Turbo, Twin turbo, Bi-turbo, Twin-scroll czy elektryczne turbo? Które z nich są najlepsze i jakie są ich wady i zalety?

W tym artykule przyjrzymy się wszystkim wymienionym typom turbosprężarek i porozmawiamy o ich budowie.

Do czego służy turbosprężarka?

Turbosprężarka lub potocznie turbosprężarka to urządzenie zwiększające moc silnika spalinowego poprzez wtłaczanie powietrza do komory spalania.

Wzrost mocy polega na tym, że silnik otrzymuje o wiele więcej cząsteczek tlenu z tej samej objętości powietrza, ponieważ powietrze jest sprężane, przez co mieszanka jest bardziej wybuchowa.

Powiązany artykuł - 

Turbosprężarka: jakie są jej zalety i czym jest turbodziura?

Tak więc silnik z turbodoładowaniem łatwiej przyspiesza, ma większą moc i nie zużywa więcej paliwa niż silnik atmosferyczny. Turbosprężarka jest zasilana spalinami, co oznacza, że ​​zużywa energię, która w przeciwnym razie zostałaby zmarnowana.

Napęd turbosprężarki spalinami jest bardzo wydajny, ponieważ turbosprężarka nie pobiera energii z silnika, w przeciwieństwie do doładowania, które napędzane jest mechanicznie mocą silnika.

Z czego składa się turbosprężarka?

Główną częścią turbosprężarki jest turbina, czyli śmigło. Może obracać się z prędkością dochodzącą do 300 000 obr./min i ma największy wpływ na niektóre charakterystyki pracy turbosprężarki. Wielkość turbiny określa ilość powietrza, które wpłynie do silnika. Ogólnie rzecz biorąc, im większa turbina, tym większa wydajność przepływu powietrza.

Wydajność turbosprężarki jest ściśle związana z jej wielkością. Duże turbosprężarki potrzebują większego ciśnienia spalin, co powoduje turbo lag przy niskich prędkościach. Małe turbosprężarki obracają się szybko, ale mogą nie mieć takiej samej mocy przy dużym przyspieszeniu.

Powiązany artykuł - 

Turbo Lag: Co to jest i jak go zmniejszyć?

Różne warianty turbosprężarek skutecznie łączą zalety dużych i małych turbosprężarek.

Pojedyncza turbosprężarka - Najprostszy typ turbosprężarki

Ta prosta turbosprężarka była już używana, gdy doładowanie było w powijakach. Jednak prosta turbosprężarka ma pewne ograniczenia w zakresie tuningu silnika.

Jak już wspomniano, turbosprężarka jest zasilana spalinami. Mała turbosprężarka ma małą bezwładność, więc tylko niewielka ilość energii ze spalin wystarcza do obrócenia turbiny.

Powiązany artykuł - 

Moc i moment obrotowy silnika: który z tych parametrów jest ważniejszy?

Silnik z taką turbosprężarką zapewnia wysoki moment obrotowy już przy bardzo niskich obrotach, dzięki czemu wyróżnia się elastycznością już przy niższych obrotach. Nie ma jednak mocy przy dużych prędkościach, bo turbina chciałaby się szybciej obracać, ale osiąga swoją maksymalną prędkość przewidzianą w projekcie.

Dlatego mała turbosprężarka osiągnie maksymalną prędkość przy niższych obrotach silnika niż większa. Z drugiej strony duża turbosprężarka pracuje tylko przy wysokich obrotach silnika. Oznacza to, że im wyższa prędkość obrotowa silnika, tym większa jego moc.

Silnik z tego typu turbosprężarką pracuje na określonych obrotach jak jednostka bez doładowania. Gdy przekroczy pewien zakres obrotów, objawia się bardzo ostrym i mocnym startem i pchnięciem.

Zalety:

• Cena
• Niezawodność
• Prosta konstrukcja

Niedogodności:

• Znaczne turbo lag
• Kompromis pomiędzy osiągami silnika a elastycznością

Turbosprężarka o zmiennej geometrii

Turbosprężarki o zmiennej geometrii (lub w skrócie VGT) wykorzystują ruchome łopatki do regulacji przepływu powietrza do turbiny, naśladując w ten sposób turbosprężarkę o optymalnej wielkości na całej krzywej mocy. Rezultatem jest turbosprężarka bez zauważalnego opóźnienia turbosprężarki.

Ten typ turbosprężarki stosowany jest wyłącznie w silnikach diesla. Powodem jest podatność mechanizmu ostrza na wysokie temperatury. Gwoli wyjaśnienia, temperatura spalin silników benzynowych jest o kilkaset stopni Celsjusza wyższa niż w przypadku silników Diesla.

Powiązany artykuł - 

Turbosprężarka o zmiennej geometrii (VGT): Jak to działa?

Nawet w tym przypadku są jednak wyjątki, więc tego typu turbosprężarkę można spotkać nawet przy silniku benzynowym.

