Mimo że turbosprężarka została wynaleziona zaledwie kilka lat przed turbosprężarką, obie reprezentują znane sobie bieguny innowacji technologicznych. Sprężarka, ze swoją elegancką prostotą i wszechobecnymi zastosowaniami we wszystkim, od kosiarek do trawy po samoloty odrzutowe, oznacza to, co sprawdzone i prawdziwe. Turbosprężarka, sprawiająca wrażenie bardziej sprytnej niż inteligentnej, odgrywa rolę nadgorliwego niszczyciela. Nadszedł czas, aby rozstrzygnąć wielką debatę: turbosprężarka kontra turbosprężarka - co przyniesie przyszłość?
Jak to zwykle bywa w dzisiejszych czasach, to co błyszczące i nowe zdobywa popularność znacznie szybciej niż wielu wtajemniczonych przewidywało, z prawie połową wszystkich nowych pojazdów z turbodoładowaniem w ciągu najbliższych pięciu lat.
To sprawiło, że wielu fanów silników wolnossących zaczęło drapać się po głowie. Istnieją oczywiście wyraźne zalety konstrukcji turbosprężarki. W zasadzie mogą one zwiększyć wydajność silnika i poprawić zużycie paliwa. Jednak skomplikowana konstrukcja ma swoją cenę: nieuniknione opóźnienie reakcji przepustnicy od progu doładowania i wynikająca z tego niestabilność, gdy moc wzrasta.
Jednak obietnica (nieco) nowszej technologii wydaje się wygrywać. Sprzedaż turbosprężarek w USA w 2014 roku zamknęła się kwotą 1,3 mld dolarów, a w ciągu najbliższych pięciu lat spodziewany jest roczny wzrost o 8,8%. Co ważniejsze, nieubłaganie nasilają się regulacje dotyczące emisji spalin, zarówno w kraju, jak i za granicą.
W 2010 roku rząd podniósł cele w zakresie efektywności energetycznej na najbliższą dekadę, wyznaczając cel w postaci 30% obniżenia standardów średniego zużycia paliwa przez przedsiębiorstwa do 2019 roku - mniej więcej w tym samym czasie turbosprężarki zaczną wypierać turbosprężarki w nowych pojazdach. Nie jest to zaskakujące: rządy na całym świecie wprowadziły nowe przepisy dotyczące emisji i prawdopodobnie będą je wprowadzać w najbliższym czasie. W związku z tym liderzy firm na całym świecie starają się wdrożyć na swoich liniach produkcyjnych nowe technologie, które pozwolą im osiągnąć te cele bez uszczerbku dla standardów wydajności, które starają się zapewnić swoim klientom.
Jest to trudna równowaga, ale turbosprężarki oferują obietnicę zarówno wydajności jak i osiągów - prowadząc czołowych producentów do wyścigu badawczo-rozwojowego, aby pokonać garb innowacji. Turbosprężarki już przygotowują się do kolejnej wielkiej zmiany, a liderzy branży tacy jak Volvo i Audi opracowują technologię elektrycznych turbosprężarek, które mogłyby nadać wielki rozmach już trwającej rewolucji.
Jak więc wyglądają z bliska te zderzające się technologie i czego możemy się po nich spodziewać, na dobre i na złe? Rozważmy każdą z nich po kolei.
Doładowanie: Jak działa i do czego służy
Koncepcja doładowania jest prosta: wtłacza ono do silnika więcej powietrza niż jest w atmosferze, zwiększając ciśnienie spalania, a tym samym moc. Zasadniczo, jest to mechaniczny dostawca powietrza pod ciśnieniem. W rzeczywistości często określa się go po prostu mianem "dmuchawy". Jej skromne początki to przede wszystkim wentylatory przemysłowe o dużej mocy używane do chłodzenia szybów kopalnianych.
To prosta idea, ale potężna - łatwa do zastosowania i łatwa do dostosowania w celu uzyskania jeszcze większej wydajności. Na przestrzeni XX wieku wszystkie najbardziej znane projekty muscle carów wykorzystywały pomysłowe wariacje na temat tej samej podstawowej koncepcji: pompowania powietrza pod ciśnieniem do silnika w celu zwiększenia mocy.
Jak większość mechanicznych atrybutów, ma to swój umowny koszt. Powietrze musi być w jakiś sposób sprężone, a energia do tego musi pochodzić z samego silnika. Dzięki zastosowaniu paska napędowego lub przekładni, turbosprężarka działa pasożytniczo, zmniejszając wydajność silnika - ale dostarcza ładunek płynnie i niezawodnie.
Pomimo kosztów związanych z ogólną mocą silnika, doładowania, z ich długą historią projektowania przemysłowego, stawały się coraz bardziej wydajne przez lata. Zostały udoskonalone do niemalże perfekcji i pozostają opłacalną i pewną metodą zwiększenia mocy pojazdu.
