Turbosprężarka jest maszyną wirnikową, składa się z turbiny i sprężarki, które osadzone są na jednym wale. Zadaniem jej jest doładowywanie silnika spalinowego. Turbosprężarka zasilana jest spalinami z silnika a sprężone powietrze przez sprężarkę zasila silnik. Wprowadzana do cylindra większa ilość powietrza powoduje wzrost mocy silnika. O wiele większy jest tez stopień sprężania, dlatego też rośnie sprawność całego układu.
Turbosprężarka - budowa
Turbosprężarka budową to maszyna wirnikowa, składa się z turbiny i sprężarki, ale nie zawiera komory spalania. Rolę stymulatora spalin spełnia w tym przypadku silnik spalinowy. Turbosprężarka składa się z dwóch podstawowych elementów : turbiny, czyli tzw. części gorącej i sprężarki tzw. części chłodnej, których wirniki są sztywno połączone z korpusem środkowym czyli wałem.
- Strona gorąca często nazywana jest stroną wydechową turbiny. Bardzo wysokie temperatury powodują, że elementy te musza być wykonane z materiałów o wysokiej żaroodporności. Zarówno obudowa jak i koło z wałem. To tutaj uwalnia się energia ze spalin, która napędza sprężarkę.
- Strona zimna inaczej zwana jest stroną kompresji. Składa się z koła i obudowy oraz w niektórych sytuacjach z zaworu upustowego „ Bay-pas”. Poprzez prędkość obrotową koła zasysane jest powietrze, które następnie wędruje przez obudowę kompresora i wypychane jest do intercoolera.
-Korpus środkowy. W korpusie środkowym znajduje się wałek turbosprężarki, w którym znajdują się też łożyska. W większości przypadków są to łożyska ślizgowe wykonane ze stopu brązu, choć coraz częściej spotkać można ceramiczne łożyska kulkowe. Praca łożysk, króre znajdują się w sąsiedztwie turbiny narażona jest na pracę w wysokiej temperaturze, trzeba pamiętać, że olej który odpowiada za smarowanie układem wirującym ma za zadanie również chłodzić korpus środkowy, dlatego bardzo ważna jest jego odpowiednia jakość oraz ciśnienie.
Warunki pracy turbosprężarki
Obecne turbosprężarki skazane są na pracę w bardzo wysokich temperaturach. Prędkości obrotowe dochodzą nawet do 200 tys. Obr/min. Przepływające spaliny osiągają do 900 stopni Cejcjusza. Warunki te wręcz ekstremalne wymagają aby stosować odpowiednie, wskazane przez renomowanych producentów oleje silnikowe. Smarowanie jest kluczem do długiej żywotności turbosprężarki.
Z jakich materiałów zbudowana jest turbosprężarka?
W nowoczesnych samochodach silniki są mocno wysilone ze względu na kwestię ekologii. Objętości skokowe są minimalizowane a uzyskiwane moce znamionowe są porównywalne do wcześniej stosowanych jednostek napędowych o większej objętości skokowej. Jak możemy zauważyć wykorzystywanie turbosprężarek w nowoczesnych jednostkach napędowych jest obecnie niemal standardem. Dotyczy to aut zarówno z silnikiem diesla jak i benzynowym. Obecnie turbosprężarka jest jednym z istotniejszych elementów osprzętu nowoczesnego silnika. Dlatego tak ważne jest aby ich konstrukcja była wykonana z jak najlepszych materiałów. „ Materiały wykorzystywane na budowę kadłubów turbin charakteryzują się wysoką odpornością na ścieranie, korozję i żaroodporność. Kadłuby sprężarek wykonane są także ze stopy aluminium. Na wirniki turbin wykorzystywany bywa materiał o nazwie „ inconel” (stop niklu, kobaltu, chromu i żelaza) bądź tytan. Wszystkie z wymienionych materiałów charakteryzują się dużą odpornością na wysokie temperatury pracy i korozję. Łożyska ślizgowe także muszą być odporne na wysokie temperatury pracy i ścieranie. Przeważnie wykonane są ze stopów odlewniczych brązu.
Typy turbosprężarek
Typy turbosprężarek występujących na rynku motoryzacyjnym są różne. Jest to efektem stale rozwijającej się technologii a przede wszystkim poziomu popularności aut osobowych z turbodoładowaniem. Wielu producentów zajmuje się nadal ulepszaniem maszyny wirnikowej. Główną różnicą pomiędzy poszczególnymi typami urządzeń jest obecność i rodzaj systemu kierowania spalin, który definiuje turbiny samochodowe. Dawniej montowane turbosprężarki nie posiadają żadnego systemu kierowania spalin i są najprostszymi konstrukcjami.
Turbosprężarka standardowa
Turbina standardowa tzw. „free float” ( swobodny przepływ) to jeden z najczęstszych i najbardziej podstawowych typów turbiny. Stosowany jest w silnikach benzynowych samochodów powyżej 3,5 tony. Charakteryzuje ją brak zaworu sterującego co sprawia, że całość spalin opuszczających silnik trafia bezpośrednio na koło turbiny. Urządzenie dzięki gazom wydechowym, napędza wirnik w dwóch komorach. Komorę wylotową wypełniają wspomniane gazy, zaś w komorze dolotowej zachodzi sprężanie powietrza. Dzięki temu poprzez układ doloty do silnika trafia więcej tlenu co umożliwia wytworzenie większej ilości energii.
Turbosprężarka Twin scroll
Rodzaj turbiny najbardziej zbliżony do standardowej. Różni ją jednak budowa muszli. W turbosprężarce Twin scroll posiada ona dwa stożkowate kanały. Każdy z nich obsługiwany jest przez inne cylindry. Umożliwia to takie samo używanie łopatek turbiny i o wiele zwiększa prędkość strumienia gazu. W wyniku tego obserwujemy szybsza reakcję na gaz i zwiększenie pojemności skokowej.
Turbo z zaworem „Wastegate”
Turbosprężarka wyposażona w tzw. zawór upustu spalin Wastegate. Ma on wbudowany urządzenie służące do kontroli ciśnienia. Zadaniem tego elementu jest dbałość o to, aby układ wirujący nie obracał się zbyt szybko. Turbosprężarka tego typu składa się z pneumatycznego aktuatora połączonego z klapą upustową zamontowana w korpusie turbiny. Dzięki temu zabiegowi turbo może automatycznie ograniczać maksymalne doładowanie. Przy największej prędkości obrotów wytwarzane ciśnienie powietrza powoduje przesunięcie się cięgna zaworu. Ten z kolei otwiera tzw. Wastegate , który umieszczony jest w części gorącej. Dzięki temu nadmiar spalin kierowany jest z powrotem do wydechu omijając turbinę. Taki zabieg pozwala utrzymać odpowiednie ciśnienie doładowania.
