Turbodmychadlo (turbo)

Turbodmychadlo je zařízení přeplňování, které zvyšuje výkon a účinnost motoru tím, že stlačuje vzduch vstupující do válců. Atmosféricky plněné motory nasávají vzduch za atmosférického tlaku, takže množství paliva, jež jsou schopny smysluplně spálit, je omezeno tím, kolik vzduchu dokáže každý válec nasát. Turbodmychadlo tento strop překonává — do stejného zdvihového objemu vtěsná více vzduchu, takže lze v každém cyklu spálit více paliva a z motoru daného objemu získat vyšší výkon.

V podstatě jde o vzduchové dmychadlo poháněné odpadní energií výfukových plynů. Tvoří jej dvě lopatková kola usazená na společné hřídeli ve společné středové skříni. Horké výfukové plyny opouštějící motor roztáčejí na jedné straně turbínové kolo; hřídel přenáší rotaci na druhou stranu, kde kompresorové kolo nasává a stlačuje čerstvý plnicí vzduch. Hřídel se může otáčet rychlostí výrazně přes 150 000 ot/min, je uložena v ložiskách mazaných olejem a často chlazena i kapalinou, aby přečkala extrémní teploty. Obtokový ventil (wastegate) odvádí přebytečné výfukové plyny mimo turbínu, omezuje maximální plnicí tlak a chrání motor.

Velká přednost turbodmychadla spočívá v tom, že využívá energii, která by jinak unikla jako horký a rychle proudící výfuk, a mění ji v užitečnou práci, místo aby se spotřebovávalo další palivo na pohon dmychadla. Díky tomu je výrazně účinnější než kompresor poháněný řemenem. Protože stlačování vzduch zároveň zahřívá, vede většina moderních i výkonových aplikací plnicí náplň přes mezichladič, který obnoví její hustotu a snižuje riziko detonačního spalování. Výsledkem je citelný nárůst špičkového výkonu a — při využití k downsizingu — také lepší spotřeba v běžném provozu.

Přeplňování turbodmychadlem zásadně proměnilo podobu moderních motorů právě prostřednictvím downsizingu. Výrobci ve velkém nahradili velkoobjemové atmosférické motory menšími přeplňovanými agregáty, které dodávají srovnatelný výkon a točivý moment, přitom však spotřebují méně paliva a v běžných podmínkách vypouštějí méně CO2, což pomáhá splnit stále přísnější emisní normy Euro. Přeplňovaný benzinový motor 1.5 dnes klidně dorovná výkon starší dvouapůllitrové jednotky a turbo navíc průběh točivého momentu zplošťuje a rozšiřuje, takže pohon je pružnější.

Klasickou nevýhodou zůstává turbodíra: krátké zaváhání mezi okamžikem, kdy řidič žádá výkon, a chvílí, kdy turbína nabere dost energie z výfuku, aby dodala plnicí tlak. Moderní řešení tento jev zásadně potlačila — lehčí kola, dělené (twin-scroll) i variabilní geometrie skříní, elektrická asistence a uspořádání se dvěma turbodmychadly. Turbodmychadla nicméně vyžadují pečlivou péči — čistý olej, dostatečné chlazení a vyhnutí se prudkému vypnutí motoru za tepla — aby dosáhla plné životnosti. Spolu s kompresorem, mezichladičem, dvojicí turbodmychadel a řešeními s variabilní geometrií zůstává turbodmychadlo dominantním způsobem, jak z dnešních motorů dostat víc z méně.