Turbosprężarka ze zmienną i stałą geometrią 04

W popularnych silnikach występują dwa kluczowe rodzaje turbosprężarek: ze stałą i zmienną geometrią łopatek. Czym się one różnią? Które turbo jest trwalsze, a które korzystniej wpływa na osiągi?

Jeszcze kilkanaście lat temu turbodoładowanie rezerwowano wyłącznie dla silników wysokoprężnych i najmocniejszych benzynowych (np. w autach sportowych lub terenowych). W chwili obecnej trzeba już „ze świecą szukać” nowego auta bez turbosprężarki, a ten element masowo zaczął trafiać do większości jednostek napędowych w ubiegłej dekadzie. Turbo stanowi kluczową część idei downsizingu, czyli zmniejszania pojemności skokowej przy jednoczesnej poprawie parametrów silnika. Z tego powodu uświadczymy je nawet w bardzo niewielkich silnikach (poniżej 1 litra) w każdym rynkowym segmencie.

Czy da się jeszcze kupić samochód bez turbodoładowania?

Popularność turbosprężarek przeniosła się na zwiększenie świadomości kupujących odnośnie tego innowacyjnego kiedyś elementu. Najprawdopodobniej też, mniej lub bardziej z przymusu, turbo przyciągnęło do siebie rzesze zwolenników, ale i narobiło sobie „wrogów”. Z tym można polemizować, natomiast z faktem ich dominacji już nie tylko odnośnie wersji wysokoprężnych – już nie. Obecnie trzeba się trochę naszukać, by znaleźć względnie młode auto bez systemu turbodoładowania. Nie mówimy, że jest to niemożliwe: część producentów świadomie pozostawiała w gamach uproszczoną jednostkę napędową, właśnie w celu zaspokojenia potrzeb klientów nastawionych na tradycyjne rozwiązania techniczne. Jako przykłady można tu podać silniki 1.6 w Fordach Focusach III, Oplach Astra IV, Volkswagenie Golfie VI czy Renault Megane III. Koncepcji braku turbodoładowania do dzisiaj pozostaje wiernych wiele modeli miejskich (Suzuki Swift, Toyota Yaris).

Jakie są korzyści z turbosprężarki w silniku?

Po co stosuje się turbosprężarki? To najprostsza metoda poprawy osiągów silnika, bez konieczności zastępowania go większą jednostką. Dzieje się to poprzez dodatkową dawkę powietrza, które przyczynia się do zwiększenia ilości wydzielanej przez silnik energii (poprzez pobudzenie reakcji utleniania paliwa). Na przestrzeni lat producenci stosowali różne układy „wspomagania” silników. Początkowo robiono to poprzez doładowanie mechaniczne, czyli sprężarkę napędzaną wałem korbowym. To rozwiązanie korzystnie wpływało na parametry jednostki napędowej, ale w żadnym wypadku nie służyły środowisku, wiązało się również z adekwatnym do wzrostu mocy podwyższonym spalaniem. Pojawienie się turbosprężarek zażegnało ten problem, skutkując nie tylko zastrzykiem koni mechanicznych, ale i zredukowaniem szkodliwości spalin oraz utrzymaniem zużycia paliwa na przyzwoitym poziomie.

Typy turbosprężarek

W zależności od źródła napędu i przeznaczenia samochodu stosowano kilka rodzajów turbodoładowania. Początkowo stosowano turbosprężarki z tzw. stałą geometrią łopatek. Uchodzą za najprostsze w budowie, a przez to najmniej kłopotliwe w eksploatacji i regeneracji. Znajdziemy w nich stałe elementy turbodoładowania, czyli osadzone na połączonych ze sobą wałach dwa wirniki, które są połączone ze sobą w sposób stały, bez zastosowania jakichkolwiek przełożeń. Pierwszy z nich, czyli turbina, zasilana jest siłą przelotową gazów spalinowych i odpowiada za napędzanie tzw. talerza kompresji, odpowiedzialnego za sprężanie powietrza pobieranego przez drugi wirnik, czyli sprężarkę. Trafia ono do komory spalania, ale przed tym zostaje wychłodzone przez często stosowany z turbosprężarkami intercooler.

