Data publikacji: 8.12.2012
Tning ekstremalny część 2 Ładować czy nie ładować ?

Analizując zasady fizyki, na których opiera się funkcjonowanie silnika spalinowego, dojdziemy do przekonania, że istnieją zasadniczo trzy sposoby na zwiększenie mocy, wynikające bezpośrednio z najbardziej podstawowego wzoru na moc silnika

W uproszczeniu moc silnika to:

P (moc) = p (średnie ciśnienie użyteczne) x V (pojemność) x n ( obroty)

Pierwszy sposób, to zwiększenie prędkości obrotowej silnika - n. Temat ten, jako niezwykle frapujący, ale i skomplikowany będzie przedmiotem naszych rozważań w kolejnym odcinku.

Sposób drugi, również wynikający z równania na moc, stosowany nie tylko przez producentów silników, ale także z powodzeniem przez tunerów - szczególnie niemieckich - polega na zwiększaniu pojemności skokowej silnika V.

Trzecim sposobem na poprawę parametrów silnika jest zwiększenie średniego ciśnienia użytecznego p, czyli wtłoczenie do cylindrów większej ilości mieszanki paliwa i powietrza w odpowiednim ich stosunku.
Samo zwiększenie ilości paliwa na niewiele by się zdało, bowiem bez obecności odpowiedniej ilości powietrza nie uległo by ono spaleniu.

Zwiększanie ilości dostarczanego powietrza nosi nazwę doładowania i może odbywać się bądź przy użyciu sprężarki, czyli sprężarkowe lub też bez dodatkowego urządzenia jako doładowanie dynamiczne (bezsprężarkowe).


Ujmując rzecz teoretycznie stuprocentowe zwiększenie ilości mieszanki powoduje stuprocentowy wzrost mocy silnika.
Doładowaniu dynamicznemu, czyli zwiększeniu ilości powietrza poprzez zastosowanie odpowiednio dobranych kanałów dolotowych i wylotowych i wykorzystaniu zjawiska falowego poświęcę jeden z kolejnych odcinków naszego cyklu, tym razem natomiast skupię się na przybliżeniu kwestii doładowania sprężarkowego.
Jeżeli chcesz zobaczyć wpływ doładowania dynamicznego na parametry silnika KLIKNIJ TUTAJ

W zależności od rodzaju zastosowanego urządzenia(sprężarki) wyróżniamy trzy zasadnicze rodzaje takiego doładowania - MECHANICZNE, TURBODOŁADOWANIE oraz COMPREX.

Najmłodszą, bo zaprezentowanym dopiero w 1974 roku formą doładowania jest doładowanie gazodynamiczne, czyli Comprex.
Polega ono na wykorzystaniu ciśnienia gazów wylotowych do sprężenia powietrza wtłaczanego do przewodu dolotowego silnika.
Doładowarka typu Comprex składa się z wirnika zamontowanego w obudowie z kanałami dolotowymi i wylotowymi. Wirnik napędzany jest przekładnią pasową od wału korbowego i świeże powietrze zasysane do poszczególnych sekcji wirnika sprężane jest przez spaliny(nie mieszając się z nimi) i podawane do cylindrów.
Spaliny natomiast wraz z nadmiarem powietrza wydalane są odpowiednim przewodem do atmosfery. Tego rodzaju rozwiązanie jest sporadycznie stosowane ze względu na stosunkowo dużą masę całego urządzenia, większe wymiary, hałas oraz trudność w uzyskaniu małych ciśnień.
W samochodzie osobowym produkowanych seryjnie występuje tylko w kilku modelach japońskiej Mazdy.

O wiele popularniejszym, no i prawie o wiek starszym, bo opatentowanym pod koniec dziewiętnastego wieku rozwiązaniem jest zastosowanie sprężarki mechanicznej.
Napędzanie tej sprężarki odbywa się od wału korbowego poprzez pasek klinowy lub za pomocą przekładni zębatej, a więc zachodzi połączenie mechaniczne pomiędzy sprężarką a źródłem jej napędu, stąd nazwa tego rodzaju doładowania.
Sprężarki mechaniczne stosowane praktycznie były już podczas pierwszej wojny światowej w silnikach lotniczych. We współczesnych samochodach występują np. w Mercedesie, gdzie wszystkie modele zaopatrzone w tego typu sprężarkę noszą dopisek "Kompressor".
Prędkość obrotowa tych sprężarek nie przekracza 20 000 obr/min.(dzięki zastosowaniu przełożenia przyśpieszającego), a ich sprawność mechaniczna wynosi około 0,96-0,98. Ich największą wadą jest liniowa zależność pomiędzy prędkością obrotową a ciśnieniem doładowania.
Niewątpliwą zaś zaletę stanowi natychmiastowa reakcja na wciśnięcie pedału gazu.

