Turbo! Zasada działania i rodzaje doładowania silników

Dziś wpis o technice motoryzacyjnej, a konkretnie o TURBO! Pisząc o TURBO, mam na myśli oczywiście turbodoładowanie, czyli rozwiązanie umożliwiające uzyskanie większej mocy silnika. To interesujące zagadnienie, które stało się częścią kultury. Multum ludzi słyszało termin turbo, nawet nie będąc samochodziarzami. Zdarzało mi się nawet słyszeć, iż coś jest turbo, gdzie określenie turbo miało podkreślić fanatyzm bądź nasilanie zjawiska. Przejdźmy więc do turbodoładowania tłokowych silników spalinowych!

Autor: SMKA

Trochę silnikowej techniki

Typowy samochód jest napędzany tłokowym silnikiem spalinowym. Czyli w typowym czterosuwowym silniku benzynowym: najpierw tłok idzie w dół, powodując zassanie powietrza razem z paliwem (suw ssania). Później tłok porusza się w górę, sprężając mieszankę paliwowo-powietrzną (suw sprężania). Przy tłoku dochodzącym w górne położenie, świeca zapłonowa zapala mieszankę paliwowo-powietrzną. Spalanie owej mieszanki generuje gazy spalinowe, które to poruszają tłokiem w dół (suw pracy). Następnie tłok idzie w górę, powodując usunięcie gazów spalinowych z wnętrza cylindra (suw wydechu).

Jak wynika z powyższego opisu, silnik do pracy potrzebuje nie tylko paliwa, lecz również powietrza. Innymi słowy, chcąc zwiększyć moc tłokowego silnika spalinowego, nie wystarczy jedynie dostarczyć więcej paliwa do wnętrza cylindra. Należy również dostarczyć więcej powietrza. No i tutaj robi się problem. Aby silnik zassał więcej powietrza, najprościej zwiększyć pojemność skokową silnika. Ot, zasadniczo wielki amerykański silnik samochodowy o pojemności skokowej wynoszącej 5 litrów, zassie więcej powietrza podczas suwu ssania, względem małego europejskiego silnika o pojemności skokowej 1 litra. Tyle że większa pojemność skokowa to również większe wymiary silnika i jego większa masa. Duże wymiary i masa to problem.

Doładowanie

Ilość powietrza dostarczaną do silnika można jednak zwiększyć inaczej niż poprzez zwiększenie pojemności skokowej motoru. Można zastosować sprężarkę, czyli wirnik, który to poniekąd na siłę wpycha powietrze do wnętrza cylindrów. Dzięki sprężarce możemy dostarczyć dużo powietrza do wnętrza małego cylindra. Czyli możemy osiągnąć mały i lekki silnik o dużej mocy! Jak jednak napędzać sprężarkę? Otóż można albo napędzać ją mechanicznie, od wału korbowego silnika. Takie rozwiązanie, zwane niekiedy kompresorem, ma jednak wady: przy stałym przełożeniu pomiędzy sprężarką a wałem korbowym silnika, prędkość obrotowa sprężarki zależy jedynie od prędkości obrotowej silnika, a nie od jego obciążenia. Tym samym przy wysokiej prędkości obrotowej silnika i małym obciążeniu, mamy duży pobór mocy przez sprężarkę, a jednocześnie wtłaczane powietrze nie jest wykorzystane.

Konkurencyjne rozwiązanie to turbosprężarka, czyli napęd sprężarki poprzez turbinę napędzaną gazami wydechowymi. Właśnie o tym rozwiązaniu jest dzisiejszy tekst.

Turbosprężarka ogółem

Typowa turbosprężarka ma postać wirnika sprężarki i wirnika turbiny, przy czym oba wirniki osadzone są na wspólnym wałku. Jak już pisałem, wirnik sprężarki wpycha na siłę powietrze do wnętrza cylindrów, natomiast wirnik turbiny napędzany jest przez gazy spalinowe (wydechowe). Obracający się wirnik turbiny napędza wirnik sprężarki, bo przecież oba wirniki osadzone są na tym samym wałku.

