A odstředivé dmychadlo znáte? Je to něco mezi turbodmychadlem a kompresorem

V době, kdy automobilovém světu stále vládne downsizing, je výfukové turbodmychadlo obecně v kurzu. Jenže auta jsou stále těžší a také nároky kupujících na jízdní výkony se s léty zvyšují. Aby konstruktéři vyhověli těmto požadavkům při současném zmenšování motorů a snižování počtu jejich válců, musejí naplno využít výhod přeplňování. Zdaleka nejrozšířenější je turbodmychadlo, využívající kinetickou energii výfukových plynů, které by jinak přišly vniveč.

Kompresor zkombinovaný s variátorem: Zázrak, co má přinést revoluci v přeplňování

Alternativou k němu je mechanicky poháněný kompresor, nejčastěji vylepšeného typu Roots (s vyšší účinností), který vyvinula a nabízí firma Eaton. Alternativou k tomu je Lysholmovo dmychadlo, které je účinnější než Rootsovo, ale zároveň také výrobně dražší. Nejnovější technologii představuje elektricky poháněný kompresor, který najdete třeba na motoru Audi SQ7. V něm se pojí hned se dvěma turbodmychadly. Elektricky poháněné dmychadlo má celou řadu předností, ale i několik nevýhod. Aby to celé bylo efektivní, potřebuje vyšší napájecí napětí, dnes běžně 48 voltů. Důvodem je jeho značný příkon a tedy i potřeba jej napájet velkými proudy, což klade zvýšené nároky na elektrickou soustavu vozidla.

Od středu k obvodu

Odstředivé dmychadlo vypadá na první pohled jako poloviční turbodmychadlo. Jeho radiální lopatkové kolo se na pohled podobá lopatkovému kolu turbíny, případně dmychadla v turbodmychadle. K jeho pohonu se ovšem nevyužívá kinetická energie výfukových plynů, ale pohon zajišťuje přímo kliková hřídel motoru přes drážkový řemen - podobně, jako je tomu u výše zmíněných mechanicky poháněných kompresorů. Samotný pohon lopatkového kola je řešen přes ozubený převod, smyslem je zvýšit jeho otáčky. Ty v praxi dosahují 40.000 až 60.000 otáček za minutu. To je méně, než jak rychle se točí rotor turbodmychadla (dnes běžně přes 200.000 otáček za minutu), ale více než u dmychadel pana Rootse či Lysholma (běžně kolem 23.000 otáček za minutu).

Proč vymírá přeplňování kompresorem? Tady jsou důvody!

Princip odstředivého dmychadla využívá jevu, který popisuje Bernoulliho rovnice. A sice, že masa vzduchu pohybující se v uzavřeném prostoru vysokou rychlostí má současně velmi nízký tlak. A obráceně - pokud proudící vzduch zpomalíme, vzroste jeho tlak. Lopatkové kolo radiálního typu nasává vzduch ve svém středu a rotací jej rozvádí po obvodu do skříně kompresoru. V tuto chvíli má vzduch velmi vysokou rychlost a tedy i vysokou kinetickou energii, ale zároveň nízký tlak. Jak se vzduch pohybuje k obvodu skříně dmychadla, z důvodu plynulého rozšiřování průřezu skříně dmychadla postupně snižuje rychlost, a tedy zároveň zvyšuje svůj tlak. V této formě se přes výměník vzduch-vzduch dostává do válců motoru.

S nízkou teplotou

Popsaným postupem, kdy vzduch postupně zvyšuje rychlost, čímž klesá jeho tlak, aby následně rychlost snížil za účelem zvýšení tlaku, dosahuje tento typ přeplňování velmi dobré tepelné účinnosti. V daném případě má tak stlačený vzduch nižší teplotu, což je obecně pro spalování v motorech žádoucí.

Jednou z vlastností přeplňování odstředivým dmychadlem je skutečnost, že výhody přeplňování se uplatní až ve vyšších otáčkách motoru. Tedy v režimu, v němž výše zmíněné kompresory již začínají ztrácet na účinnosti. Druhou vlastností je, že od okamžiku, kdy je dosaženo otáček počátku přeplňování motoru, dochází k výraznému zvyšování výkonu agregátu s rostoucími otáčkami.

Odstředivé dmychadlo se tak hodí zejména pro motory lehkých vozidel, kde je spíše než vysoký točivý moment v nízkých otáčkách požadavek na velký výkon ve vysokých otáčkách - tedy pro sportovní auta. Naopak nevhodné je jeho použití třeba u těžkých užitkových vozidel, případně lokomotiv.

Potřebuje mazat

Poměrně vysoké otáčky lopatkového kola odstředivého dmychadla kladou mimo jiné také zvýšené nároky na jeho mazání. V některých případech se používá mazání olejovým okruhem motoru (stejně jako u turbodmychadla). Tady je výhodou nízké tepelné zatížení oleje (na rozdíl od turbodmychadla), což je žádoucí.

Jiné konstrukce pracují s vlastním zásobníkem oleje a také s vlastním olejový čerpadlem, poháněným přímo pohonem lopatkového kola od motoru. Turbodmychadlům se také odstředivé dmychadlo podobá potřebou přemostit dmychadlo s ventilem vloženým do systému obtoku (bypassu), vloženého mezi kompresor a sání motoru. Jde o ochranu lopatkového kola dmychadla například při zavření škrticí klapky, kdy vznikne v sání velký zpětný tlak.

Tuneři a Camaro SS

Odstředivé dmychadlo se navzdory řadě výhod zatím příliš nerozšířilo. Má totiž také nevýhody. Je poměrně náročné na zástavbový prostor a dále vysoké otáčky rotoru odstředivého dmychadla vyžadují používání kvalitních ložisek. Tou hlavní nevýhodou je, že uvedená koncepce přeplňování příliš nesleduje požadavek na vysoký točivý moment v nízkých otáčkách. Tedy to, o co se v současnosti konstruktéři motorů hodně snaží.

Odstředivé dmychadlo tak spíše než výrobci aut používají úpravci motorů, a to zejména v zámoří. Právě tady také najdete jednu z mála aplikací v sérii, a sice na motoru V8 GM LS3 o objemu 6,2 litru v minulé generaci sportovní verze Chevroletu Camaro SS. Jeho takto přeplňovaný osmiválec nabízel výkon 426 koní (tedy 318 kW) a současně maximum točivého momentu 420 N.m při 4600 otáčkách za minutu.