Přeplňování: Bez nich by nebyl downsizing

Downsizing v principu znamená zmenšování motorů, které si však musejí zachovat potřebné parametry. Jediným způsobem, jak toho dosáhnout, je použít přeplňování - tedy dodat motoru více vzduchu, než je schopný nasát pouhým podtlakem, vzniklým pohybem pístů do dolní úvrati. V zásadě existují dva odlišné principy. Dnes je zdaleka nejrozšířenější turbodmychadlo, vázané na kinetickou energii výfukových plynů. Druhým principem je mechanicky poháněný kompresor, který je ale v porovnání s turbodmychadlem mnohem starší.

Turbodmychadlo

Prvním silničním uživatelem turbodmychadla se stalo BMW 2002 Turbo, následované Porsche 911 Turbo a Saabem 99 Turbo. V 70. a 80. letech hrálo hlavní roli v honbě za ohromujícími výkony motorů formule 1. Ač se na vozidlech objevilo mnohem později než mechanicky poháněné kompresory, dnes jasně převládá. Jeho dvěma základními celky jsou turbína a dmychadlo (kompresor). Jeho pozdní příchod na scénu souvisí s materiály, které musí vydržet značně vyšší pracovní otáčky rotoru. Ty se pohybují v rozmezí 20 000/min až 160 000/min. To samozřejmě klade značné nároky na přesnost výroby, mazání a rovněž vyvážení hřídele s oběma oběžnými koly (turbína a dmychadlo). Je to o to obtížnější, že pohon výfukovými plyny s sebou přináší také značné teploty v řádu stovek stupňů Celsia.

Tlak je potřeba regulovat

S rostoucími otáčkami motoru roste také kinetická energie výfukových plynů. V praxi by to znamenalo, že by se rotor turbodmychadla točil stále vyššími otáčkami, čímž by rostl plnicí tlak. Aby k výše popsanému nedocházelo, je nutné regulovat otáčky rotoru turbodmychadla (neboli příkon

turbíny), a tím i plnicí tlak. Starším způsobem regulace je tzv. waste-gate neboli obtokový kanál. V praxi je to vlastně průřez, jehož otevřením se přemostí komora turbíny, takže výfukové plyny již z větší části neproudí přes ni, nýbrž okolo ní přímo do výfukového potrubí. Zpravidla se jedná o šoupátko ovládané pneumaticko-mechanicky, případně elektropneumaticky. Prvně uvedený případ je nejstarší, nejjednodušší a využívá se k němu přímo plnicí tlak na výstupu z dmychadla (kompresoru). Druhý způsob přinesl nástup řídicí elektroniky do chodu motoru. Ovládací člen je stejný jako v prvním případě, tedy membránou. Ovládací tlak k ní je ovšem řízen tzv. taktovacím elektromagnetickým ventilem. Ten je napojen na řídicí jednotku motoru, takže bere v potaz nejen tlakový spád na vstupní a výstupní straně dmychadla (kompresoru), nýbrž i řadu jiných hodnot.

S variabilní geometrií

Kromě obtoku lze plnicí tlak regulovat (omezovat) také pomocí variabilní geometrie rozváděcích lopatek turbíny, tzv. VGT (Variable Geometry Turbine) nebo také VNT (Variable Nozzle Turbine). Tento způsob se používá hlavně u vznětových motorů, údajně z důvodu nižšího tepelného zatížení horkými plyny. Plnicí tlak je tady řízen pomocí nastavovacích vodicích lopatek turbíny umístěných na jejím statoru. Na rozdíl od waste-gate zde proudí turbínou pořád stejný objem plynu. V regulaci se využívá rovnice kontinuity toku tekutin. Ty totiž proudí tím rychleji (mají vyšší kinetickou energii), čím menší je průřez potrubí. Ovládání lopatek je podobné jako u aktivní regulace plnicího tlaku, popsané výše. Existuje ale také řešení, kdy je mechanismus lopatek spojen přímo s ovládacím krokovým motorkem. To je sice nejpřesnější, ale také nejchoulostivější.

Mechanicky poháněný kompresor

Mechanicky poháněný kompresor má na rozdíl od turbodmychadla nižší pracovní otáčky a rovněž není nadměrně tepelně zatěžován. Jeho příkon ale snižuje účinnost motoru, navíc je dost drahý. Mechanicky poháněných kompresorů existuje mnoho. Dnes nejrozšířenější je Rootsovo dmychadlo.

Účinnější, avšak složitější na výrobu je Lysholmův kompresor, lišící se od Rootsova provedením lopatek rotorů. V porovnání s turbodmychadlem je jednou z předností fakt, že mechanicky poháněný kompresor stlačuje vzduch už při nízkých otáčkách motoru, při nichž je většina turbodmychadel

neúčinná. Pohon je řešen plochým řemenem zpravidla přes elektromagnetickou spojku, umožňující odpojení kompresoru.

Zvláštnosti

Zatímco výše zmíněný roots a lysholm vypadají na první pohled podobně, existuje ještě řada jiných řešení. Příkladem může být třeba takzvané

spirální dmychadlo (kompresor) neboli G-dmychalo. Na přelomu 80. a 90. let se v něm zhlédl Volkswagen. Zkratky G40 a zejména G60 jsou jistě nadšencům dobře známy. Princip se zrodil roku 1905 díky Francouzi L. Creuxovi. Teprve technologická úroveň 80. let ale umožnila takové dmychadlo vyrobit. Ač bylo ze začátku slibné, mj. díky zhruba o 15 procent vyšší účinnosti, než jaké dosahuje kompresor Roots, v praxi kolem něj vznikla řada otazníků. Rok 1993 byl proto v jeho životě posledním. Jiným řešením je tzv. Volumex, uplatňovaný počátkem 80. let Lancií, či přeplňování Comprex, využívající tlakové vlny a používané Mazdou v první polovině 90. let.

Kde dnes najdete kompresor

Audi 3.0 TFSI V6 (roots), Jaguar 3.0 V6 Supercharger (roots), Nissan 1.2 DIG-T (roots), VW/Škoda 1.4 TSI Twincharger kombinaci s turbodmychadlem).

Autor: Tomáš Dusil, Auto Tip