Typowa samochodowa turbosprężarka ma sprężarkę odśrodkową. Jest to sprężarka dynamiczna: nadaje ona powietrzu energię kinetyczną (czyli je rozpędza), natomiast w dalszej części układu dolotowego, energia kinetyczna powietrza zostaje zamieniona na energię potencjalną ciśnienia.

Jeśli idzie o turbinę, samochodowa turbosprężarka ma najczęściej turbiną dośrodkową (promieniową). Turbiny dośrodkowe zyskały popularność właściwie jedynie jako podzespół turbosprężarek tłokowych silników spalinowych. Istniały samochodowe turbosprężarki z turbiną osiową, ale nie były one przesadnie popularne. Zalety turbiny dośrodkowej zgodnie z książką “Doładowanie silników spalinowych“:

Ostatnio zaczynają zdecydowanie przeważać jednostopniowe turbiny promieniowe (dośrodkowe), jako prostsze konstrukcyjnie, mniejsze i lżejsze, a ponadto odznaczające się w małych jednostkach znacznie wyższą sprawnością i umożliwiające wykorzystanie większych spadków entalpii.

Przy doładowaniu turbosprężarkowym, ciśnienie doładowania zależy nie tylko od prędkości obrotowej silnika, lecz również od jego obciążania. Jest to zaleta turbosprężarki nad sprężarką napędzaną mechanicznie. Dodatkowo do napędu turbosprężarki wykorzystywana jest energia spalin, czyli wykorzystujemy energię, która to w silniku wolnossącym jest poniekąd bezużyteczna.

Łożyskowanie wałka turbosprężarki

Dawno temu wał turbosprężarki łożyskowany był tocznie. Wydawać by się mogło, że takie rozwiązanie nie powinno pasować do turbosprężarki, ze względu na dużą prędkość obrotową. Jednak prędkość obrotowa to nie wszystko. Typowa turbosprężarka ma wałek o małej średnicy. Mała średnica wałka = jego niska prędkość obwodowa mimo wysokiej prędkości obrotowej. Stąd też jak najbardziej istniały turbosprężarki z wałkiem łożyskowanym tocznie.

Współcześnie typowa samochodowa turbosprężarka łożyskowana jest przy pomocy łożyska ślizgowego. Rolę smaru pełni olej silnikowy. Ten sam olej silnikowy, jaki odpowiada za smarowanie silnika. Stąd też istnieje dość powszechne przekonanie, iż w silniku turbodoładowanym należy jeszcze bardziej dbać o terminową wymianę oleju silnikowego, niż w silniku wolnossącym.

Zawór upustowy blowoff

Jak mamy turbodoładowany silnik benzynowy, to przepustnica znajduje się za wirnikiem sprężarki. Czyli zamknięcie przepustnicy (poprzez zwolnienie pedału gazu), może skutkować gwałtownym wzrostem ciśnienia pomiędzy przepustnicą a wirnikiem sprężarki. Taki znaczny gwałtowny wzrost ciśnienia może być groźny dla turbosprężarki. Aby temu zaradzić, wymyślono zawór upustowy typu blowoff (blowoff valve). Jak działa ów zawór? Otóż przy zamkniętej przepustnicy, następuje otwarcie zaworu, dzięki któremu nadmiar powietrza (ulokowany przed przepustnicą) może zostać upuszczony do atmosfery. Przy nieco innym rozwiązaniu, ów nadmiar powietrza może zostać skierowane przed sprężarkę.

Jak sterować zaworem upustowym typu blowoff? Można wykorzystać do tego podciśnienie z kolektora dolotowego. Przy zamkniętej przepustnicy, za przepustnicą tworzy się podciśnienie. Owo podciśnienie może posłużyć do otwarcia zaworu blowoff.

