Turbodoładowanie sekwencyjne
100 KM z litra pojemności w przypadku turbodiesla? Dekadę temu wydawało się to mało możliwe. Dziś takie silniki są powszechne, a to za sprawą tzw. doładowania sekwencyjnego.
Układ turbosprężarek BMW 535d (535dbmw.com)
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.
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 cm[sup]3[/sup], 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 sprężarki[sup]1[/sup] 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.
