Turbopunjač jedan je od najvažnijih sustava koji je omogućio proizvođačima automobila da iz relativno malih motora izvuku znatno više snage. Iako se danas često spominje uz moderne benzinske i dizelske automobile, princip rada turbopunjača zapravo je vrlo jednostavan. Iskorištava energiju ispušnih plinova koja bi inače bila izgubljena i koristi je za povećanje količine zraka koja ulazi u motor. Više zraka omogućuje izgaranje veće količine goriva, a rezultat su veća snaga i okretni moment bez potrebe za povećanjem radnog obujma motora.
A kako on zapravo radi? Turbopunjač ima dva osnovna dijela – turbinsku i kompresorsku stranu. One su povezane zajedničkom osovinom koja se može okretati iznimno velikom brzinom. Kada motor radi, ispušni plinovi napuštaju cilindre i prolaze kroz turbinsko kućište. Njihov protok pokreće turbinsko kolo, a ono preko osovine pokreće kompresorsko kolo na drugoj strani turbopunjača.
- PROČITAJTE VIŠE: Pasijans | Kartaška igra za jednog igrača koja osvaja generacije
Kompresorsko kolo tada usisava zrak iz atmosfere i stlačuje ga prije nego što uđe u motor. Stlačeni zrak ima veću gustoću, što znači da u istom volumenu sadrži više molekula kisika. Upravo je to ključ rada turbopunjača. Motor više nije ograničen samo količinom zraka koju može prirodno usisati, nego u cilindre može dobiti znatno veću masu zraka.
Zašto veća količina zraka znači više snage?
Motor s unutarnjim izgaranjem treba odgovarajuću količinu zraka i goriva kako bi proizveo energiju. Kod atmosferskog motora zrak u cilindre ulazi prirodnim putem, dok turbopunjač dodatno povećava tlak u usisnom sustavu i omogućuje da u cilindre uđe više zraka nego što bi to bilo moguće bez prisilnog punjenja.
Kada postoji dovoljno zraka, sustav ubrizgavanja može dodati više goriva. Izgaranje tada oslobađa veću količinu energije, koja se pretvara u mehanički rad na radilici. Zbog toga turbopunjač sam po sebi ne “stvara” snagu. Njegova je uloga omogućiti motoru da u istom radnom prostoru učinkovito sagori više goriva i tako razvije veću snagu i okretni moment.
Što je tlak prednabijanja?
Jedan od važnih pojmova povezanih s turbopunjačem je tlak prednabijanja. Riječ je o tlaku koji turbopunjač stvara u usisnom sustavu iznad atmosferskog tlaka. Što je tlak viši, u pravilu je moguće dovesti veću masu zraka u cilindre, ali to ne znači da proizvođači mogu neograničeno povećavati tlak.
Veći tlak povećava opterećenje klipova, ventila, radilice, ležajeva i drugih dijelova motora. Zbog toga suvremeni automobili koriste precizne sustave upravljanja turbopunjačem i nadziru tlak, temperaturu zraka, količinu goriva i druge parametre. Cilj nije samo postići što veću snagu, nego pronaći ravnotežu između performansi, potrošnje goriva, pouzdanosti i emisija.
Zašto turbopunjač povećava i okretni moment?
Prednost turbopunjača nije samo u većoj maksimalnoj snazi. Vrlo važan rezultat je povećanje okretnog momenta, osobito pri nižim i srednjim okretajima. Zbog većeg tlaka i količine zraka motor može razviti snažniji potisak već pri relativno niskim okretajima.
Upravo zato moderni mali turbobenzinski motori mogu imati vrlo dobre performanse. Motor radnog obujma primjerice 1,0 ili 1,5 litara može razviti snagu i okretni moment koji su se nekada povezivali s osjetno većim atmosferskim motorima. Takav pristup često se naziva “downsizing” – smanjenje radnog obujma uz zadržavanje ili povećanje performansi pomoću turbopunjača.
Što je intercooler i zašto je potreban?
Kompresija zraka ima jednu važnu posljedicu – zrak se zagrijava. Problem je u tome što je vrući zrak manje gustoće od hladnog zraka pa u istoj zapremini sadrži manje kisika. Zbog toga mnogi motori s turbopunjačem koriste intercooler, odnosno hladnjak stlačenog zraka.
Naime, nakon što turbopunjač stlači zrak, on prolazi kroz intercooler prije ulaska u motor. Hlađenjem se povećava gustoća zraka i u cilindre može stići veća količina kisika. Intercooler tako ne služi samo za snižavanje temperature, nego pridonosi učinkovitosti sustava prednabijanja. Kod nekih suvremenih motora koristi se zračni, a kod drugih vodeni sustav hlađenja stlačenog zraka.
Što je wastegate?
Turbopunjač mora imati preciznu kontrolu jer bi nekontrolirano povećavanje tlaka moglo ozbiljno opteretiti motor. Za to služi wastegate, odnosno ventil koji regulira protok ispušnih plinova prema turbini.