Jak można się domyślić, zawór upustowy blowoff nie jest stosowany w turbodoładowanych silnikach Diesla. Nie ma takiej potrzeby, ponieważ silnik Diesla nie ma przepustnicy.

Zawór obejściowy wastegate

Czas na kolejny zawór! Tym razem bierzemy na tapet zawór określany mianem wastegate, ale do rzeczy: jak już pisałem, w turbodoładowanym silniku gazy spalinowe napędzają wirnik turbiny. Im szybciej obraca się wirnik turbiny, tym szybciej obraca się wirnik sprężarki (oba wirniki zamocowane są na tym samym wałku). Jednocześnie w niektórych sytuacjach gazy spalinowe mogą rozpędzać wirnik turbiny zbyt mocno. Zbyt mocno względem tego, jakich obrotów turbosprężarki potrzebujemy.

Aby ograniczyć nadmierne obroty turbosprężarki, wymyślono zawór typu wastegate. Czyli jak obroty turbiny są zbyt duże, otwiera się zawór umieszczony przed turbiną, dzięki czemu część gazów spalinowych zostaje upuszczona do atmosfery. Czyli mniej gazów spalinowych zostaje wykorzystanych do napędzania turbiny, co z kolei zmniejsza jej prędkość obrotową. Ewentualnie, zamiast upuszczać gazy spalinowe bezpośrednio do atmosfery, można je puścić kanałem obejściowym: część gazów spalinowych omija turbinę, po czym ponownie trafia do układu wydechowego i opuszcza go rurą wydechową.

Sterowanie zaworem typu wastegate może być realizowane przy pomocy nadciśnienia w układzie dolotowym. Ot, przy zamkniętej przepustnicy, tworzy się przed nią nadciśnienie. Owo nadciśnienie może posłużyć do otwarcia zaworu wastegate.

Zmienna geometria (system VNT)

Skrótowiec VNT rozwinąć można w variable-nozzle turbochargers. Inny anglojęzyczny skrótowiec opisujący owo rozwiązanie to VGT (variable-geometry turbochargers). Idzie tutaj o rozwiązanie, gdzie łopatki (zwane kierownicą) nakierowujące spaliny na turbinę, mają regulowaną geometrię. Innymi słowy, łopatki nakierowujące gazy wydechowe na turbinę, mogą się odpowiednio obracać, aby spaliny były kierowane na turbinę pod innym kątem przy niskiej prędkości obrotowej silnika, a pod innym przy wysokiej prędkości obrotowej.

Przy niskiej prędkości obrotowej silnika, łopatki kierownicy są przymknięte. Spaliny muszą przedostać się przez wąskie szczeliny, co zwiększa prędkość spalin. Duża prędkość spalin umożliwia uzyskanie wysokiej prędkości obrotowej wirnika turbiny. Dodatkowo spaliny zostają nakierowane na turbinę pod odpowiednim kątem, aby uzyskać wysoką prędkość obrotową turbiny przy niskiej prędkości obrotowej silnika.

Wysoka prędkość obrotowa silnika to otwarte łopatki kierownicy. Przy wysokiej prędkości obrotowej silnika mamy dużo spalin o wysokiej prędkości, a tym samym nie musimy ich przyspieszać przymkniętymi łopatkami kierownicy.

System VNT umożliwia skuteczną walkę z turbodziurą. Czyli zapobiega zjawisku typu po wciśnięciu pedału gazu trzeba poczekać, zanim samochód zacznie przyspieszać. System VNT stosowany jest przede wszystkim w turbodoładowanych Dieslach, gdzie zresztą łatwiej go zastosować niż w turbobenzynie, ze względu na niższą temperaturę spalin Diesla. Czasami system VNT określany jest mianem turbina o zmiennej geometrii, ale jestem zdania, iż ten termin może wprowadzać w błąd. Ot, to nie łopatki stanowiące część turbiny mają zmienną geometrię. Zmienną geometrię mają łopatki kierownicy.

