Turbosprężarka – co to jest i do czego służy?

Turbosprężarka, potocznie znane jako turbo to urządzenie, które zwiększa sprawność i moc wyjściową silnika spalinowego zmuszając dodatkowego sprężonego powietrza do komory spalania. Ta poprawa w stosunku do mocy wyjściowej silnika wolnossącego wynika z faktu, że sprężarka może wtłaczać więcej powietrza i proporcjonalnie więcej paliwa – do komory spalania niż ciśnienie atmosferyczne – w tym przypadku, tłok sam w sobie.

Jak działa turbosprężarka?

W silnikach z tłokami wolnossącymi gazy wlotowe są zasysane lub „wpychane” do silnika przez ciśnienie atmosferyczne wypełniające pustkę objętościową spowodowaną suwem tłoka w dół (który tworzy obszar niskiego ciśnienia), podobnie jak wyciąganie płynu za pomocą strzykawki. Rzeczywista ilość wdychanego powietrza, w porównaniu z teoretyczną ilością, gdyby silnik mógł utrzymać ciśnienie atmosferyczne, nazywa się sprawnością objętościową . Celem turbosprężarki jest poprawa wydajności objętościowej silnika poprzez zwiększenie gęstości gazu wlotowego (zwykle powietrza), umożliwiając większą moc na cykl silnika.

Sprężarka turbosprężarki zasysa powietrze z otoczenia i spręża je przed wejściem do kolektora dolotowego pod zwiększonym ciśnieniem. Powoduje to, że większa masa powietrza dostaje się do cylindrów przy każdym suwie wlotowym. Moc potrzebna do uruchomienia sprężarki odśrodkowej pochodzi z energii kinetycznej spalin silnika.

Jak działa turbosprężarka? — Działanie turbosprężarki, źródło: wikipedia.com

Historia turbosprężarek

Wymuszona indukcja pochodzi z końca XIX wieku, kiedy Gottlieb Daimler opatentował technikę użycia pompy zębatej do wtłaczania powietrza do silnika spalinowego w 1885 r. Turbosprężarka została wynaleziona przez szwajcarskiego inżyniera Alfreda Büchi (1879–1959) , szef badań silników wysokoprężnych na Gebrüder Sulzer, firmy produkcyjnej silników w Winterthur, który otrzymał patent w 1905 roku za korzystanie sprężarkę napędzaną spalinami zmusić powietrze do silnika spalania wewnętrznego, aby zwiększyć moc wyjściowa ale realizacja pomysłu zajęła kolejne 20 lat.

Turbosprężarka - co to jest — Turbosprężarka Rotrex, źródło: peakpx.com

Pierwsze zastosowanie technologii turbodoładowania opartej na jego konstrukcji miało miejsce w przypadku dużych silników okrętowych, kiedy niemieckie Ministerstwo Transportu zleciło budowę linii pasażerskich „Preussen” i „Hansestadt Danzig” w 1923 r. Oba statki były wyposażone w podwójne dziesięciocylindrowe silniki Diesla z moc wzrosła z 1750 do 2500 koni mechanicznych dzięki turbosprężarkom zaprojektowanym przez Büchi i zbudowanym pod jego nadzorem przez Browna Boveri. Podczas pierwszej wojny światowej francuski inżynier Auguste Rateau montował turbosprężarki w silnikach Renault, które z powodzeniem napędzały różne francuskie myśliwce. W 1918 r. Inżynier General Electric Sanford Alexander Moss podłączono turbosprężarkę do silnika samolotu V12 Liberty . Silnik przetestowano w Pikes Peak w Kolorado na wysokości 14 000 stóp (4300 m), aby wykazać, że może on wyeliminować straty mocy zwykle występujące w silnikach spalinowych w wyniku zmniejszenia ciśnienia powietrza i gęstości na dużych wysokościach.