Wyposażenie silnika w turbosprężarkę to skuteczny sposób na uzyskanie dużej mocy przy niewielkich rozmiarach. A co z turbodziurą?

Problemem jest jednak uzyskanie szybkiej reakcji na naciśnięcie pedału przyspieszenia – bezwładność turbosprężarki powoduje opóźnienie zwane turbodziurą. Istnieje kilka sposobów, by sobie z tym poradzić.

Gdy silnik pracuje na niskich obrotach, wytwarza niewielką ilość spalin, które nie są w stanie szybko rozpędzić turbiny. W związku z tym po dodaniu gazu również obroty sprężarki narastają powoli, więc powoli rośnie również ciśnienie oraz ilość powietrza, dostarczanego przez nią silnikowi – a zatem i ilość mieszanki paliwowo-powietrznej, której spalanie jest źródłem mocy.

Zmienna geometria

Pierwszym sposobem przyspieszenia reakcji turbiny jest wyposażenie jej w przestawiane łopatki (tzw. kierownice), których przymknięcie powoduje wzrost prędkości spalin trafiających na łopatki turbiny i szybsze przyspieszanie jej obrotów. Przy wysokich obrotach kierownice otwierają się, zapewniając dopływ dużej ilości spalin i optymalną w tych warunkach pracę urządzenia. Taki układ, zwany turbosprężarką o zmiennej geometrii, jest stosunkowo niewielki i lekki, ale zawiera dodatkowe elementy ruchome, w tym siłownik podciśnieniowy sterowany elektrozaworem, co zwiększa prawdopodobieństwo awarii.

Co dwie, to nie jedna

Drugi sposób to wykorzystanie dwóch turbosprężarek – biturbo lub twin turbo. Określenia te są często używane zamiennie, jednak nie zawsze oznaczają to samo, bowiem dwie sprężarki mogą pracować równolegle lub szeregowo. Układ równoległy oznacza po prostu dwie identyczne turbosprężarki, z których każda współpracuje ze swoją połową silnika – np. z czterema cylindrami  jednego bloku V8. Ponieważ w tej sytuacji turbosprężarki są mniejsze, mają też mniejszą bezwładność, a zatem i krótszy czas reakcji. W układzie sekwencyjnym stosuje się mniejszą turbosprężarkę dla małych obrotów i większą dla dużych, co zapewnia zarówno szybką reakcję silnika, jak i dużą moc – oczywiście kosztem wzrostu komplikacji i masy. Taki układ stosuje m. in. BMW, czy Toyota.

Twin scroll

Jednak te metody mają pewną wadę, wynikającą z cyklu pracy silników czterosuwowych i charakterystyki pracy rozrządu zaworów – przepływy spalin z poszczególnych cylindrów, łącząc się w kolektorze wydechowym, zakłócają się wzajemnie, co mniejsza efektywność turbiny. Rozwiązaniem, pozwalającym tego uniknąć, a jednocześnie wyeliminować opóźnienia reakcji turbosprężarki, jest tzw. twin scroll turbo, zastosowane w 238-konnych, 4-cylindrowych silnikach 2.0 Lexusa, używanych w modelach Lexus IS 200t, Lexus NX 200t, Lexus RC 200t, Lexus GS 200t i Lexus RX 200t. Polega ono na rozdzieleniu kolektora wydechowego na dwa kanały, z których jeden obsługuje cylindry zewnętrzne, a drugi wewnętrzne, co pozwala uniknąć interferencji przepływu. Kanały różnią się przekrojem i są ukształtowane tak, że jeden zapewnia dużą prędkość przepływu spalin przy małych obrotach, a drugi odpowiedni przepływ gazów przy dużej mocy. Wypływające z nich gazy trafiają na optymalnie ukształtowane łopatki tego samego wirnika turbiny. W ten sposób uzyskano niejako dwie turbiny w jednej, gwarantującą bardzo dobrą dynamikę silnika, praktycznie bez turbodziury, wysoką moc, a także znakomitą charakterystykę momentu obrotowego w szerokim zakresie obrotów./oprac. ns/