Silniki wyposażone w system VNT, zasadniczo nie potrzebują zaworu wastegate. System VNT sprzyja wysokiemu momentowi obrotowemu przy niskiej prędkości obrotowej silnika. Przy systemie VNT prędkość obrotowa turbosprężarki zależy w niewielkim stopniu od prędkości obrotowej silnika.

Zasilanie pulsacyjne turbiny

Niektóre silniki turbodoładowane charakteryzują się doładowaniem przy wyrównanym ciśnieniu w przewodzie wydechowym (brak zasilania pulsacyjnego turbiny). Cytując książkę “Doładowanie tłokowych silników spalinowych”:

Napęd turbiny zespołu doładowującego spalinami o wyrównanym ciśnieniu bez wykorzystania powstających pulsacji ciśnienia w przewodzie wydechowym znalazł zastosowanie przede wszystkim w przypadku zastosowania dużych spręży w sprężarkach. Napęd ten charakteryzuje się tym, że wszystkie cylindry usuwają spaliny w czasie wydechu do jednego, wspólnego przewodu wydechowego, z którego zasilania jest turbina. Liczba cylindrów powinna wynosić co najmniej 5, żeby ciśnienie spalin rzeczywiście było zbliżone do stałego. Istotny wpływ na wyrównanie ciśnienia odgrywa także pojemność zbiornika spalin, z którego zasilana jest turbina. Turbina pracująca w ten sposób ma większą sprawność przepływową, jednakże przy mniejszych sprężach spaliny zawierają mniej energii. Stąd pochodzi stosunkowo rzadkie zastosowanie tego sposobu napędu przy małych sprężach, tym bardziej że niewykorzystanie energii kinetycznej spalin stanowi niewątpliwą stratę.

Istnieje również rozwiązanie konkurencyjne, czyli doładowanie przy zmiennym ciśnieniu w przewodzie wydechowym (zasilanie pulsacyjne turbiny). Poniżej ponownie cytat z książki “Doładowanie tłokowych silników spalinowych“:

Ten sposób zasilania turbiny, nazywany często zasilaniem pulsacyjnym, polega na rozdzieleniu kolektora wydechowego na kilka przewodów, wspólnych dla takich cylindrów silnika, w których odstępy pomiędzy wydechami wynoszą co najmniej 240° obrotów wału korbowego. Przy stosownych liczbach cylindrów zasilających jedną turbinę nie zachodzi potrzeba podziału kolektora na więcej niż 4 przewody. Wskutek zmiennych warunków panujących przed dyszami turbiny, sprawność jest mniejsza niż sprawność turbiny zasilanej przy stałym ciśnieniu, jednakże zmniejszenie tej sprawności jest kompensowane wykorzystanie energii kinetycznej spalin oraz możliwością bardzo dobrego przepłukania komory spalania [silnika] wskutek powstających w przewodach wahań ciśnień.

Intercooler

Czas na intercooler, czyli chłodnicę międzystopniową. Otóż w silniku turbodoładowanym, sprężarka podczas wykonywania swej pracy, nie tylko spręża powietrze, lecz również zwiększa jego temperaturę. To ostatnie zjawisko jest bez wątpienia negatywne: gorące powietrze ma mniejszą gęstość od zimnego, a im mniejsza gęstość powietrza, tym mniej kilogramów powietrza zostanie wtłoczone do cylindrów silnika.

Aby negatywnemu zjawisku zaradzić, wymyślono intercooler. Czyli chłodnicę, która to zmniejsza temperaturę powietrza znajdującego się pomiędzy sprężarką a silnikiem. Niższa temperatura powietrza to większa jego gęstość, czyli więcej kilogramów powietrza zostaje wtłoczone do cylindrów silnika. Im więcej kilogramów powietrza we wnętrzu cylindrów silnika, tym więcej paliwa silnik może spalić. Ergo, intercooler umożliwia osiągnięcie większej mocy względem jego braku.