Turbosprężarki: Jak działają i dlaczego przejmują władzę
W pewnym sensie, turbosprężarki są radykalną zmianą w stosunku do standardowej technologii indukcji powietrza. Korzyść jest taka sama, ale zamiast czerpać energię z samego silnika, wykorzystują one przepływ spalin wytwarzany jako produkt uboczny aktywności silnika. Umieszczając koło turbinowe w kolektorze wydechowym, turbosprężarki wykorzystują jako źródło energii niewykorzystany dotąd potencjał już spalonego gazu wydobywającego się z pojazdu.
Zastosowanie pozostaje takie samo - doprowadzenie powietrza pod ciśnieniem do silnika w celu zwiększenia mocy - ale dzięki wykorzystaniu innego źródła energii, spadek mocy silnika nie jest już czynnikiem ograniczającym. Potencjalnie, turbosprężarka może zwiększyć osiągi pojazdu bez uprzedniego odejmowania od nich, tak jak robi to turbosprężarka. Przynajmniej na papierze, jest to ekscytująca możliwość dla projektantów, aby utrzymać standardy osiągów, których kierowcy oczekują od pojazdów z doładowaniem - jednocześnie spełniając zwiększone normy wydajności paliwowej.
Łatwo dostrzec tę atrakcyjność, zwłaszcza z perspektywy zarządzania. W kontekście coraz bardziej rygorystycznych norm emisji ustanowionych przez wiele rządów światowych, technologia turbosprężarek oferuje kuszący sposób dla producentów samochodów, aby mieć ciastko i zjeść je także.
Istnieją jednak pewne wyzwania. Superchargers - poza tym, że mają w zanadrzu setki sprawdzonych rozwiązań - pobierają moc bezpośrednio z silnika, dzięki czemu ich działanie jest tak płynne, jak to tylko możliwe. Będzie reagować tak szybko, jak reaguje sam silnik. Turbosprężarki, w przeciwieństwie do nich, polegają na przepływie spalin, który, choć związany z aktywnością silnika, nie jest z nim tożsamy. Nagle przyspieszający kierowca korzystający z turbosprężarki musi poradzić sobie z opóźnieniem pomiędzy zaspokojeniem zapotrzebowania przez silnik a wytworzeniem spalin z tej czynności. Zasadniczo, popyt i podaż nie są ze sobą zsynchronizowane.
Co przyniesie przyszłość?
Wraz z ciągłym naciskiem na normy emisji, turbosprężarki zdają się zyskiwać na popularności w tempie, które niektórzy tradycjonaliści nazwaliby alarmującym. Już teraz, nie zważając na bogatą przeszłość turbosprężarek, BMW nie oferuje żadnych nowych modeli z silnikami wolnossącymi. Nawet Ferrari, czerwone mięso przemysłu samochodowego, ogłosiło ostatnio, że na dobre pozbywa się doładowania.
Przepisy nie są jedynym czynnikiem działającym na korzyść turbosprężarek. Z punktu widzenia projektowania, turbosprężarki mają niezwykle atrakcyjne cechy, szczególnie dla szkoły prostoty Apple-Zen, która charakteryzuje większość obecnego momentu w produkcji. Po pierwsze, są one małe - i coraz mniejsze. Inżynierowie uwielbiają swobodę, jaką daje im to, że mogą wprowadzać innowacje w zaskakujących kierunkach, jak na przykład szwedzka konstrukcja z trzema turbosprężarkami, która przy zaledwie 2,0-litrowym silniku przewyższa 5,0-litrowe V8 w nowym Fordzie Mustangu GT.
Bardziej estetycznie nastawieni wskazują nie tylko na potencjał mniejszych, bardziej eleganckich projektów samochodów, ale także na niższy profil dźwiękowy silników z turbodoładowaniem. Są one o wiele cichsze, a ponieważ samochody nadal pędzą przez coraz większy zgiełk, być może nadszedł czas, aby przejść do projektu, który jest bardziej elastyczny i dostosowany do potrzeb niż tradycyjna turbosprężarka.
Mimo wszystko, klasyka to klasyka i pomimo gwałtownego wzrostu popularności turbosprężarki, doładowanie prawdopodobnie pozostanie na razie w pojazdach klasy niskiej i średniej. Przyszłość będzie należała do turbodoładowania, ale doładowanie zawsze będzie miało swoje miejsce w historii technologii indukcji powietrza.
Czy jesteś zwolennikiem turbosprężarek? Wyraź swoją opinię na temat debaty turbosprężarka vs. doładowanie w komentarzach!
Napisane przez Dara Greaney
Chcesz umieścić tę infografikę na swojej stronie? Nie krępuj się skopiować fragment kodu poniżej, jedyną rzeczą, o którą prosimy w zamian jest przypisanie osadzonego postu do w widocznym miejscu na stronie internetowej:
Please include attribution to / with this graphic.
