Większa moc silnika. Doładowanie bez turbo

Mówiąc o silnikach doładowanych w odróżnieniu od wolnossących, mamy zwykle na myśli jednostki turbodoładowane. Nie jest to jednak dokładnie to samo – w nowej Toyocie Yaris GRMN zastosowano sprężarkę z napędem mechanicznym. Czym się ona różni od turbosprężarki i jakie ma w stosunku do niej zalety?

01_toyota_yaris_grmn

Celem wyposażenia silnika w sprężarkę jest zwiększenie ciśnienia powietrza doprowadzanego do układu dolotowego. Dzięki temu do cylindrów trafia większa ilość powietrza, a zarazem zawartego w nim tlenu. Pozwala to w każdym cyklu spalić większą ilość paliwa, a zatem uzyskać większą moc i moment obrotowy.

Po raz pierwszy sprężarkę zastosował w 1878 roku szkocki inżynier Dugald Clerk w swoim silniku dwusuwowym – była to sprężarka tłokowa. Patent na zasilanie silnika spalinowego przez sprężarkę uzyskał w 1885 roku Gottlieb Daimler, a Louis Renault opatentował zastosowanie sprężarki odśrodkowej w 1902 roku. Były to wszystko sprężarki z napędem mechanicznym (zwane czasem kompresorami), czyli napędzane poprzez przekładnię od wału korbowego.

 02_toyota_yaris_grmn

Rodzaje

Pierwsze seryjne samochody wyposażone w sprężarki wprowadził w roku 1921 Mercedes-Benz. Silniki były zaopatrzone w mechaniczne sprężarki Rootsa, wywodzące się z urządzeń wykorzystywanych w hutnictwie do nadmuchu wielkich pieców. Sprężarka Rootsa zawiera dwie napędzane synchronicznie krzywki o kształcie podobnym do ósemki, które obracając się zachodzą wzajemnie na siebie i w ten sposób wymuszają przepływ powietrza.

Wprowadzona przez Renault sprężarka odśrodkowa ma wyjątkowo prostą konstrukcję. Jej jedynym ruchomym elementem jest wirujący w odpowiednio ukształtowanej obudowie wirnik – tarcza z łopatkami przymocowanymi promieniowo na jej powierzchni. Powietrze, zasysane przez umieszczony centralnie wlot, jest zawirowywane przez łopatki, a siła odśrodkowa wyrzuca je w kierunku znajdującego się na obwodzie obudowy wylotu. Sprężarki odśrodkowe wykorzystywane są też w turbosprężarkach, jednak przy napędzie mechanicznym wirują ze znacznie niższymi prędkościami.

Trzeci popularny rodzaj sprężarek mechanicznych to sprężarki śrubowe. Zasada ich działania jest podobna, jak sprężarki Rootsa, jednak zazębiające się wirniki mają tu postać śrub o bardzo rozciągniętym „gwincie”. Sprężarkę śrubową opatentował w roku 1878 Heinrich Krigar, jednak ówczesne technologie nie pozwalały jeszcze na wykonanie wirników z wystarczającą precyzją i udaną sprężarkę śrubową zbudował dopiero w 1935 roku Szwed Alf Lysholm.

 06_toyota_yaris_grmn

Różnice

Czym różnią się w praktyce powyższe rozwiązania? Sprężarka odśrodkowa jest niewielka, tania i niekłopotliwa w instalacji oraz użytkowaniu, daje jednak stosunkowo niewielki stopień sprężania, za to nie wymaga chłodzenia sprężonego powietrza. Sprężarka Rootsa zapewnia większe podwyższenie ciśnienia, ale przy sprężaniu powietrze bardziej się nagrzewa i konieczne jest wyposażenie jej w intercooler. Sprężarka śrubowa odznacza się dobrym sprężem, a jednocześnie nie powoduje tak silnego nagrzewania powietrza, jak sprężarka Rootsa.

Sprężarki mechaniczne były kiedyś powszechnie wykorzystywane zarówno w motoryzacji, jak i w lotnictwie – mechaniczną sprężarkę miał 1000-konny silnik V12 Rolls-Royce Merlin, używany w myśliwcach Hurricane i Spitfire. Z czasem jednak rozwój techniki sprawił, że z seryjnych silników zostały praktycznie całkowicie wyparte przez coraz doskonalsze turbosprężarki.

Przewaga turbosprężarek nad sprężarkami mechanicznymi wynika z prostoty konstrukcji, mniejszej masy i większej sprawności układu. Sprężarki mechaniczne dodatkowo obciążają silnik, zużywając do napędu wirników część jego mocy, zaś turbosprężarki wykorzystują „darmową” energię spalin.

Zalety

Sprężarki mechaniczne mają jednak swoje zalety. Pierwszą jest natychmiastowa reakcja – ilość dostarczanego powietrza rośnie wraz z obrotami silnika, bez charakterystycznego dla turbin opóźnienia. Z drugiej strony, udoskonalenia turbosprężarek pozwoliły niemal wyeliminować zjawisko „turbodziury”.

Druga zaleta sprężarek mechanicznych to łatwość instalacji w przypadku jednostkowych modyfikacji silników wolnossących. Dlatego urządzenia te są chętnie wykorzystywane przez tunerów i amatorów sportów motorowych. Samochód z silnikiem wyposażonym w imponującą sprężarkę mechaniczną zawsze robi wrażenie w środowisku. O zaletach tego rozwiązania przekonają się w najbliższym czasie kierowcy Yarisa GRMN, który niedługo zadebiutuje w segmencie hot hatchów.

inf.pras.

Dodaj komentarz