Typowy współczesny intercooler to chłodnica typu powietrze – powietrze. Czyli powietrze w układzie dolotowym silnika zostaje ochłodzone przy wykorzystaniu powietrza atmosferycznego. Jest to rozwiązanie bezpieczne: awaria intercoolera zasadniczo nie stanowi zagrożenia dla silnika. Gdyby chcieć chłodzić powietrze w układzie dolotowym przy pomocy cieczy, wtedy w razie awarii chłodnicy międzystopniowej, istniałoby ryzyko zassania cieczy chłodzącej do wnętrza cylindrów.

Oczywiście, co innego technika współczesna, co innego technika sprzed kilkudziesięciu lat. Posiadane przeze mnie stare książki o technice zawierają wzmiankę o chłodnicach międzystopniowych wykorzystujących ciecz.

Tłumiki ssania i wydechu

Autor książki “Doładowanie tłokowych silników spalinowych” (Jan Wajand) daje do zrozumienia, iż w silniku doładowanym tłumik w układzie dolotowym jest mocno potrzebny. Ot, silnik doładowany zasysa duże ilości powietrza, co oznacza znaczną prędkość powietrza na wlocie do sprężarki, a tym samym hałas.

Zgodnie z książką“Doładowanie silników spalinowych“, turbodoładowany silnik wyraźnie mniej potrzebuje tłumika w układzie wydechowym, względem silnika wolnossącego. Ot, w silniku turbodoładowanym, gazy spalinowe najpierw natrafiają na turbinę, a dopiero później ulatują do atmosfery poprzez rurę wydechową. Turbina na tyle mocno zmienia dźwięk spalin uchodzących do atmosfery, iż silnik turbodoładowany bez tłumika dźwięku w układzie wydechowym, jest bardziej do zaakceptowania, względem silnika wolnossącego bez tłumika. Ewentualnie silnik turbodoładowany może mieć tłumik prostszy i mniejszy względem silnika wolnossącego.

Uwaga: Maciej Bernhardt napisał książkę “Doładowanie silników spalinowych” w latach 50. Można założyć, iż kilkadziesiąt lat temu, silnik spalinowy bez tłumika dźwięku był zasadniczo bardziej akceptowalnym rozwiązaniem, niż dzisiaj.

Doładowanie równoległe

Równoległe doładowanie to rozwiązanie powszechnie stosowane w silnikach widlastych. Ot, jak mamy silnik V6 bądź V8, czyli dwa rzędy cylindrów, to zamiast stosować jedną dużą turbosprężarkę, powszechnie stosuje się dwie mniejsze. Przy czym jedna z nich doładowuje jeden rząd cylindrów, natomiast druga doładowuje drugi rząd cylindrów. Dwie mniejsze turbosprężarki zamiast jednak dużej są dobrym rozwiązaniem, jeśli chcieć uzyskać dobrą zrywność turbosprężarki… czyli możliwie małą turbodziurę. Obie turbosprężarki mają praktycznie takie same wymiary.

Doładowanie równoległe to nie tylko silniki widlaste. Również silniki rzędowe mogą mieć taki system doładowania, zakładając silnik o parzystej liczbie cylindrów. Czyli przy silniku rzędowym czterocylindrowym, jedna turbosprężarka doładowuje dwa cylindry, natomiast druga turbosprężarka doładowuje dwa inne cylindry. Pierwszy samochód osobowy napędzany silnikiem o doładowaniu równoległym to Maserati Biturbo, czyli pojazd z lat 80.

Przy doładowaniu równoległym, awaria jednej z turbosprężarek może powodować nierówną pracę lewego i prawego rzędy cylindrów (jeden rząd pracuje z doładowaniem, drugi bez). Mam na myśli układ, w którym to kanały powietrzne dla jednego rzędu cylindrów, pozostają niepołączonego z kanałami powietrznymi drugiego rzędu cylindrów.

