Turbodúchadlo (turbo)

Turbodúchadlo je zariadenie preplňovania, ktoré zvyšuje výkon a účinnosť motora stláčaním vzduchu vstupujúceho do valcov. Atmosférické motory nasávajú vzduch pri atmosférickom tlaku, takže množstvo paliva, ktoré dokážu užitočne spáliť, je obmedzené tým, koľko vzduchu každý valec dokáže nasať. Turbodúchadlo prekonáva tento strop tým, že do rovnakého zdvihového objemu napchá viac vzduchu, čo umožňuje spáliť viac paliva na cyklus, a teda vyrobiť viac výkonu z motora danej veľkosti.

Zariadenie je v podstate vzduchové čerpadlo poháňané odpadovou energiou výfukových plynov. Skladá sa z dvoch lopatkových kolies uložených na spoločnom hriadeli vnútri tesnenej strednej skrine. Horúce výfukové plyny opúšťajúce motor roztáčajú turbínové koleso na jednej strane; hriadeľ prenáša túto rotáciu na kompresorové koleso na druhej strane, ktoré nasáva a stláča čerstvý sací vzduch. Hriadeľ sa môže točiť rýchlosťou výrazne nad 150 000 ot./min., podopretý ložiskami mazanými olejom a často chladený vodou, aby prežil intenzívne teplo. Odpúšťací ventil odvádza prebytočné výfukové plyny mimo turbíny, aby obmedzil maximálny plniaci tlak a chránil motor.

Veľkou prednosťou turbodúchadla je, že získava energiu bežne zahodenú v podobe horúcich, rýchlo prúdiacich výfukových plynov a mení ju na užitočnú prácu, namiesto aby spaľovalo extra palivo na pohon čerpadla. Vďaka tomu je výrazne účinnejšie než remeňom poháňaný kompresor. Keďže stláčanie vzduchu ho aj zohrieva, väčšina výkonných a moderných aplikácií vedie náplň cez medzichladič skôr, než dosiahne valce, čím obnovuje hustotu a znižuje riziko klepania. Čistým výsledkom je významný zisk tak v špičkovom výkone, ako aj, pri použití na zmenšovanie, v každodennej účinnosti.

Turbodúchadlo pretvorilo modernú podobu motorov práve cez princíp zmenšovania. Výrobcovia vo veľkom nahradili veľké atmosférické motory menšími preplňovanými jednotkami, ktoré dodávajú porovnateľný výkon a krútiaci moment, no za bežných podmienok spotrebúvajú menej paliva a vypúšťajú menej CO2, čo pomáha plniť čoraz prísnejšie emisné predpisy. Preplňovaný 1,5-litrový benzínový motor sa dnes pohodlne vyrovná výkonu staršieho 2,5-litrového, pričom turbo zároveň sploští a rozšíri krivku krútiaceho momentu pre pružnejšiu jazdu.

Klasickou nevýhodou je oneskorenie turba: krátke zaváhanie medzi tým, keď vodič žiada výkon, a roztočením turbíny dostatočným množstvom energie výfukových plynov na dodanie plnenia. Moderné inžinierstvo ho výrazne obmedzilo cez ľahké kolesá, skrine s dvojitou špirálou a premenlivou geometriou, elektrickú asistenciu a dvojturbové usporiadania. Turbodúchadlá napriek tomu vyžadujú starostlivú údržbu, čistý olej, dostatočné chladenie a vyhýbanie sa prudkým vypnutiam za horúca, aby dosiahli plnú životnosť. Chápané spolu s kompresorom, medzichladičom, dvojturbom a konštrukciami s premenlivou geometriou zostáva turbodúchadlo dominantným prostriedkom, ako vyťažiť viac z menšieho v súčasných motoroch.