logo autoride automagazin auta vsetko o autach
arrow_upward

Turbodúchadlo: Zariadenie ktoré zvyšuje výkon motora


Turbodúchadlo alebo hovorovo turbo je zariadenie, ktoré zvyšuje výkon spaľovacieho motora tak, že nasilu vháňa vzduch do spaľovacej komory. Zvýšenie výkonu spočíva v tom, že motor dostáva z rovnakého objemu vzduchu oveľa viac molekúl kyslíka, pretože vzduch je natlakovaný a vďaka tomu je zmes výbušnejšia, motor ľahšie akceleruje a nepotrebuje väčšie množstvo paliva.

Okrem turbodúchadla sa používa na preplňovanie motora aj kompresor alebo kombinácia turba a kompresoru. Kľúčový rozdiel medzi turbom a kompresorom je ten, že kompresor je poháňaný mechanicky prostredníctvom remeňa pripojeného ku kľukovému hriadeľu, zatiaľ čo turbodúchadlo je poháňané výfukovýmy plynmi z motora.

Keďže kompresor využíva na svoj pohon energiu z motora, znamená to, že nejakú energiu motoru uberie, no v konečnom dôsledku jej dodá viacej. Ďaľšou nevýhodou kompresora je jeho nižšia adiabatická účinnosť v porovnaní s turbom. Adiabatická účinnosť je schopnosť kompresora stláčať vzduch bez toho, aby do vzduchu pridal prebytočné teplo. Čím je teplota vzduchu nižšia, tým je vzduch hustejší a obsahuje viac molekúl kyslíka. Kompresory teda dodávajú do vzduchu viac tepla ako turbodúchadlá, čo znamená, že nie sú tak účinné.

Turbodúchadlo nie je poháňané mechanicky, ako som už spomínal je poháňané výfukovými plynmi, a preto neodoberá energiu z motora, čo je oveľa efektívnejšie. Jeho nevýhodou je však takzvaný turbo LAG.

Turbo LAG:

Je čas potrebný na zmenu výkonu, teda čaš medzi požiadavkou zvýšenia výkonu (zošliapnutím plynového pedálu) a nástupom výkonu, ktorý sa v porovnaní s prirodzeným nasávaním zhoršuje. Je to čas, ktorý potrebuje výfukový systém a turbodúchadlo, aby sa vytvoril požadovaný impulz, ktorý navýši výkon. Kompresory tento problém nemajú, pretože sú poháňané piamo motorom a odozva na plyn je teda okamžitá. Niekedy sa turbo LAG mýli (zamieňa) s nízkymi otáčkami motora. Ak sú otáčky motora veľmi nízke, môže čakanie na zrýchlenie trvať aj niekoľko sekúnd. Toto čakanie však NIE JE TURBO LAG ale nesprávny výber prevodovej rýchlosti.

Turbodúchadlá sa spoliehajú na hromadenie tlaku výfukových plynov na pohon turbíny (vrtuľky), čo nie je možné dosiahnuť počas voľnobehu alebo nízkych otáčok motora. Keď motor dosiahne dostatočné otáčky, začne sa turbína otáčať tak, aby vznikol väčší sací tlak ako je ten atmosférický. Cieľom turbodúchadla je zlepšiť objemovú účinnosť motora zvýšením hustoty nasávaného vzduchu, čo umožní väčšiu výkonnosť na jeden cyklus motora.

Turbína (vrtuľka) turbodúchadla:

Veľkosť a tvar turbíny (točí sa až 300 000 ot/min) ovplyvňuje niektoré výkonové charakteristiky turbodúchadla. Rozmery turbíny tiež určujú množstvo vzduchu, ktoré bude prúdiť systémom. Vo všeobecnosti platí, že čím väčšia turbína je, tým väčšia je kapacita prúdenia vzduchu.