Doładowanie sekwencyjne

Przy doładowaniu sekwencyjnym znów mamy dwie turbosprężarki: lecz tym razem różnej wielkości. Mniejsza turbosprężarka doładowuje silnik podczas spokojnej jazdy na niskich obrotach. Natomiast większa turbosprężarka załącza się kiedy potrzeba dużej mocy. System doładowania sekwencyjnego umożliwia uzyskanie małej turbodziury oraz dużej mocy: mała turbosprężarka ma dobrą zrywność, natomiast duża turbosprężarka może wtłoczyć dużo powietrza do wnętrza cylindrów. Doładowanie sekwencyjne występuje zarówno w silnikach rzędowych, jak i widlastych. Tym razem nie trzeba parzystej liczby cylindrów.

Według niektórych źródeł, przy doładowaniu sekwencyjnym, awaria jednej z turbosprężarek stanowi mniejszy problem względem tego, jak poważny może być to problem przy doładowaniu równoległym.

Ważna uwaga terminologiczna: zazwyczaj doładowanie równoległe określane jest mianem twin-turbo, natomiast sekwencyjne mianem biturbo. Jednak producenci samochodów i samochodziarze nie są przesadnie konsekwentni, jeśli idzie o oba anglojęzyczne terminy. Stąd też termin twin-turbo bywa również stosowany jako zbiorcze określenie dla wszelkich układów z dwiema turbosprężarkami. Czyli termin twin-turbo potrafi robić za termin-worek zawierający zarówno doładowanie równoległe, jak i sekwencyjne. Jeśli idzie o bardziej poważną terminologię anglojęzyczną, doładowanie równoległe określane jest mianem parallel turbochargers, natomiast sekwencyjne mianem sequential turbochargers.

Turbosprężarka + sprężarka napędzana mechanicznie

Jak na razie pisałem o turbosprężarkach, co nie powinno dziwić, skoro to o nich jest wpis. Jednak czas, abym zahaczył nieco o sprężarki napędzane mechanicznie. Mianowicie czas zadać następujące pytanie: czy istnieją silniki, w których to konstruktorzy zastosowali zarówno turbosprężarkę, jak i sprężarką napędzaną mechanicznie?

Otóż istnieją takie silniki! Mam na myśli przede wszystkim dwusuwowe Diesle, czyli motory stosowane dość powszechnie w lokomotywach oraz amerykańskich ciężarówkach. Otóż dwusuwowy Diesel zasadniczo potrzebuje do działania sprężarki napędzanej mechanicznie. Pełni ona funkcję tak zwanej pompy ładującej. Ot, w prymitywnym dwusuwowym silniku benzynowym mamy wstępne sprężanie mieszanki paliwowo-powietrznej realizowane w skrzyni korbowej silnika. Natomiast w dwusuwowym silniku Diesla za wstępne sprężanie powietrza odpowiada sprężarka napędzana przez wał korbowy silnika (choćby sprężarka typu Roots). Ergo, w dwusuwowym Dieslu sprężarka napędzana mechanicznie ma nie tyle zwiększyć moc silnika, ile po prostu umożliwić silnikowi działanie.

Istnieją dwusuwowe Diesle, w których to powietrze najpierw sprężane jest turbosprężarką, a następnie owo powietrze trafia do sprężarki napędzanej mechanicznie, która to ponownie spręża powietrze. Przy czym sprężarka napędzana mechaniczne jest tutaj koniecznością, a turbosprężarka dodatkiem umożliwiającym uzyskanie większej mocy.

Popularyzacja turbodoładowania

Już w latach 30. istniały pierwsze samochody ciężarowe napędzane silnikiem turbodoładowanym. Podobnie w latach 30. istniały samoloty wojskowe napędzane turbodoładowanym silnikiem (vide samolot B-17). Przy czym w lotnictwie doładowanie tłokowego silnika spalinowego jest bardzo przydatne, ponieważ na dużej wysokości gęstość powietrza jest mniejsza niż na poziomie morza.

