|
[[Plik:Turbocharger.jpg|thumb|350px|Przekrój turbosprężarki; lewa cz. [[turbina]], prawa cz. [[sprężarka]]]]
= Turbosprężarka =
Przekrój turbosprężarki; lewa cz. turbina, prawa cz. sprężarka
'''Turbosprężarka''' – maszyna wirnikowa składająca się z turbiny i sprężarki osadzonych na wspólnym wale. Służy do doładowania silnika spalinowego albo kotła parowego. Turbina jest zasilana spalinami z silnika, a sprężone powietrze przez '''sprężarkę''' zasila silnik. Do cylindra wprowadzona jest większa ilość powietrza dzięki czemu wzrasta moc silnika, ale sprawność pozostaje bez zmian.
Turbodoładowanie zostało opatentowane w roku 1905 przez Szwajcara, dr. Alfreda Büchi, od 1938 było stosowane w samochodach ciężarowych, zaś od 1973 w osobowych.
== Spis treści ==
* 1 Budowa
* 2 Zasada działania
* 3 Typy budowy
** 3.1 Twin Turbo/Biturbo
*** 3.1.1 Twin Turbo
*** 3.1.2 BiTurbo
* 4 Silniki lotnicze
** 4.1 Wielostopniowe turbodoładowanie
* 5 Zalety
* 6 Wady
* 7 Zobacz też
* 8 Przypisy
== Budowa ==
Budowa turbosprężarki jest zbliżona do turbiny gazowej, ale nie zawiera komory spalania. Rolę wytwornicy spalin spełnia w tym przypadku silnik spalinowy.
Turbosprężarka składa się z turbiny, czyli tzw. gorącej części (na
fotografii z lewej strony, na czerwono) i sprężarki, tzw. chłodnej
części (na fotografii z prawej strony, na niebiesko), których wirniki są sztywno połączone wspólnym wałem.
<nowiki> </nowiki>Turbina, napędzana gazami wylotowymi z silnika, napędza wirnik
sprężarki sprężającej powietrze przed dostarczeniem go do silnika
(element generujący doładowanie).
== Zasada działania ==
Obroty sprężarki, a tym samym i jej stopień sprężania zależą od
ilości gazów napędzających turbinę, która przy małym zapotrzebowaniu na
moc jest mała. Dlatego gdy gwałtownie wzrasta zapotrzebowanie na moc
silnika (zmiana biegu, wciśnięcie gazu w celu przyspieszenia) pomimo
dostarczenia dodatkowego paliwa, przez moment, aż sprężarka zostanie
rozpędzona sprężanie sprężarki jest małe, przez co silnik przez moment
ma małą moc. Dodatkowo w tym czasie z powodu mniejszej ilości
dostarczonego powietrza do cylindrów, układ dostarczający paliwo nie
może dostarczyć go tyle co przy statycznym obciążeniu silnika. Efekt
mniejszej mocy silnika przy gwałtownym wzroście zapotrzebowania na moc
nazywany jest turbodziurą.
<nowiki> </nowiki>Usprawnienia konstrukcyjne sprawiają, że dzisiejsze turbosprężarki mają
<nowiki> </nowiki>mniejszy moment bezwładności wirnika, a dawkowanie paliwa jest
dokładniejsze, przez co efekt ''turbodziury'' jest mniejszy.
W celu ograniczenia tego zjawiska stosuje się też sterowanie
wydajnością turbosprężarki. Możliwe są tu dwa sposoby – sterowanie
ilością spalin przepływających poprzez turbinę lub sterowanie geometrią
przepływu.
W pierwszym rozwiązaniu stosuje się zawór obejściowy, który jest
sterowany poprzez ciśnienie doładowywania – gdy ciśnienie wytwarzane
przez sprężarkę przekracza ustaloną przez konstruktora silnika wartość,
zawór otwiera się i przepuszcza część spalin poza wirnikiem turbiny.
Drugim rozwiązaniem jest umieszczenie łopatek sterujących kątem pod
jakim spaliny trafiają na łopatki wirnika. Przy małych prędkościach
obrotowych silnika, spaliny uderzają w wirnik pod kątem zbliżonym do
prostego i jednocześnie łopatki sterujące wytwarzają rodzaj dyszy
przyspieszających przepływ spalin. Ograniczenie ciśnienia doładowania
polega na kierowaniu strumienia spalin pod coraz ostrzejszym kątem
względem łopatek turbiny przy jednoczesnym poszerzeniu kanału przepływu
co powoduje ograniczenie prędkości spalin. Konstrukcyjnie rozwiązuje się
<nowiki> </nowiki>to w ten sposób, że wirnik turbiny otacza rodzaj żaluzji kierujących
przepływem spalin.
