Comprex - zapomniana turbina

Doładowanie silników spalinowych to jeden ze sposobów zwiększenia ich mocy. Polega ono na dostarczaniu do cylindrów większej ilości powietrza. W tym celu powietrze jest sprężane - przy zwiększonym ciśnieniu, powietrze ma większą gęstość - dzięki czemu w objętości cylindra mieści się jego większa ilość. Dzięki doładowaniu uzyskuje się efekt zwiększonej mocy silnika poprzez:
- zwiększenie dawki wtryskiwanego paliwa w jednym cyklu pracy silnika (w cylindrze znajduje się większa ilość powietrza potrzebnego w procesie spalania mieszanki),
- zwiększenie ciśnienia spalanej mieszanki, a tym samym zwiększenie siły działającej na denko tłoka,
- poprawę napełnienia cylindra.

Najbardziej rozpowszechnionym systemem doładowania jest turbosprężarka. Jej zasada działania polega na wykorzystaniu energii spalin wylatujących z cylindra do napędu wirnika umieszczonego za kolektorem wydechowym. Wirnik ten jest zabudowany na jednej osi wraz z drugim wirnikiem, który wpięto w kanał doprowadzający powietrze. W efekcie wirnik kręcący się pod wpływem ciśnienia wylatujących spalin wymusza obrót drugiego wirnika i przepływające powietrze jest sprężane. Jest jednak pewna niedogodność tego urządzenia. Gdy potrzebujemy nagłego przyrostu mocy - wciskamy na gaz i... na początku nic się nie dzieje. Dopiero po chwili silnik dostaje "potężnego kopa".

Zjawisko to, nazywane "turbodziurą" występuje ze względu na czas potrzebny do osiągnięcia przez gazy spalinowe ciśnienia potrzebnego do poruszenia wirnika. Obecnie, aby zmniejszyć uciążliwość tego zjawiska, zmniejszono bezwładność wirnika. Stosuje się też dwie mniejsze turbosprężarki. Wprowadzono również zmienny kąt łopatek wirnika.

Te nowoczesne rozwiązania technologiczne, to jednak wymysł naszych czasów. Wcześniej starano się poradzić z tym zjawiskiem poprzez wprowadzenie systemu doładowania, wykorzystującego zasadę impulsowego przepompowywania powietrza sprężonego przez gazy spalinowe. Tak powstał system Comprex: nazwa pochodzi od złożenia słów Compression-Expansion czyli sprężanie-rozporężanie. W praktyce stosowany był on w latach osiemdziesiątych w kilku tysiącach samochodów Opel Senator (specjalna wersja silnika 2.3D). Później w latach 1992-1997 przez Mazdę w modelu 626.

Jak działa system Comprex? Podstawowym elementem urządzenia jest rotor o kształcie walca, łączący układ wydechowy z dolotowym. W jego wnętrzu znajduje się zestaw ułożonych osiowo rur, dzielących go na poszczególne komory. Napęd wirnika zapewnia wał korbowy, a obroty zostały tak zsynchronizowane, aby poszczególne komory trafiały na kanały
wlotowe i wylotowe spalin oraz powietrza w ściśle określonym czasie. Cykl pracy zaczyna się od zassania porcji powietrza na skutek podciśnienia panującego w komorze rotora. Następnie na skutek obrotu walca następuje odcięcie przepływu od strony kanału dolotowego. Po dalszym obrocie rotora - z jego drugiej strony - następuje otwarcie małego kanału wlotowego spalin.

Ponieważ jest to zsynchronizowane z pracą zaworów wydechowych, spaliny z dużą siłą wpływają do komory i uderzają w znajdujące się w niej powietrze. Powoduje to sprężenie ładunku powietrza i - gdy obracający się walec odsłania mały otwór wylotowy - sprężone powietrze wydostaje się z rotora. Dalszy obrót wirnika zamyka ten otwór, przez co spaliny nie mogą wydostać się wraz ze świeżym ładunkiem, ale odbijają się od ścianek i są kierowane z powrotem. W tym samym czasie rotor - podczas dalszego obrotu - odsłania duży otwór kanału wydechowego i spaliny opuszczają sprężarkę. Za wydostającymi się z rotora spalinami powstaje podciśnienie. Obracający się dalej rotor odsłania kanał wlotowy świeżego ładunku, powietrze jest zasysane i cykl się powtarza.

Oczywiście, poprawne działanie układu wymaga precyzyjnego wykonania sprężarki i zachowania szczelności pomiędzy kanałami w obudowie a obracającym się walcem. Z powodu niskiej trwałości sprężarek typu Comprex, producenci szybko zaniechali ich stosowania.

Bogusław Korzeniowski