Jeśli idzie o broń pancerną, amerykańskie czołgi z przełomu lat 50. i 60. napędzane były turbodoładowanym Dieslem. Mam na myśli czołgi napędzane silnikiem AVDS-1790, choćby czołg podstawowy M60. Turbodoładowanie umożliwiło uzyskanie mocy maksymalnej 750 KM przy pojemności skokowej 29 litrów. Dla porównania: radziecki wolnossący czołgowy silnik Diesla W-55 ma moc maksymalną 580 KM przy pojemności skokowej 39 litrów.

Jednak co innego samoloty, ciężarówki i czołgi, a co innego popularyzacja turbodoładowania w samochodach osobowych. Jeśli idzie o osobówki, pierwsze auta z turbodoładowanym silnikiem to Chevrolet Covair Monza oraz Oldsmobile Jetfire. Oba auta napędzane były turbodoładowanym silnikiem benzynowym. Oba auta nie okazały się sukcesem. Początek lat 70. to rozpoczęcie sprzedaży BMW 2002 Turbo z turbodoładowanym silnikiem benzynowym.

Pod koniec lat 70. pojawiły się w sprzedaży pierwsze osobówki napędzane turbodoładowanym Dieslem: Mercedes 300SD oraz Peugeot 604. Mam jednak nieodparte wrażenie, że prawdziwa popularyzacja turbodoładowania w silnikach samochodowych, to lata 80. Jestem zdania, iż to właśnie w latach 80. termin turbo wszedł do języka potocznego.

Oczywiście choć w latach 80. dostępne były samochody osobowe z turbodoładowanym Dieslem bądź turbobenzyną, to nadal znaczna większość samochodów nadal napędzana była silnikiem wolnossącym. Jeszcze na przełomie XX i XXI wieku, zdecydowana większość samochodowych silników benzynowych, była bez turbodoładowania.

Turbodiesel

Jeszcze w latach 90. i w latach 2000., turbodoładowane samochodowe silniki wysokoprężne były znacznie bardziej popularne, od turbodoładowanych silników benzynowych. Skąd szybsza popularyzacja turbodiesli od turbobenzyn? Cóż, pewnie istotną rolę grała tutaj mniejsza moc wolnossących Diesli od wolnossących silników benzynowych. Ot, Diesle mocniej potrzebowały doładowania od silników benzynowych.

Jednak jest jeszcze coś. Otóż według niektórych źródeł, silniki wysokoprężne lepiej nadają się do doładowania od silników benzynowych. Silnik Diesla dostosowany jest do pracy przy dużym nadmiarze powietrza, czyli przy ubogiej mieszance paliwowo-powietrznej. Jest to zaleta przy doładowaniu, czyli przy rozwiązaniu gdzie sprężarka tłoczy powietrze do wnętrza cylindrów. Kolejna rzecz: tłoczenie powietrza na siłę do wnętrza cylindrów, zwiększa ryzyko przedwczesnego zapłonu mieszanki paliwowo-powietrznej w silniku benzynowym. Problem ten nie występuje w Dieslu. Dodatkowo doładowanie sprzyja wzrostowi temperatury spalin, przy czym temperatura spalin silnika benzynowego jest zasadniczo wyższa, względem temperatury spalin Diesla.

Powszechne postrzeganie silnika Diesla jako silnika o dużym momencie obrotowym wzięło się właśnie z turbodoładowania. Ot, w latach 90. oraz we wczesnych latach 2000., turbodoładowane Diesle były już powszechne. Natomiast turbobenzyny nadal były niezbyt często spotykane. Jeśli porównać turbodiesla do wolnossącego silnika benzynowego, turbodiesel będzie mieć większy moment obrotowy. Nie dzięki dieslowatości Diesla, ale właśnie dzięki turbodoładowaniu.