Turbosprężarka ze zmienną i stałą geometrią 09
Prosty wykres przedstawiający budowę turbosprężarki i jej zależność od innych elementów silnika (grafika ze strony www.astika.pl)

Główną wadą turbo o stałej geometrii pozostał wyraźny efekt tzw. turbodziury, tj. opóźniona reakcja silnika na wciśnięcie pedału gazu. Chcąc zniwelować to irytujące zjawisko, opracowano turbosprężarkę ze zmienną geometrią łopatek. Na czym ona polega? Na modyfikacji wirnika turbiny, a konkretnie na bieżących zmianach kąta nachylenia łopatek odpowiedzialnych za jego napęd (poprzez kierowanie na niego strumienia spalin). Łopatki podlegają samoregulacji dzięki zainstalowaniu ich na pierścieniach o ruchu kątowym, sterowanych przez specjalny siłownik obsługiwany siłą spalin z kolektora wydechowego. Z ten sposób inaczej „zachowują się”, gdy silnik pracuje na wolnych obrotach (tworzą niewielki obszar przepływu spalin, ale wystarczający, by wyeliminować, albo przynajmniej zminimalizować zjawisko „turbodziury”), a inaczej gdy wejdzie na obroty (rozwierają się, umożliwiając płynniejszy przepływ spalin na wirnik turbiny). W ten sposób turbosprężarka umiejętnie dopasowuje się do warunków pracy silnika i zapewnia optymalny poziom doładowania w każdym zakresie obrotów. Wprowadzenie zmiennej geometrii korzystnie wpłynęło również na zużycie paliwa i emisję spalin.

Które turbosprężarki częściej się psują?

Niestety, skomplikowany układ zmiennej geometrii łopatek bywa awaryjny. Często mówi się o osadach pojawiających się na kierownicach turbiny, albo ograniczających zakres ich pracy, albo definitywnie je blokujących. Przeważnie jest tak, że zapieczenie jednej z łopatek pociąga za sobą kolejne lub nawet wszystkie. Samochód zaczyna intensywnie dymić i traci moc, czasami dochodzą do tego wyraźnie słyszalne metaliczne odgłosy. W dzisiejszych czasach wymiana całej turbosprężarki stanowi jednak czynność ostateczną. Nie brakuje firm wyspecjalizowanych w regeneracji tych elementów lub podejmujących się czyszczenia układu zmiennej geometrii turbiny. Oczywiście wiąże się to demontażem turbo, a co za tym idzie – z pozostawieniem samochodu na minimum jeden dzień.

Jakie są objawy uszkodzonej turbosprężarki?

regeneracja turbiny, turbo, regeneracja
Kumulujące się we wnętrzu turbiny zanieczyszczenia zaburzają działanie systemu zmiennej geometrii łopatek, a co za tym idzie – pracy całej turbosprężarki.

Patrząc na szereg korzyści, jakie niesie ze sobą system zmiennej geometrii turbiny, nie trzeba na siłę szukać prostszego układu ze stałym umiejscowieniem łopatek: w takich samochodach przez długi czas trudno przyzwyczaić się do znacznej „turbodziury”. Wiele potencjalnych awarii turbosprężarek wcale nie musi zależeć od tego, czy mają stałą czy zmienną geometrię. Bardzo często sprowadzają się do pogorszonego smarowania tego elementu olejem silnikowym, spowodowanym zwlekaniem z jego wymianą albo nieumiejętnym użytkowaniem samochodu z turbosprężarką (agresywna jazda „na zimnym”, brak odczekania ok. 30 sekund na schłodzenie turbo). W ten sposób pracujący w temperaturach sięgających nawet 500°C podzespół nie ma zapewnionego optymalnego chłodzenia i smarowania, a najbardziej cierpi na tym łożyskowanie wirników turbosprężarki.

Jak jeździć autem z turbosprężarką? Jak należy dbać o turbo?

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Please enter your comment!
Please enter your name here