Turbodoładowanie sekwencyjne

Czym jest doładowanie sekwencyjne?[/h3]W przypadku silników samochodowych termin ten zwykle odnosi się do układu dwóch turbosprężarek. Sposób przepływu spalin i powietrza zmienia się w zależności od prędkości obrotowej i obciążenia silnika. Obecnie najpopularniejsza jest konfiguracja dwóch turbosprężarek o różnych wymiarach, które mogą pracować równolegle lub szeregowo. Zmianę przepływu spalin i powietrza realizuje układ zaworów.

Do rozpowszechnienia tego układu doszło dzięki wprowadzeniu trzylitrowego turbodiesla w BMW 535d. Początkowo osiągał on 272 KM, najnowsza wersja doszła już do granicy 100 KM/litra. Później pojawił się mniejszy dwulitrowy czterocylindrowiec, a własne konstrukcje opracowało kilka innych firm: Mercedes, Fiat czy Volkswagen.

Doładowanie mechaniczne: sprężarki Rootsa, Lysholma i typu G

Powody stosowania

Nie jest problemem uzyskanie wysokiej mocy jednostkowej silnika. Wystarczy do tego jedna, odpowiednio wydajna turbosprężarka. Niestety, taki silnik nie będzie się nadawał do codziennej jazdy - jego osiągi przy niskich prędkościach obrotowych będą mizerne. Połowiczny sukces można osiągnąć, stosując turbosprężarkę o zmiennej geometrii kierownic spalin. Niestety, jest ona skomplikowana, awaryjna i nie daje tak dobrych efektów jak układ dwóch prostych (o stałej geometrii) turbosprężarek.

Dodatkowo dzięki szeregowej pracy sprężarek w dolnym i średnim zakresie prędkości obrotowych można osiągnąć tam wyższe ciśnienie doładowania i moment obrotowy. Efektem jest przyjazna charakterystyka: wysoki poziom momentu przy niskich prędkościach obrotowych, który później będzie stromo opadał. Przykładem może być silnik Mercedesa 250 CDI o pojemności 2143 cm₃, który generuje 500 Nm w zakresie 1600–1800 obr./min.

Szczegóły działania

Poniżej widoczne jest objaśnienie działania układu stosowanego przez Opla i Fiata.

Wirniki obu turbosprężarek zawsze się obracają. Ciekawostką jest zastosowanie dwóch intercoolerów (LLK) - między i za sprężarkami. Podnosi to sprawność sprężania.

Do 1800 obr./min zarówno turbiny, jak i sprężarki₁ pracują szeregowo. Spaliny są rozprężane głównie na wirniku małej turbiny, po przejściu przez nią napędzają dużą. Po stronie sprężarek kolejność jest odwrotna. Zdecydowanie więcej pracy wykonuje mała sprężarka.

Pomiędzy 1800–3000 obr./min — płynnie, zależnie od obciążenia otwiera się przepustnica łącząca kolektor wydechowy z wirnikiem dużej turbiny. Teraz zasilana jest ona również równolegle i może dostarczać znaczną moc na wirnik sprężarki. Obie sprężarki dalej pracują szeregowo, ale teraz już na dużej dochodzi do wstępnego, silnego sprężania. W tym trybie pracy ciśnienie doładowania może być najwyższe.

Powyżej 3000 obr./min również sprężarki pracują równolegle. Udział dużej turbosprężarki jest znacznie większy niż małej. całą pracę wykonuje duża turbosprężarka. W tym trybie układ spręża duże ilości powietrza, choć niekoniecznie do tak wysokich ciśnień jak przy połączeniu szeregowym.

Kiedy w benzyniakach?

Nieco mniej skomplikowane układy dwóch turbosprężarek były już stosowane w silnikach benzynowych, np. w Porsche 959. Być może powrócą one przy okazji downsizingu i zwiększania ciśnienia doładowania — kilka lat temu Mahle zaprezentowało 163-konny 3-cylindrowy silnik 1.2 wyposażony właśnie w taki system doładowania.

1 Każda turbosprężarka składa się z turbiny rozprężającej spaliny i sprężarki sprężającej powietrze.

Zobacz więcej artykułów z serii: Doładowanie silników