Turbo i gaźnik

Stare samochodowe silniki o zapłonie iskrowym (czyli po prostu stare silniki benzynowe), były najczęściej zasilane w paliwo przy wykorzystaniu gaźnika. Czy były więc turbodoładowane silniki benzynowe, zasilanie przy pomocy gaźnika? Otóż były. Przy czym konstruktorzy stosowali dwa systemy:

System z gaźnikiem ulokowanym przed sprężarką. Przy tego typu rozwiązaniu nie ma konieczności stosowania gaźnika nadciśnieniowego. Innego zalety takiego układu: lepsze wymieszanie paliwa z powietrzem oraz większa gęstość ładunku. Jeśli idzie o wady: przy takim układzie, istnieje ryzyko uszkodzenia sprężarki w razie zapalenia się mieszanki paliwowo-powietrznej w układzie dolotowym silnika. Stąd też w układzie dolotowym bywała umieszczana siatka, mająca zapobiegać przedostaniu się płomienia do sprężarki w razie wystąpienia tegoż zjawiska.

System z gaźnikiem ulokowanym za sprężarką (pomiędzy sprężarką a silnikiem). Przy tego typu rozwiązaniu konieczne jest zastosowanie specjalnego gaźnika nadciśnieniowego. Czyli komora pływakowa gaźnika musi być utrzymywana pod ciśnieniem większym niż atmosferyczne. Dodatkowo gaźnik musi być odpowiednio uszczelniony. Ogólnie rzecz ujmując, gaźnik ulokowany za sprężarką to rozwiązanie bardziej problematyczne, względem gaźnika ulokowanego przed sprężarką.

Choć istniały silniki gaźnikowe z turbodoładowaniem, to warto zauważyć pewną ważną rzecz: już w książkach sprzed kilkudziesięciu lat autorzy dawali do zrozumienia, iż wtrysk paliwa jest zasadniczo lepszym rozwiązaniem dla silnika turbodoładowanego niż gaźnik.

Trochę obcojęzycznej terminologii

Obecnie turbosprężarka określana jest po angielsku mianem turbocharger, natomiast sprężarka napędzana mechanicznie (kompresor) mianem supercharger. Jednak co innego terminologia współczesna, a co innego terminologia sprzed kilkudziesięciu lat. Wiele lat temu termin supercharger oznaczał po prostu sprężarkę odpowiedzialną za doładowanie silnika. Zarówno taką napędzaną mechanicznie, jak i turbosprężarkę. Stąd też wiele lat temu, anglojęzyczny termin na turbosprężarkę brzmiał turbosupercharger.

Jednak języki obce, to nie tylko język angielski. Otóż w języku rosyjskim mamy termin turbonadduw (турбонаддув), czyli po prostu turbodoładowanie. Oprócz tego występują takie terminy jak turbonagnietatieł (турбонагнетатель) oraz turbokompriessor (турбокомпрессор), oba można przetłumaczyć na nasz polski termin turbosprężarka. Termin nadduw (наддув) oznacza po prostu doładowanie.

Przyszłość turbodoładowania

Kiedyś turbodoładowanie było czymś charakterystycznym dla samochodów sportowych bądź też usportowionych. Dzisiaj jest to niesamowicie popularne rozwiązanie, powszechnie stosowane zarówno w samochodowych silnikach Diesla, jak i w samochodowych silnikach benzynowych. Dziś wręcz samochodowy silnik wolnossący staje się powoli czymś rzadko spotykanym, natomiast silnik turbodoładowany standardem.

Oczywiście tutaj kwestia jaka będzie przyszłość samochodów napędzanych silnikiem spalinowym. Jeśli samochody napędzane silnikiem spalinowym zostaną całkowicie wyparte przez samochody elektryczne, to nastąpi poniekąd automatyczne wymarcie samochodowych turbosprężarek. Bądź co bądź, turbosprężarka to podzespół silnika spalinowego, a nie elektrycznego.