Turbosprężarki, początkowo montowane wyłącznie w samochodach osobowych z wyższej półki oraz w pojazdach sportowych, cieszą się coraz większą popularnością. Wynalazek ma ponad stuletnią historię. Na pomysł zwiększania ciśnienia gazów dolotowych wpadł szwajcarski inżynier dr Alfred Büchi w 1905 roku. Pierwszy silnik wysokoprężny wykorzystujący turbodoładowanie zbudowano w 1915 roku.

Zalety turbodoładowania w pierwszej kolejności docenili lotnicy w latach 30. XX wieku. Dla ówczesnych samolotów, napędzanych silnikami tłokowymi, poważnym problemem było wzniesienie się na wysokość większą niż 10 000 m, gdyż nawet na znacznie mniejszych wysokościach silniki traciły moc. Działo się tak, ponieważ wraz ze wzrostem wysokości maleje ciśnienie atmosferyczne oraz zawartość tlenu w powietrzu. Żeby skompensować ten efekt, należy podawać do cylindrów silnika powietrze pod ciśnieniem większym niż ciśnienie atmosferyczne na konkretnej wysokości.

Turbosprężarki okazały się bardzo skuteczne. Zastosowanie ich w tzw. latającej fortecy, czyli bombowcu B-17E Flying Fortres, pozwoliło zwiększyć prędkość z 385 do 501 km/h i maksymalną wysokość lotu z 8500 m do 12 000 m. Zwiększyło to szanse przeżycia podczas wykonywania zadań bojowych, ponieważ samoloty znalazły się poza zasięgiem wielu używanych wówczas systemów przeciwlotniczych.

Po wojnie turbodoładowanie stosowano przede wszystkim w silnikach ciężkich maszyn i samochodów ciężarowych. Pierwszy samochód osobowy z turbodoładowanym silnikiem wyprodukowano w 1962 roku. Był to Oldsmobile Jetfire V8 z silnikiem Garrett-AiResearch T5 turbo.

Warunki pracy turbosprężarki

Zasada pracy najczęściej spotykanych rodzajów turbosprężarek jest stosunkowo prosta: spaliny wyrzucane z silnika pod ciśnieniem przekazują część swojej energii kinetycznej łopatkom wirnika po stronie „gorącej”. Jest on połączony osią z wirnikiem sprężającym powietrze zasysane z zewnątrz. Oba układy – dla spalin i dla powietrza – są od siebie oddzielone.

Technologię wykorzystaną do produkcji turbosprężarek łatwiej będzie docenić, jeśli przyjrzymy się warunkom pracy tego urządzenia. Temperatura po stronie „gorącej” wyrównuje się do temperatury gazów wylotowych silnika i może osiągnąć od 300 do ponad 1100°C. Ciśnienie po stronie sprężanego powietrza wynosi 0,4–1,1 bara, a w silnikach dostosowanych do motosportu może przekroczyć 2,5 bara. Z kolei wirnik pracuje z prędkością do 200 tys. obrotów na minutę.

W tych warunkach trzeba zagwarantować: doskonałe smarowanie (wzrost tarcia błyskawicznie doprowadzi do przegrzania), idealne wyważenie (niesymetryczna siła odśrodkowa działająca na niewyważony wirnik odkształci go, doprowadzając do kolizji łopatek z obudową), minimalne wibracje (rezonans jest zabójczy nawet przy mniejszych prędkościach), odprowadzenie nadmiaru ciepła, odporność na zmiany temperatury, a także doskonałą szczelność dla gazów spalinowych i powietrza.

Podstawą jest zastosowanie materiałów o bardzo dużej wytrzymałości mechanicznej, możliwie jak najmniejszym współczynniku rozszerzalności cieplnej i odporności na wielokrotne, drastyczne zmiany temperatury oraz korozjogenne oddziaływanie spalin. Z tego powodu elementy turbosprężarek wykonuje się z wysoko wytrzymałych stopów, takich jak Inconel, Ni-Resist oraz tytan.
Mają one swój udział w wysokiej cenie turbosprężarek.

