootsa. Niestety wydajność jego jest stosunkowo mała i dlatego stosuje się go głównie w jednostkach o dużej pojemności i znacznej mocy. Trzeba zaznaczyć, że sprężarki mechaniczne straciły już popularność. Obecnie kompresory te są używane się głównie poza Europą i są one zazwyczaj typu Lysholma. Służą one doładowaniu dużych jednostek napędowych V8.
Wymienia się także turbosprężarki charakteryzujące się zmienną geometrią. Jest to najefektywniejsza metoda wykorzystania energii spalin. Sterowanie odbywa się przez zawory elektroniczne lub podciśnieniowe. Podkreślić należy fakt, że łopatki zmiennej geometrii ustawiają się pod optymalnym kątem w stosunku do wirnika.
Turbosprężarka a DPF
W samochodach z silnikiem wysokoprężnym Diesla, ale także niektórych benzynowych montuje się filtry DPF, czyli filtry cząstek stałych. Wtedy musimy wziąć pod uwagę też kwestię turbosprężarka a DPF.