Pierwotnie ciśnienie doładowywania było sterowane czysto
mechanicznie, we współczesnych silnikach samochodowych ciśnieniem
steruje sterownik silnika, wykorzystując sygnały z czujników ciśnienia i
<nowiki> </nowiki>ilości zassanego powietrza. Elementami wykonawczymi sterującymi
zaworami lub żaluzjami są siłowniki pneumatyczne (wykorzystujące
podciśnienie) sterowane elektrozaworami lub silniki krokowe – tak jak w
silniku 1,2 TSI grupy VW
W sprężarce rośnie temperatura powietrza w wyniku:
* wzrostu ciśnienia (zgodnie z równaniem adiabaty),
* przepływu ciepła przez elementy konstrukcyjne od gorących spalin do chłodniejszego powietrza.
Jest to zjawisko niekorzystne, gdyż obniża efekt działania
turbosprężarki, oraz zwiększa temperaturę w momencie spalania.
Zwiększenie temperatury wpływa niekorzystnie na elementy silnika, obniża
<nowiki> </nowiki>sprawność silnika jak i zwiększa wydzielanie tlenków azotu. Aby obniżyć
<nowiki> </nowiki>temperaturę sprężonego powietrza stosowany jest wymiennik ciepła zwany intercoolerem lub chłodnicą międzystopniową powietrza.
== Typy budowy ==
=== Twin Turbo/Biturbo ===
Twin Turbo/Biturbo odnosi się do turbodoładowanego silnika
spalinowego, dla którego dwie turbosprężarki sprężają dopływające
powietrze. Istnieją dwie powszechnie stosowane konfiguracje: równoległe
Twin Turbo i szeregowe Biturbo.
==== Twin Turbo ====
Doładowanie Twin Turbo (ang. ''twin'' – bliźniacze) jest to system
<nowiki> </nowiki>dwóch turbosprężarek działających równolegle, co ma na celu poprawę
nadążności pracy urządzenia doładowującego do zmiennych warunków
obciążenia. Wraz ze skróceniem czasu reakcji turbosprężarki na chwilowe
obciążenia, zakres jej pracy w warunkach nieustalonych ulega
zmniejszeniu<sup>[1]</sup>.
System Twin Turbo jest charakterystyczny dla silników o większej
pojemności skokowej (ponad 2500 cm³). Niesie on ze sobą zminimalizowanie
<nowiki> </nowiki>zjawiska bezwładności turbosprężarki przez zastosowanie dwóch
równoległych urządzeń oraz możliwość pokrycia zapotrzebowania na
powietrze dla silnika o znacznie większej pojemności. Oddzielny system
doprowadzenia powietrza do sprężarek jest pożądany dla silników o
większej pojemności skokowej, jako że nie mają one niedostatków momentu
obrotowego w zakresie wolnych obrotów, jak to się dzieje w przypadku
jednostek o mniejszej pojemności.
Stwierdzenie "równolegle" dotyczące dwóch urządzeń nie określa
sposobu ich połączenia, a wskazuje na jednakową pracę wykonywaną przez
dwa takie same urządzenia (równolegle). Możliwe jest zatem zastosowanie
takiego układu do silników rzędowych oraz wskazane przy doładowaniu
silników widlastych.
==== BiTurbo ====
BiTurbo jest rozwiązaniem bardzo podobnym do Twin Turbo, różniącym
się jednak sposobem pracy. Zastosowano dwie turbosprężarki mniejszą,
pracującą w niskim zakresie prędkości obrotowych silnika (do 1500
obr./min) i dużą, która w momencie osiągania wyższych prędkości
obrotowych załączana jest stopniowo, żeby od prędkości 2500 obr./min
odgrywać decydującą rolę w procesie napełniania silnika. Dzięki
zastosowaniu dwóch różnych wielkości turbosprężarek poprawiono zakres
efektywnej pracy urządzenia w całym zakresie obrotów silnika. Mniejsza
turbosprężarka, charakteryzująca się małą bezwładnością łopatek, pracuje
<nowiki> </nowiki>przy małych obciążeniach silnika i dodatkowo wykorzystuje zjawisko
"sprężania wstępnego", realizowanego przez większą turbosprężarkę.
