Turbosprężarki sekwencyjne

Doładowanie sekwencyjne to sposób doładowania pomyślany tak, by rozwiązać jeden z najstarszych kompromisów w turbodoładowaniu: zależność między reakcją przy niskich obrotach a mocą przy wysokich. Pojedyncza turbosprężarka dobrana pod kątem dużej mocy w górnym zakresie bywa ospała przy niskich obrotach, gdzie energii spalin jest zbyt mało, by szybko ją rozpędzić, co daje znane uczucie zwłoki. Układy sekwencyjne radzą sobie z tym, stosując dwie turbosprężarki o odmiennej charakterystyce i włączając je jedna po drugiej, a nie razem.

W typowym rozwiązaniu mała turbosprężarka o niskiej bezwładności obsługuje dolny zakres obrotów. Ponieważ jest lekka i łatwa do rozpędzenia, zapewnia ostrą reakcję na gaz i użyteczne doładowanie niemal od biegu jałowego. Wraz ze wzrostem obrotów silnika i przepływu spalin układ zaworów sterujących stopniowo włącza drugą, większą turbosprężarkę. Większa jednostka przepuszcza znacznie więcej powietrza i dzięki temu podtrzymuje wysokie doładowanie przy wyższych obrotach, gdzie mała turbo straciłaby oddech i stałaby się przewężeniem. Przekazanie pracy jest sterowane tak, by doładowanie pozostawało ciągłe, co daje silnikowi szeroką, płaską krzywą momentu obrotowego, ochoczą od dołu i mocną w górze.

Dla kierowcy atrakcyjne jest niemal całkowite wyeliminowanie zwłoki turbo w połączeniu z pełną mocą dużej turbosprężarki, czyli zestaw cech, których pojedyncza turbosprężarka o stałej geometrii dostarcza z trudem. To uczyniło układy sekwencyjne ponętnymi dla silników wyczynowych, w których wymagano zarazem elastyczności i wysokiej mocy jednostkowej, a do bardziej znanych przykładów należą dwuturbinowa Mazda RX-7 z silnikiem Wankla oraz kilka japońskich wyczynowych silników wysokoprężnych.

Podejścia tego nie należy mylić z prostymi układami z równoległymi dwiema turbosprężarkami, w których dwie identyczne turbosprężarki zasilają po jednym rzędzie cylindrów i pracują jednocześnie. Cechą wyróżniającą układ sekwencyjny jest etapowe, oparte na rolach przekazywanie pracy między turbosprężarkami o różnej wielkości, sterowane często zawiłą siecią zaworów sterujących, upustowych i obejściowych.

Ta złożoność jest zarazem główną wadą układu. Zawory i logika sterowania dokładają kosztów, masy i potencjalnych punktów awarii, a przejście między turbosprężarkami bywa odczuwalne jako uskok w dostarczaniu mocy, jeśli nie zostanie starannie skalibrowane. Z tych powodów doładowanie sekwencyjne zostało w nowoczesnych silnikach w dużej mierze wyparte przez turbosprężarkę o zmiennej geometrii, która osiąga porównywalnie szeroki zakres pracy za pomocą jednej jednostki, gdzie ruchome łopatki w locie zmieniają efektywną wielkość turbiny. Inną drogę do szerokiego, ochoczego doładowania oferują konstrukcje dwuślimakowe. Doładowanie sekwencyjne pozostaje jednak pouczającym kamieniem milowym w ewolucji doładowania i wciąż bywa spotykane w niektórych układach dwuturbinowych.