Kada je potrebno ograničiti tlak prednabijanja, dio ispušnih plinova može se preusmjeriti mimo turbinskog kola. Na taj način turbina se ne ubrzava više nego što je potrebno, a tlak ostaje unutar predviđenih granica. Kod modernih automobila upravljanje tim procesom može biti vrlo precizno i povezano s elektroničkim sustavom upravljanja motorom.
Što je turbo rupa?
Jedna od poznatijih karakteristika turbopunjača je takozvana “turbo rupa“. Riječ je o osjećaju kratkog kašnjenja između pritiska na papučicu gasa i trenutka kada turbopunjač razvije dovoljan tlak za snažnije ubrzanje.
Razlog je jednostavan – turbini je potrebna određena količina ispušnih plinova kako bi se dovoljno brzo zavrtjela. Pri niskim okretajima njihov protok nije uvijek dovoljan za trenutačno stvaranje visokog tlaka. Moderni turbopunjači taj su problem značajno smanjili. Manje i brže turbine, promjenjiva geometrija, napredna elektronika i preciznije upravljanje motorom omogućuju mnogo bolji odziv nego kod starijih generacija turbomotora.
Turbopunjač nije isto što i kompresor
I turbopunjač i mehanički kompresor imaju isti osnovni cilj – prisiliti veću količinu zraka u motor. A glavna razlika je u načinu pogona. Turbopunjač koristi energiju ispušnih plinova, dok je mehanički kompresor izravno povezan s motorom i najčešće ga pokreće remen ili drugi mehanički prijenos.
Turbopunjač zbog toga može vrlo učinkovito iskoristiti energiju koja bi inače bila izgubljena kroz ispušni sustav. S druge strane, sustav je složeniji i kod nekih izvedbi može imati određeno kašnjenje odziva. Mehanički kompresor može pružiti vrlo neposredan odziv na gas, ali za svoj pogon troši dio energije koju proizvodi sam motor.
Zašto se turbo motori danas toliko koriste?
Jedan od glavnih razloga je mogućnost kombiniranja dobrih performansi s manjim radnim obujmom. Manji motor može u određenim uvjetima imati manju potrošnju goriva, dok turbopunjač omogućuje da, kada je potrebna veća snaga, motor razvije znatno bolje performanse.
Turbopunjači zato su postali gotovo standardni dio modernih dizelskih motora, a vrlo su rašireni i kod benzinskih motora. Osim povećanja snage, proizvođačima omogućuju fleksibilnije oblikovanje karakteristika motora, odnosno postizanje visokog okretnog momenta pri nižim okretajima i boljih voznih svojstava bez velikog povećanja radnog obujma.
Može li turbopunjač trajati koliko i motor?
Može, ali njegov životni vijek uvelike ovisi o konstrukciji, kvaliteti ulja, načinu vožnje i održavanju. Naime, turbopunjač radi u vrlo zahtjevnim uvjetima. Turbina je izložena vrlo visokim temperaturama ispušnih plinova, dok se osovina okreće velikom brzinom. Zbog toga je pravilno podmazivanje iznimno važno.
Redovita izmjena motornog ulja prema propisanim intervalima, korištenje ulja odgovarajuće specifikacije i pravodobna zamjena filtra mogu značajno pridonijeti dugotrajnosti turbopunjača. Važno je i ne zanemarivati simptome poput plavog dima iz ispuha, neuobičajenog zviždanja, gubitka snage ili povećane potrošnje ulja jer mogu upućivati na problem s turbopunjačem ili drugim dijelovima sustava.
Treba li nakon brze vožnje gasiti motor?
Kod starijih turbomotora često se preporučivalo ostaviti motor nekoliko minuta da radi u praznom hodu nakon intenzivne vožnje. Razlog je bio omogućiti turbini da se postupno ohladi i spriječiti pregrijavanje ulja u turbopunjaču nakon gašenja motora.
Moderni automobili imaju naprednije sustave hlađenja i podmazivanja pa takva navika više nije uvijek potrebna. Ipak, nakon vrlo intenzivne vožnje, primjerice nakon dugotrajnog opterećenja motora, korisno je posljednjih nekoliko minuta voziti umjerenije kako bi se temperatura postupno smanjila. Najvažnije je slijediti preporuke proizvođača konkretnog automobila.
Turbopunjač kao važan dio modernog motora
Turbopunjač je danas mnogo više od dodatka koji služi za povećanje snage. On je ključan dio koncepta modernih motora koji pokušavaju ponuditi dobar omjer performansi, potrošnje goriva i emisija. Njegov osnovni princip ostao je relativno jednostavan – energija ispušnih plinova koristi se za stlačivanje zraka koji ulazi u motor – ali su tehnologija, materijali i sustavi upravljanja tijekom godina značajno napredovali.
Zahvaljujući turbopunjaču, današnji motori mogu iz manjeg radnog obujma razvijati impresivne vrijednosti snage i okretnog momenta. Istodobno, pravilno održavanje ostaje presudno jer turbopunjač radi pod velikim toplinskim i mehaničkim opterećenjem. Kada se pravilno koristi i održava, može biti vrlo izdržljiv i učinkovit dio motora te jedan od najboljih primjera kako se energija koja bi se nekada jednostavno izgubila može iskoristiti za bolje performanse automobila.