Przełączanie zasilania strugi powietrza na poszczególne turbosprężarki
jest realizowane za pomocą pneumatycznie sterowanego zaworu<sup>[1]</sup>.
W tego typu rozwiązaniach tylko jedna turbina jest nieprzerwanie
napędzana przez spaliny, a druga załącza się w chwili odpowiedniego
zapotrzebowania na moc i napędza drugą sprężarkę. W tym czasie dwa
źródła doładowania pracują według zasady szeregowego BiTurbo. Zaletą tej
<nowiki> </nowiki>techniki jest to, że przy niskich obciążeniach całkowity strumień objętości
<nowiki> </nowiki>spalin działa tylko na jedną turbinę, co poprawia współczynnik
sprawności źródeł doładowania i zmniejsza turbodziurę. Dodatkową zaletą
jest to, że większa turbosprężarka osiąga optymalną prędkość obrotową
<nowiki> </nowiki>jeszcze zanim jest potrzebna. Natomiast wadą jest skomplikowany układ
kanałów dolotowych i wylotowych. Przykładem wykorzystania tego
rozwiązania jest Ford/PSA (DW12BTED4).
== Silniki lotnicze ==
Zastosowanie turbosprężarki w silniku lotniczym miało na celu nie tyle wzrost mocy na poziomie lotniska, co zmniejszenie spadku mocy silnika w miarę wzrostu wysokości lotu.
Turbosprężarka ma co najmniej dwie zasadnicze zalety w stosunku do sprężarek mechanicznych:
* turbosprężarka nie pobiera mocy od wału silnika, zaś wzrost oporów wydechu jest pomijalnie mały
* w miarę wzrostu pułapu lotu rośnie różnica ciśnień pomiędzy kolektorem wydechowym a otaczającym powietrzem, przez co moc na wale turbosprężarki rośnie i doładowanie jest efektywniejsze. Cecha ta nadaje silnikom z turbosprężarkami cechy silnika wysokościowego, co wyraźnie widać na przykładzie takich silników jak np. Pratt & Whitney R-2800 czy mniejszego Wright R-1820. Samoloty wyposażone w takie silniki miały wysoki pułap lotu i dobre właściwości manewrowe na dużej wysokości. Silnik R-2800 miał doładowanie dwusystemowe. Powietrze było wpierw sprężane w turbosprężarce, a następnie mieszanka paliwowo-powietrzna była dodatkowo sprężana w sprężarce mechanicznej, napędzanej od wału silnika. W niektórych silnikach jak Wright R-3350 turbosprężarki przekazywały część mocy na wał silnika, zwiększając jego moc.
=== Wielostopniowe turbodoładowanie ===
Przy wielostopniowym doładowaniu powietrze jest sprężane przez szereg
<nowiki> </nowiki>ustawionych obok siebie sprężarek. Są to zazwyczaj kombinacje sprężarek
<nowiki> </nowiki>mechanicznych i turbosprężarek. Osiągnięte spręże
<nowiki> </nowiki>mogą być sensownie wykorzystane tylko pod warunkiem znacznie obniżonego
<nowiki> </nowiki>ciśnienia zewnętrznego, tak więc technika ta odgrywa rolę tylko przy
rozwoju silników lotniczych.
Bardzo istotne jest wzrastające zapotrzebowanie na paliwo gdy
turbosprężarka jest w użyciu. Doprowadzenie przez turbo większej dawki
powietrza do komory cylindrowej umożliwia spalenie większej dawki
paliwa. Niepoprawny balans pomiędzy paliwem i powietrzem możne
doprowadzić do przedwczesnego zdetonowania benzyny (głównie z powodu
wysokiej temperatury tworzonej przez turbosprężarkę) i awarii silnika
napędzanego benzyną. Zaleca się wiec przy użytku silników turbo
stosowania benzyny wysokooktanowej, która znacznie obniża to ryzyko.
== Zalety ==
Turbosprężarka zastosowana w silniku powoduje:
* wzrost sprawności silnika, poprzez wykorzystanie energii gazów wydechowych
* wzrost wysilenia, przez co silnik o określonej mocy ma mniejsze rozmiary i masę
* lepszą charakterystykę silnika (niższe obroty maksymalnego momentu obrotowego)
* lepsze opłukanie cylindra ze spalin
* nie występuje odczuwalny spadek mocy w miarę spadku ciśnienia atmosferycznego (większa wysokość pracy silnika).
