Turboefekt: Co to vlastně je? A jak s ním bojovat?
Čas od času se v testech automobilů poháněných turbodmychadlem přeplňovaným motorem objeví slovo „turboefekt“ nebo také prodleva turbodmychadla. Co si pod tím máme představit? Zjednodušeně řečeno je to vlastně doba, která uplyne od plného sešlápnutí pedálu plynu k roztočení turbíny a tedy i dmychadla. Výkon turbodmychadla je u přeplňovaného motoru vázaný na kinetickou energii výfukových plynů.
Obecně lze říci, že čím menší motor přeplňujeme, tím méně máme spalin k tomu, aby se turbodmychadlo roztočilo. Pokud byste na motor s malým objemem válců namontovali velké turbodmychadlo (rozuměj s velkým průměrem), k roztočení turbíny na pracovní otáčky by byly zapotřebí velké otáčky motoru spolu s jeho vysokým zatížením. Jedině tak je zaručen dostatek spalin. Tím by se ovšem efekt přeplňování posouval do vysokých otáček motoru a vyššího zatížení. Při normální jízdě by tak řidič z výhod přeplňování coby zlepšení výkonu a zejména točivého momentu motoru prakticky nic nezískal. Prostě by dynamika vozidla s tímto motorem odpovídala přibližně stejně objemnému pohonu bez přeplňování.
To však neznamená, že by motor neměl vysoký výkon. Právě naopak, ten by s největší pravděpodobností měl, a to dokonce značný. Jenže dostupný až při velmi vysokých otáčkách. Stejný přístup byl uplatňován u motorů formule 1 od konce 70. a v průběhu 80. let. Jako první s tím přišel Renault, jehož vidlicový šestiválec dokázal díky přeplňování z objemu 1,5 litru získat výkon přes 1300 koní. Turbodmychadlo ovšem bylo skoro tak velké jako motor samotný.
Řešením je použití menšího turbodmychadla s nižší setrvačností rotoru. Rychleji se roztočí, neboť mu k tomu stačí nižší kinetická energie výfukových plynů, kterou produkuje méně objemný motor. Ovšem k tomu, aby malé turbodmychadlo dodalo motoru stejně vzduchu jako větší turbodmychadlo, potřebuje vyšší otáčky. A ty samozřejmě nelze zvyšovat do nekonečna. Limitem je přibližně 300.000 otáček za minutu.
Dnes se jde cestou zlepšení účinnosti přeplňování jednak optimalizovaným tvarem lopatek rotoru a dále snížením jeho hmotnosti. Proto se třeba používá méně lopatek než dříve. Eliminovat prodlevu turbodmychadla lze také účinnou regulací jeho otáček, respektive výkonu. Již od 90. existuje pro dieselové motory turbodmychadlo, u něhož nejsou otáčky omezovány obtokem výfukových plynů kolo turbíny (tzv. wastegate), ale změnou úhlu proudění výfukových plynů na lopatky turbíny. Děje se tak za pomoci mechanismu s naklápěcími lopatkami VGT nebo VNT, s jejichž pomocí lze úhel proudění plynů měnit. Lze tak dosáhnout plynulé regulace otáček a tedy výkonu turbodmychadla v závislosti na otáčkách motoru a tedy stále se zvyšující kinetické energie výfukových plynů.
Naklápěcí lopatky jsou dnes k dispozici také u zážehového motoru. Důvod, proč dosud u benzinových agregátů nabízeny nebyly, lze hledat ve vyšší teplotě spalin v porovnání s diesely.
U zážehových motorů se k boji s turboefektem používá již léta takzvané dvoukomorové turbodmychadlo. Smyslem je rozdělit kanál, jímž se výfukové plny přivádějí na rotor turbíny na dva menší kanály s tím, že v případě čtyřválcového motoru jsou do jednoho kanálu svedeny výfukové plyny z prvního a čtvrtého válce, do druhé z druhého a třetího.
Při pořadí zapalování 1 3 4 2, které je u čtyřválcového motoru běžné, dochází k tomu, že v okamžiku, kdy je první válec na konci expanzního zdvihu, po němž následuje výfukový zdvih a tedy se začíná otevírat výfukový ventil (ventily), u druhého válce pomalu končí výfukový zdvih, ovšem jeho výfukové ventily jsou díky střihání ventilů (takto se říká době, kdy jsou současně otevřeny sací a i výfukové ventily jednoho válce) ještě stále otevřeny. U turbodmychadla s jednoduchým kanálem turbíny by v dané chvíli a při popsané činnosti jednotlivých válců a ventilů docházelo k interferenci (prolínání) výfukových plynů prvního a druhého válce, což je nežádoucí. A právě s tímto jevem se umí vypořádat dvoukomorové turbodmychadlo.