Výkon turbodúchadla je úzko spojený s jeho veľkosťou. Veľké turbodúchadlá potrebujú väčší tlak, čo spôsobuje pri nízkej rýchlosti turbo LAG. Malé turbodúchadlá sa rýchlo otáčajú, ale nemusia mať pri vysokej akcelerácii rovnaký výkon. Pre efektívne kombinovanie výhod veľkých a malých turbodúchadiel sa používajú dvojité turbodúchadlá alebo turbodúchadlá s variabilnou geometriou lopatiek.

Bi-turbo, Twin-turbo:

Twin-turbo alebo Bi-turbo sú dve turbodúchadlá pracujúce buď paralelne (spoločne) alebo sekvenčne (samostatne). V paralelnej konfigurácii je jedno turbodúchadlo poháňané jednou polovicou a druhé druhou polovicou výfukových plynov z motora a obe pracujú naraz. Menšie turbodúchadlá majú menší turbo LAG než väčšie turbodúchadlá, preto sa často používajú dve malé turbodúchadlá.

V sekvenčnej konfigurácií, beží jedno menšie turbodúchadlo pri nízkych otáčkach a druhé väčšie sa zapne pri väčších vopred stanovených otáčkach motora. Sekvenčné turbodúchadlá znižujú turbo LAG, ale vyžadujú zložité sady potrubí na napájanie oboch turbodúchadiel.

Turbodúchadlo twin-scroll

Tento typ turbodúchadla má v turbínovej časti dva kanály pre prívod výfukových plynov. K jednému aj druhému kanálu Twin-turba vedú výfukové zvody z valcov tak, aby podtlak neuberal energiu výfukovým plynom jedného valca, zatiaľ čo sa výfukový ventil iného valca ešte nezatvoril, no jeho sací ventil sa už začal otvárať.

Ak je zapaľovanie vo valcoch v poradí 1-3-4-2, povedú do jedného kanála zvody z valcov 1 a 4 a do druhého kanálu zvody z válcov 2 a 3. V takomto prípade nedôjde k úbytku energie výfukových plynov, pretože valec 3, ktorý by uberal energiu výfukovým plynom z valca 1, nie je napojený na rovnaké potrubie.

Nevýhodou pri Twin-scroll turbodúchadle je jeho náročnosť, ale aj to, že je potrebné mať párny počet valcov, aby do každého kanálu prúdili výfukové plyny z rovnakého počtu valcov.

Turbodúchadlo s variabilnou geometriou lopatiek:

Turbodúchadlá s variabilnou geometriou používajú pohyblivé lopatky na nastavenie prietoku vzduchu do turbíny, napodobňujú tak turbodúchadlo optimálnej veľkosti v celej výkonovej krivke. Výsledkom je turbodúchadlo bez pozorovateľného turbo LAGU.

Wastegate (obtokový ventil):

Obtokový ventil odkláňa výfukové plyny od turbíny turbodúchadla. Odklonom výfukových plynov sa riadi rýchlosť otáčok turbíny. Hlavnou funkciou obtokového ventilu je regulácia plniaceho tlaku, aby tak nedošlo k poškodeniu motora alebo turbodúchadla.

Blow off ventil:

Blow-off ventil je ventil, ktorý uvoľnuje tlak v turbodúchadlom preplňovaných motoroch. Tento ventil pomáha vyprázdniť priestor medzi turbodúchadlom a škrtiacou klapkou tak, že stlačený vzduch vypustí do okolia, aby sa tak znížilo opotrebovanie turbodúchadla. Pri vypúštaní vzduchu vniká charakteristické syčanie alebo pískot.

Prečo teda motory preplňovať?

Preplňovanie dokáže zvýšiť výkon motora a znížiť jeho spotrebu, avšak niektorí výrobcovia stále preferujú veľké atmosférické benzínové motory. Naftové motory bez preplňovania sa už v dnešnej dobe nevyrábajú, pretože v porovnaní s tými benzínovými majú veľmi nízke výkony.