== Wady ==
* podczas sprężania zachodzi niekorzystny wzrost temperatury czynnika roboczego (aby temu przeciwdziałać stosuje się chłodnicę w układzie doładowania)
* podczas pracy w szybkozmiennych obciążeniach wydatek turbosprężarki nie zawsze jest dobrany optymalnie do obciążenia (z tego powodu stosuje się układy regulowanych kierownic w sprężarce, zawory upustowe, układy bi-turbo)
* większa jest złożoność silnika, więcej miejsca wymaga zabudowanie takiego silnika.
Znaczna przewaga zalet nad wadami sprawia, że niemal wszystkie obecnie produkowane silniki wysokoprężne są silnikami turbodoładowanymi, a część z nich ma intercooler dla poprawy wskaźnika napełniania cylindra ładunkiem. Turbosprężarki są również coraz chętniej stosowane w silnikach iskrowych, choć mały wydatek spalin i ich wyższa temperatura utrudniają to zastosowanie.
== Zobacz też ==
* System podtrzymywania ciśnienia doładowania
== Przypisy ==
# <br>
# Poradnik Serwisowy – Doładowanie silników spalinowych nr 1/2007
Kategorie:
* Sprężarki
* Turbiny
* Układ doładowania silnika spalinowego
== Menu nawigacyjne ==
* Utwórz konto
* Zaloguj się
* Artykuł
* Dyskusja
* Czytaj
* Edytuj
* Edytuj kod źródłowy
* Historia i autorzy
* Strona główna
* Losuj artykuł
* Kategorie artykułów
* Najlepsze artykuły
* Zgłoś błąd
* Częste pytania (FAQ)
=== Dla czytelników ===
* Wyszukaj informacje
* Użyj informacji
* O Wikipedii
* Kontakt
* Wspomóż Wikipedię
=== Dla wikipedystów ===
* Pierwsze kroki
* Centrum pomocy
* Zasady edytowania
* Kawiarenka
* Ogłoszenia
* Ostatnie zmiany
=== Narzędzia ===
* Linkujące
* Zmiany w linkowanych
* Prześlij plik
* Strony specjalne
* Link do tej wersji
* Informacje o tej stronie
* Element Wikidanych
* Cytowanie tego artykułu
=== Drukuj lub eksportuj ===
* Utwórz książkę
* Pobierz jako PDF
* Wersja do druku
=== W innych językach ===
* Afrikaans
* العربية
* Български
* Català
* Čeština
* Dansk
* Deutsch
* Eesti
* Ελληνικά
* English
* Español
* Euskara
* فارسی
* Français
* Galego
* ગુજરાતી
* 한국어
* हिन्दी
* Hrvatski
* Bahasa Indonesia
* Íslenska
* Italiano
* עברית
* ಕನ್ನಡ
* Magyar
* മലയാളം
* Bahasa Melayu
* Nederlands
* 日本語
* Norsk bokmål
* Norsk nynorsk
* Português
* Română
* Русский
* Simple English
* Slovenčina
* Slovenščina
* Srpskohrvatski / српскохрватски
* Suomi
* Svenska
* ไทย
* Türkçe
* Українська
* Tiếng Việt
* 中文
Edytuj linki
* Tę stronę ostatnio zmodyfikowano o 14:39, 20 kwi 2015.
* Tekst udostępniany na licencji Creative Commons: uznanie autorstwa, na tych samych warunkach, z możliwością obowiązywania dodatkowych ograniczeń. Zobacz szczegółowe informacje o warunkach korz
'''Turbosprężarka''' – maszyna wirnikowa składająca się z [[turbina|turbiny]] i [[sprężarka|sprężarki]] osadzonych na wspólnym [[Wał (maszynoznawstwo)|wale]]. Służy do [[Układ doładowania silnika spalinowego|doładowania]] [[silnik spalinowy|silnika spalinowego]] albo [[kocioł parowy|kotła parowego]]. Turbina jest zasilana [[spaliny|spalinami]] z silnika, a sprężone [[powietrze]] przez '''sprężarkę''' zasila silnik. Do cylindra wprowadzona jest większa ilość powietrza dzięki czemu wzrasta [[moc]] silnika, ale sprawność pozostaje bez zmian.
| 