Turbodziura - czym jest, jak się objawia i w jaki sposób ją eliminować?

calendar 22.08.2024

Turbodziura – to zjawisko, polegające na opóźnionej reakcji silnika turbodoładowanego na wciśnięcie pedału przyspieszenia przez użytkownika. Dzieje się tak, ponieważ silnik potrzebuje czasu na wytworzenie wystarczającego ciśnienia gazów spalinowych, aby napędzić koło turbiny i wtłoczyć sprężone powietrze do kolektora dolotowego.

Turbosprężarki osiągają maksymalną wydajność w konkretnych zakresach prędkości obrotowych silnika. Wciśnięcie pedału gazu, w szczególności zaraz po uruchomieniu silnika nie gwarantuje natychmiastowej reakcji w postaci zwiększenia momentu obrotowego.

Turbodziura – co wpływa na jej powstawanie?

Istnieją konkretne czynniki, które przyczyniają się do powstawania turbodziury. Oto niektóre z nich:

- Bezwładność i masa: elementy turbosprężarki wymagają czasu by nabrać odpowiedniej prędkości

- Przepływ spalin: przy niskiej prędkości obrotowej silnika, energia spalin jest na tyle mała, że nie przekłada się na szybką reakcję ze strony turbosprężarki

- Rozmiar turbo: duży rozmiar turbosprężarki charakteryzuje się dużym przyrostem mocy w górnych granicach prędkości obrotowych silnika, ale zdecydowanie mniejszym w niskim zakresie obrotów silnika

- Dopasowanie parametrów turbosprężarki: zarówno wielkość, konstrukcja jak i kształt kół: kompresji i turbiny muszą być prawidłowo dopasowane do charakterystyki danego silnika. Nieodpowiednie ich zestawienie może nasilać zjawisko turbodziury (większa obudowa turbiny umożliwi większy przepływ masowy gazów spalinowych w górnej granicy prędkości obrotowej silnika, ale skutkuje słabszą reakcją przy niskich prędkościach)

- Działanie zaworu wastegate / VNT: nieprawidłowe ustawienie zaworu sterującego klapą wastegate lub mechanizmem zmiennej geometrii w turbinach VNT będzie powodowało opóźnioną reakcją turbosprężarki

- Wydajność intercoolera: uszkodzony, zużyty intercooler spowolni proces schładzania powietrza doładowanego, pogłębiając efekt turbodziury

- Próg doładowania: minimalna prędkość obrotowa, przy której turbosprężarka znacząco zwiększa moc silnika

- System zarządzania silnikiem: jedynie prawidłowo działająca jednostka sterująca silnikiem (ECU) jest w stanie zminimalizować problem turbodziury poprzez optymalne dobranie mieszanki paliwowo-powietrznej

Kiedy powstaje?

Możemy rozróżnić następujące rodzaje powstawania tego zajwiska:

Przejściowe: opóźnienie reakcji powstałe w wyniku gwałtownych zmian przepustnicy, takich jak szybkie przyspieszanie czy zwalnianie

Mechaniczne: czas potrzebny poszczególnym elementom turbosprężarki do osiągnięcia optymalnych prędkości roboczych

Sekwencyjne: w przypadku układów wielokrotnego doładowania, jest to opóźnienie wynikające z przełączania pomiędzy turbosprężarkami

W celu wyeliminowania tego zjawiska należy unikać:

Niski zakres obrotów: powszechne przy niskich prędkościach obrotowych silnika z powodu niewystarczającej ilości gazów spalinowych

Wysoki zakres obrotów: występuje przy wysokich prędkościach obrotowych silnika, zwłaszcza w przypadku większych turbosprężarek, nastawionych na zapewnienie wysokich osiągów

Próg doładowania: zjawisko powstaje przed osiągnięciem krytycznego momentu, w którym turbosprężarka działa najbardziej wydajnie

Jak odczuwamy turbodziurę.