Przyczyny uszkodzeń

Przyczyny awarii turbosprężarek można podzielić na kilka grup. Pierwsza to problemy ze smarowaniem. Turbina jest smarowana olejem silnikowym dostarczanym specjalnym przewodem. Zmniejszenie lub ustanie przepływu oleju bardzo szybko prowadzi do zatarcia turbiny. Powodem może być zbyt niski poziom oleju, zalanie silnika olejem o niewłaściwych parametrach, dopuszczenie do gromadzenia się w oleju zanieczyszczeń lub produktów rozpadu pod wpływem wysokiej temperatury czy też mieszanie olejów o różnych parametrach.

Kolejna przyczyna to ciało obce w strumieniu spalin lub powietrza zasysanego przez sprężarkę. Najczęściej są to: fragmenty uszczelek, filtra powietrza, rdza lub inne drobne elementy. Przy bardzo dużej prędkości obrotowej wirnika zderzenie drobiny z łopatkami bardzo szybko może doprowadzić do awarii. Problem często narasta lawinowo: drobne uszkodzenie w miejscu zderzenia zanieczyszczenia z łopatką osłabia jej konstrukcję, a bardzo duża siła odśrodkowa urywa fragment łopatki, który zderza się z innymi łopatkami. Rozważony wirnik wpada w wibracje, uderza w obudowę i ulega całkowitemu zniszczeniu.

Innym powodem może być zużycie łożyska, wzrost temperatury spowodowany tarciem i odkształcenie współpracujących ze sobą elementów, prowadzące do ich zatarcia.

Zasięg i rodzaj uszkodzeń bywają różne. Zazwyczaj podstawowe elementy turbiny pozostają nienaruszone, dlatego możliwa jest jej regeneracja. Pozwala to zaoszczędzić sporo pieniędzy. W gamie produktów marki Starline znajdują się m.in. regenerowane oryginalne turbosprężarki. Precyzyjną, skomplikowaną i wysoce specjalistyczną procedurę wykonuje jeden z największych europejskich zakładów wyspecjalizowanych w regeneracji turbosprężarek. Wszystkie turbosprężarki Starline są zgodne z normą ISO 9001:2008.

Osprzęt

Ciepło z turbiny jest odprowadzane częściowo na zewnątrz obudowy, przez opływający ją strumień powietrza, a częściowo wraz ze sprężonym powietrzem. Podawanie gorącego powietrza na wlot silnika pogarsza parametry jego pracy, dlatego sprężone powietrze po turbosprężarce jest podawane do intercoolera – chłodnicy, która ma za zadanie ochłodzić je do temperatury jak najbliższej temperaturze otoczenia. Intercooler jest największym elementem współpracującym z turbosprężarką; inne elementy osprzętu to węże doprowadzające i odprowadzające spaliny i powietrze oraz zawór sterujący. Wszystkie te części pracują w trudnych warunkach i narażone są m.in. na: wysoką temperaturę, drgania, wysokie ciśnienie i zmiany ciśnienia w zależności od warunków jazdy. Awaria jednego z tych elementów może prowadzić do poważnej awarii turbosprężarki.

Dobierając części zamienne do turbosprężarek, trzeba zwrócić uwagę na staranność wykonania, zgodność z oryginałem oraz szczelność połączenia. Niewłaściwe wymiary węży spowodują, że będą one wstępnie naprężone (rozciągnięte albo ściśnięte), co może przyspieszyć degradację struktury i pękanie. Węże powinny być wzmacniane włóknami o dużej wytrzymałości: aramidowymi lub kevlarowymi.

Szeroka oferta elementów systemu doładowania marki Starline dostępna jest w sklepie internetowym
LKQ ELIT: www.sklep.elitpolska.pl