Kompresor kontra turbina

Oba te rozwiązania cechuje jedno - miały zwiększyć moc oraz moment obrotowy silnika bez podnoszenia pojemności skokowej. W największym skrócie, oba systemy miały wprowadzić jeszcze więcej powietrza (tym samym również tlenu potrzebnego do procesu spalania) do silnika, aby poprawić sprawność jednostki. Proces jest prosty - im więcej tlenu znajdzie się w komorze spalania zmieszanego z paliwem, tym więcej mocy uzyskamy. Drogi do tego są dwie - właśnie sprężarka mechaniczna oraz turbosprężarka.

Historia wzmocnienia silników bez zwiększania pojemności skokowej sięga jeszcze lat 1885 i 1896, kiedy Gottlieb Daimler i Rudolf Diesel pracowali nad zwiększeniem mocy i zmniejszaniem zużycia paliwa przez wstępne sprężanie powietrza. Pierwsza turbosprężarka działała głównie w wielkich jednostkach napędowych, między innymi w silnikach okrętowych. Pierwsza turbosprężarka zamontowana została w 1938 r. Trafiła ona do silnika ciężarówki Swiss Machine Works Saurer. Minęło kilkanaście lat i w 1952 r. Alfred Büchi (Szwajcar) uzyskał wzrost mocy silnika o więcej niż 40 proc. Za pierwsze auta osobowe z tym system uznaje się Chevroleta Corvair Monza oraz Oldsmobile'a Jetfire, w których zastosowano turbinę do zwiększenia mocy. Na rynku w USA pojawiły się na przełomie 1962/63 roku.

Niestety, pierwsze systemy były bardzo zawodne. Faktyczny przełom w tym temacie nastąpił dopiero w 1978 r., gdy zaprezentowano silnik diesla z turbodoładowaniem. Był on montowany w Mercedesie 300 SD. Trzy lata później każdy mógł poczuć jak się jeździ z turbiną. Stało się to za sprawą VW Golfa Turbodiesel. Z czasem turbodoładowanie stało się coraz bardziej popularne, głównie za sprawą niższego spalania i zwiększenia sprawności jednostek napędowych. Ten rozwój nieprzerwanie trwa po dziś dzień i wszystko wskazuje na to, że trwać będzie jeszcze długo.

Firmy motoryzacyjne są podzielone w sposobie zwiększania mocy silników. Niektórzy producenci od lat stosują kompresory, jak na przykład Mercedes czy Jaguar, inni upodobali sobie turbo, tak jak Toyota, Nissan czy Porsche ze swoją słynną 911-ką Turbo. Głównym elementem obu elementów jest wirnik sprężający powietrze. Jednak, logiczne jest, że omawiany "wiatrak" musi napędzać jakaś siła. I tutaj drogi się rozchodzą. Sposób napędzania wiatraka odróżnia sprężarkę mechaniczną od turbodoładowania. W przypadku turbodoładowania, za napęd służą gazy wylotowe (spaliny) z silnika trafiające do turbiny, która napędza sprężarkę. Z kolei sprężarkę mechaniczną odróżnia to, że wirnik napędzany jest przez wał korbowy, z którego energia przechodzi za pośrednictwem paska. Mieszanka paliwowo-powietrzna lub samo powietrze, doprowadzane są do komory spalania i wtłaczane za pomocą sprężarki. Istnieją również systemy twin-turbo lub biturbo, czyli połączenie dwóch sprężarek, gdzie obie sprężają dopływające powietrze. Istnieją dwie
powszechnie stosowane konfiguracje: równoległe twin-turbo i szeregowe biturbo. Różnice i ich opis zasługują na osobny tekst, dlatego tylko o nich wspomnimy.

Zarówno kompresor jak turbosprężarkę różnią także efekty pracy. Kompresor czerpie moc z części pracy silnika, więc dostrzec możemy zabieranie sprawności temu pierwszemu, na rzecz dodatkowej mocy całego systemu. W przypadku turbiny, wiatrak napędzany jest za pomocą spalin, które w silniku bez turbodoładowania, i tak już do niczego nie służą. Zatem w drugim przypadku, dodatkowe konie mechaniczne i energia można powiedzieć, że są darmowe.

Nieco inaczej wygląda również otrzymywana moc. W przypadku kompresora, wzrost mocy jest liniowy. Czytaj, kompresor działa już od najniższych obrotów silnika. Turbodoładowanie jest w tym temacie nieco "opóźnione", gdyż jego działanie odczuwamy dopiero po przekroczeniu określonych obrotów. Dopiero wtedy, gdy w systemie wytworzy się odpowiednio duże ciśnienie. Zanim osiągniemy ten efekt, trwa potocznie zwany efekt "turbodziury". Dotyczy to szczególnie starszych konstrukcji. Obecnie różne systemy i ich łączenie (zmienna geometria łopatek wirnika, łączenie kompresora z turbodoładowaniem itp.) powodują, że we współczesnych samochodach coraz rzadziej spotkamy brak szybkiej reakcji turbosprężarki.

Jednak który system jest lepszy, skuteczniejszy i bardziej godny uwagi? Cóż, to zależy. Dzięki turbinie otrzymać można znacznie większe przyrosty mocy, ponieważ uzyskamy większe ciśnienie doładowania. Stąd tak ogromne zainteresowanie tym rozwiązaniem zarówno u producentów samochodów, jak i firm tuningowych. Z kolei największą zaletą kompresora jest brak "turbodziury" i bardziej liniowy przyrost mocy, tym samym większa kontrola kierowcy nad jednostką napędową. W latach 80. XX w nagły przyrost mocy w potężnych silnikach z turbodoładowaniem powodował utratę kontroli nad autem.

Turbosprężarka wymaga również nieco innego eksploatowania. Nie zaleca się natychmiastowego gaszenia silnika po dłuższej jeździe, gdyż rozpędzony wiatrak może ulec uszkodzeniu przez brak odpowiedniego smarowania. W przypadku kompresora takich uwarunkowań jest znacznie mniej, przez co jego użytkowanie jest nieco łatwiejsze.

Chcecie większej mocy? Rada jest prosta - doładowanie. Tyle, że ostateczny wybór systemu należy już do Was.

Michał Grygier