Zalety:

• Pracuje w szerokim zakresie obrotów silnika
• Cena porównywalna z ceną prostej turbosprężarki

Niedogodności:

• Mniejsza niezawodność w porównaniu do prostej turbosprężarki
• Przeznaczona głównie do silników diesla (w przypadku silników benzynowych rozwiązanie to wymaga zastosowania drogich, trwalszych materiałów)

Bi-turbo, Twin-turbo

Twin-turbo lub Bi-turbo to dwie turbosprężarki pracujące równolegle (łącznie) lub sekwencyjnie (osobno). W konfiguracji równoległej obie turbosprężarki mają ten sam rozmiar, przy czym jedna turbosprężarka jest napędzana przez jedną połowę, a druga przez drugą połowę układu wydechowego silnika i obie pracują jednocześnie. Z takim rozwiązaniem można się spotkać zwłaszcza przy silnikach wielocylindrowych.

Małe turbosprężarki mają małą bezwładność, więc w zasadzie tylko niewielka ilość energii ze spalin jest potrzebna do obrócenia turbiny, dlatego często stosuje się dwie małe turbosprężarki zamiast dwóch dużych.

W konfiguracji sekwencyjnej, która jest częściej stosowana, mniejsza turbosprężarka pracuje na niskich obrotach, na średnich obrotach i na wyższych z góry określonych obrotach silnika. Tylko duża turbosprężarka pracuje samodzielnie.

Sekwencyjnie pracujące turbosprężarki spełniają zarówno wymagania dotyczące wysokich osiągów, jak i elastyczności silnika przy niskich prędkościach obrotowych. Ta konstrukcja wymaga jednak skomplikowanych zestawów rur do zasilania obu turbosprężarek.

Zalety:

• Spełniają wymagania dotyczące wysokich osiągów, ale także elastyczności silnika przy niskich prędkościach obrotowych
• Eliminują turbodziurę

Niedogodności:

• Wysoka cena
• Skomplikowana konstrukcja
• Wyższe koszty obsługi

Turbosprężarka typu twin-scroll

Ten typ turbosprężarki posiada dwa kanały dolotowe spalin w części turbiny. Rury wydechowe z cylindrów prowadzą do jednego i drugiego kanału Twin-scroll turbo dzięki czemu podciśnienie nie pobiera energii ze spalin jednego cylindra.

Natomiast zawór wydechowy drugiego cylindra jeszcze się nie zamknął, ale jego zawór wlotowy już zaczął się otwierać.

Powiązany artykuł - 

Twin-scroll turbo: jakie są jego zalety i wady?

Jeżeli zapłon na cylindrach jest w kolejności 1-3-4-2, to przewody cylindrów 1 i 4 będą prowadziły do ​​jednego kanału, a cylindry 2 i 3 do drugiego. W takim przypadku nie będzie strat energii spalin, ponieważ cylinder 3, który pobierałby energię ze spalin z cylindra 1, nie jest podłączony do tego samego przewodu.

Wadą turbosprężarki Twin-scroll jest jej wymagająca konstrukcja rury wydechowej. Konieczne jest również posiadanie parzystej liczby cylindrów, aby spaliny z tej samej liczby cylindrów trafiały do ​​każdego kanału.

Zalety:

• Cena zbliżona do pojedynczej turbosprężarki
• Wydajność zbliżona do podwójnej turbosprężarki
• Niezawodność

Niedogodności:

• Trudna konstrukcja rur wydechowych
• Trudne rozwiązanie konstrukcyjne dla silników o większej liczbie cylindrów

Elektryczna turbosprężarka

To nie jest turbo, tylko elektryczna sprężarka. Ten typ turbosprężarki nie potrzebuje do swojego napędu energii ze spalin, ponieważ do swojego napędu wykorzystuje silnik elektryczny oraz specjalny akumulator. Dzięki temu elektryczne turbo ma kilka zalet. Prawdopodobnie największym jest całkowite wyeliminowanie turbodziury.

Elektryczna turbosprężarka może regulować prędkość swojej turbiny, zmieniając prędkość silnika elektrycznego. Ten typ turbosprężarki nie potrzebuje więc żadnych dodatkowych urządzeń typu blow-off valve, wastegate, czy zmienne łopatki do regulacji turbodziury.

Powiązany artykuł - 

Elektryczna turbosprężarka: czy to turbosprężarka czy doładowanie?

Ta turbosprężarka nie jest używana samodzielnie do doładowania silnika. Przy wysokich prędkościach obrotowych silnika energia ze specjalnego akumulatora nie byłaby wystarczająca do obracania turbiny z wystarczającą prędkością. Przy zastosowaniu mocniejszego akumulatora lub większej ilości takich akumulatorów cena turbosprężarki elektrycznej przekroczyłaby cenę całego samochodu.

Dlatego elektryczna turbosprężarka działa tylko przy niskich i średnich obrotach silnika, a przy wysokich wyłącza się i pozostawia funkcję doładowania klasycznej turbosprężarce.

Zalety:

• Całkowity brak turbodziury
• Nie wymaga dodatkowego wyposażenia do regulacji ciśnienia napełniania
• Nie podlega dużym obciążeniom termicznym

Niedogodności:

• Wysoka cena
• Kwestia niezawodności
• Wymaga specjalnego akumulatora, który zasila to turbo