Najpopularniejszym rozwiązaniem stosowanym coraz powszechniej w silnikach samochodowych jest doładowanie przy użyciu turbosprężarki.
Koncepcja ta powstała już na początku dwudziestego wieku, a rozwój i praktyczne zastosowanie nastąpiło od czasów drugiej wojny światowej.
Urządzenie to składa się z połączonych ze sobą dwóch elementów - turbiny i sprężarki, a do jego napędu wykorzystano bezużyteczną energię spalin.
Gazy spalinowe wydostające się z silnika przez kolektor wydechowy obracają turbinę, ta z kolei napędza umieszczoną na wspólnym z nią wale sprężarkę.
Turbosprężarka zainstalowana jest więc w układzie wydechowym i między nią a silnikiem występuje jedynie połączenie gazowe. To stanowiło największą wadę tej konstrukcji, ze względu na opóźnienie występujące od momentu wciśnięcia gazu do czasu, gdy ciśnienie spalin będzie na tyle wysokie, aby zwiększyć obroty turbiny i dostarczyć do silnika zwiększoną porcję mieszanki.
Opóźnienie to nazywane "turbodziurą", w pierwszych konstrukcjach dochodziło nawet do kilku sekund. Współcześnie, poprzez odpowiednią konstrukcję turbin (zmienna geometria, mała bezwładność, zastosowanie kanałów obejściowych), zostało prawie całkowicie wyeliminowane. Uzyskanie wysokiego ciśnienia sprężania niesie za sobą niepożądany efekt w postaci nagrzewania się sprężanego powietrza. Powietrze wraz ze wzrostem temperatury zmniejsza swoją gęstość, a więc powstaje efekt odwrotny od zamierzonego.
Aby temu zapobiec stosuje się urządzenie o nazwie "INTERCOOLER", czyli chłodnicę powietrza doładowanego. Dzięki niej wtłaczane do cylindrów powietrze ma relatywnie niską temperaturę.

Współczesne turbosprężarki obracają się z zawrotną prędkością dochodzącą do 200 000 obr/min. Wymaga to odpowiedniego smarowania i chłodzenia, a to z kolei wymusza na użytkowniku samochodu wyposażonego w turbosprężarkę właściwą jego eksploatację.
Układ smarowania turbosprężarki jest połączony z magistralą olejową silnika, smarowanie zachodzi więc wówczas, gdy silnik samochodu pracuje.
Natychmiastowe wyłączenie silnika po dłuższej jeździe powoduje zanik smarowania oraz wzrost temperatury turbosprężarki.
Taka praktyka prowadzi do bardzo szybkiej degradacji turbosprężarek, dlatego koniecznym jest odczekanie kilkunastu sekund nim wyłączymy nasz turbodoładowany silnik. Kolejnym błędem popełnianym przez użytkowników samochodów turbodoładowanych jest gwałtowne dodawanie gazu zanim silnik osiągnie właściwą temperaturę pracy - minimum ok. 70 stopni Celsjusza.
Prawidłowo użytkowana turbosprężarka wystarcza na przejechanie kilkuset tysięcy kilometrów .
Po przejechaniu dystansu około 100 tys. należy skontrolować ciśnienie ładowania i ewentualnie zregenerować turbosprężarkę.

Silniki wyposażone w turbodoładowanie, szczególnie nowoczesne turbodoładowane Diesle stanowią bardzo wdzięczny temat do tuningu.
Przez odpowiednie zmodyfikowanie elektronicznego sterownika można, bez ingerencji w mechanikę, w bardzo szerokim zakresie modyfikować moment obrotowy i moc silnika.
Odpowiednie zaprogramowanie sterownika owocuje nam nie tylko zwyżką momentu i mocy, ale także korektą ich charakterystyk i to dla każdego biegu oddzielnie, zgodnie z preferencjami i wymaganiami indywidualnego klienta.

inż. Andrzej Godula

Autor: inż. Andrzej Godula

« Wróć do listy tematów
Do góry
strona główna | firma | akademia tuningu | klienci o nas | galeria | współpraca | praca | kontakt | linki | chiptuning | tuning mechaniczny | tuning ekstremalny | instalacje gazowe | serwis |
Kopiowanie materiałów tylko za zgodą firmy Godula
Wykonanie strony: Website