Zjawisko turbodziury nie pozostaje obojętne dla pojazdu, a konkretniej wpływa negatywnie na jego osiągi i właściwości jezdne. Jakie objawy są najczęściej odczuwalne przez kierowców?

Opóźnione przyspieszenie: najbardziej charakterystyczny objaw polegający na wyczuwalnie spowolnionej reakcji silnika na wciśnięcie pedału przyspieszenia przez kierowcę. Opóźnione działanie turbosprężarki powoduje powolne działanie przepustnicy.

Niekontrolowane skoki mocy: znacznie pogarszają właściwości jezdne, powodując niestabilną pracę silnika

Zwiększone zużycie paliwa: nieefektywna jazda wynikająca z opóźnionej reakcji turbosprężarki przyczynia się do większej konsumpcji paliwa, szczególnie gdy kierowca próbuje rekompensować straty poprzez częstsze i gwałtowne przyspieszanie. Taka eksploatacja dodatkowo obciąża silnik i skrzynię biegów

Względy bezpieczeństwa: chociaż zjawisko turbodziury mocniej odczuwalne jest podczas jazdy miejskiej, przy częstym ruszaniu i hamowaniu, to jednak ma ono istotniejsze znaczenie przy jeździe z większą prędkością, szczególnie przy wykonywaniu gwałtownych manewrów (np. podczas wyprzedzania innego pojazdu)

Dyskomfort prowadzenia: poza wymienionymi powyżej, dochodzi dodatkowy dyskomfort w postaci większego hałasu i wibracji silnika podczas pracy. Powstają one, ponieważ silnik musi pracować ciężej by uzyskać pożądaną moc.

Rozwiązania technologiczne na zminimalizowanie efektu turbodziury.

Producenci turbosprężarek od zawsze pracowali nad zmniejszeniem negatywnych skutków turbodziury. W tym celu stosowali różne rozwiązania, które w zależności od parametrów pracy poszczególnych silników, pozwalały na minimalizację tego negatywnego zjawiska.

Oto kilka przykładów technologii stosowanych obecnie na rynku:

Turbosprężarki ze zmienną geometrią (VNT): wykorzystując ruchome łopatki mechanizmu VNT, turbosprężarki te dynamicznie optymalizują przepływ spalin w zależności od prędkości obrotowej i obciążenia silnika, zwiększając moment obrotowy przy niskich obrotach i zapewniając maksymalne osiągi w pełnym zakresie prędkości obrotowych. Ta zdolność znacznie redukuje efekt turbodziury, zapewniając bardziej responsywne wrażenia z jazdy.

łopatki zmiennej geometrii

Turbosprężarki Twin-Scroll: poprzez wprowadzenie dzielonego kolektora wydechowego oraz odpowiadającej mu konstrukcyjnie obudowy turbiny, producenci zdołali uporać się z nieefektywnym, pulsacyjnym napływem spalin, który wynika bezpośrednio z charakterystyki pracy silnika czterosuwowego (praca tłoków naprzemienna). Rozdzielenie kanału powoduje odseparowanie strumieni gazów spalinowych z cylindrów wewnętrznych i zewnętrznych. Zmniejsza to zawirowania powstałe w wyniku pulsacji spalin oraz znacznie przyspiesza czas reakcji turbosprężarki. Poprawa przenoszenia energii spalin to turbiny, zwiększa moment obrotowy przy nikich obrotach i zapewnia płynniejszy przyrost mocy.

Turbospręzarka Twin-Scroll

Turbosprężarki na łożyskach kulkowych: poprzez zastosowanie w miejsce tradycyjnych łożysk ślizgowych ich odpowiedników w wersji kulkowej, producentom udało się drastycznie obniżyć tarcie podczas pracy układu wirującego. Przekłada się to bezpośrednio na płynniejsze zwiększanie prędkości wałka turbiny, zapewniając natychmiastową reakcję przepustnicy. Dzięki temu następuje błyskawiczny wzrost mocy przy różnych prędkościach obrotowych silnika.

łożysko kulkowe