Турбокомпресор (турбо)

Турбокомпресорът е устройство за принудително пълнене, което увеличава мощността и ефективността на двигателя, като сгъстява постъпващия в цилиндрите въздух. Атмосферните двигатели засмукват въздух при атмосферно налягане, затова количеството гориво, което могат да изгорят полезно, е ограничено от това колко въздух поема всеки цилиндър. Турбокомпресорът преодолява този таван, като набива повече въздух в същия работен обем, което позволява изгарянето на повече гориво за цикъл и съответно повече мощност от двигател с дадена кубатура.

По същество устройството представлява въздушна помпа, задвижвана от енергията на отработените газове, която иначе би се загубила. То се състои от две лопаткови колела, монтирани на общ вал в уплътнен централен корпус. Горещите изгорели газове, които напускат двигателя, завъртат турбинното колело от едната страна; валът предава това въртене на компресорното колело от другата страна, което засмуква и сгъстява свежия въздух за пълнене. Валът се върти с над 150 000 оборота в минута, поддържан от лагери със смазване под налягане, често и с водно охлаждане, за да издържи на огромната топлина. Клапан тип уейстгейт отвежда излишните газове покрай турбината, за да ограничи максималното налягане на пълнене и да предпази двигателя.

Голямото предимство на турбокомпресора е, че оползотворява енергията, която обикновено се изхвърля под формата на горещи и бързо движещи се изгорели газове, и я превръща в полезна работа, вместо да гори допълнително гориво за задвижване на помпа. Това го прави значително по-ефективен от компресора с ремъчно задвижване. Тъй като сгъстяването на въздуха го нагрява, повечето спортни и съвременни приложения насочват пълнежа през интеркулер преди да достигне цилиндрите, за да възстановят плътността му и да намалят риска от детонация. Крайният резултат е осезаемо подобрение както в пиковата мощност, така и, при намаляване на кубатурата, в ежедневната икономичност.

Турбокомпресорът преобрази облика на съвременния двигател именно чрез този принцип на намаляване на кубатурата. Производителите масово замениха големите атмосферни двигатели с по-малки турбо агрегати, които осигуряват съпоставима мощност и въртящ момент, но при по-нисък разход на гориво и по-ниски емисии на CO2 при типични условия, което помага за спазването на все по-строгите норми Euro. Турбодвигател с обем 1,5 литра бензин днес лесно може да достигне отдаването на по-стар 2,5-литров, като турбото освен това изравнява и разширява кривата на въртящия момент за по-гъвкаво управление.

Класическият недостатък е турбо забавянето: краткото колебание между момента, в който водачът поиска мощност, и момента, в който турбината набере достатъчно енергия от газовете, за да осигури налягане на пълнене. Съвременното инженерство значително го намали чрез олекотени колела, корпуси с двоен канал и променлива геометрия, електрическо подпомагане и схеми с две турбини. Въпреки това турбокомпресорите изискват грижлива поддръжка — чисто масло, достатъчно охлаждане и избягване на рязко изключване при гореща работа — за да достигнат пълния си експлоатационен ресурс. Разгледан заедно с механичния компресор, интеркулера, схемата с две турбини и решенията с променлива геометрия, турбокомпресорът остава основният начин да се извлече повече от по-малко в съвременните двигатели.