Doładowanie silników znane było w praktyce wcześniej, nim zdołano je teoretycznie przeanalizować i w ogóle nazwać. Jeszcze przed skonstruowaniem pierwszych samochodów stosowano w przemyśle gazowe lub naftowe silniki stacjonarne, w których do napełnienia cylindra powietrzem stosowano oddzielne sprężarki najczęściej o tłokowej konstrukcji. Udoskonalenie obiegu czterosuwowego, opartego na zewnętrznym zasysaniu i sprężaniu powietrza, pozwoliło całkowicie wyeliminować te kłopotliwe dla konstruktorów i użytkowników dodatkowe urządzenia.

Rozwój konstrukcji spalinowych silników spowodował, że są one obecnie powszechnie stosowane zarówno w transporcie samochodowym i kolejowym, jak i w żegludze, budownictwie oraz w rolnictwie. Nie ma właściwie dziedziny gospodarki, w której nie miałyby one zastosowania. Na tak szerokie rozpowszechnienie silników spalinowych wpłynęło niewątpliwie wiele czynników. Silniki spalinowe mają obecnie największą sprawność ze wszystkich silników cieplnych. Ze względu na zwartą budowę i dużą dowolność układu cylindrów zajmują mało miejsca i dają się łatwo dostosować do różnych urządzeń. Ich zaletą jest to, że pokrywają zapotrzebowanie mocy w bardzo szerokim zakresie.

Stały postęp techniczny w produkcji materiałów konstrukcyjnych, paliw i olejów oraz w technologii budowy maszyn przyczynia się do ciągłego doskonalenia silników spalinowych. Rozwój silników spalinowych zmierza cały czas w kierunku zmniejszenia zużycia paliwa, podwyższenia mocy uzyskiwanej z jednego litra objętości komory roboczej silnika, przy jednoczesnym zmniejszaniu masy, zapewnieniu niezawodności pracy w różnych warunkach eksploatacyjnych oraz zwiększaniu trwałości. Istotną rzeczą jest również ograniczanie emisji toksycznych związków chemicznych w spalinach, które stanowią poważne zagrożenie dla środowiska naturalnego jak i dla zdrowia człowieka.

Po wielu latach ewolucji konstrukcji silników okazało się, że jednym ze sposobów osiągnięcia założonego celu jest zastosowanie w silnikach doładowania poprzez wstępne sprężenie powietrza lub mieszanki paliwowo - powietrznej. Pozwoliło to w tej samej objętości cylindra zmieścić znacznie większą masę powietrza i spalić dzięki temu znacznie większą ilość paliwa, uzyskując odpowiednio więcej energii. Efekt doładowania uzyskano za pomocą dodatkowych urządzeń, których zadaniem jest zapewnienie sprężenia powietrza do wartości zapewniających prawidłową pracę silnika oraz osiąganie oczekiwanej mocy. Rozwiązania konstrukcyjne urządzeń doładowujących przeszły dużą ewolucję.

Głównego podziału urządzeń sprężających powietrze lub mieszankę dokonuje się ze względu na ich napęd. Wyłoniły się tutaj dwa zasadnicze systemy, pierwszy to napęd mechaniczny pobierany z silnika, drugi to napęd gazowy pozyskiwany z energii spalin opuszczających cylindry silnika. Urządzenia wykorzystujące energię wydalanych spalin nazywamy turbosprężarkami. Ten typ systemu doładowania silnika spalinowego został wybrany ze względu na rosnącą popularność stosowania w jednostkach napędowych zarówno w pojazdach ciężkich (maszyny budowlane, ciężarówki), jak i samochodach dostawczych i osobowych. Każda z firm produkujących aktualnie samochody ma w swojej ofercie przynajmniej jeden model z silnikiem wyposażonym w turbosprężarkę, natomiast w grupie pojazdów ciężarowych rzadkością są samochody wyposażone w silniki wolnossące. Uzmysławia to jednocześnie jak wielka jest skala problemów związanych z prawidłową eksploatacją turbosprężarek jako integralnych urządzeń z silnikiem.


Turbosprężarka jest zbudowana z trzech głównych elementów, których prawidłowa konstrukcja i wykonanie gwarantują zapewnienie założonego stopnia doładowania oraz sprawności mechanicznej. Pierwszym elementem jest obudowa środkowa, w której łożyskowany jest wałek łączący koło turbiny z kołem kompresora. Drugi element stanowi turbina gazowa (będąca tu rodzajem silnika), która napędza poprzez wałek koło kompresora. I wreszcie trzecim elementem jest sprężarka (kompresor) typu odśrodkowego. Dodatkowo w turbosprężarkach silników pracujących w szerokim zakresie obrotów lub też w turbosprężarkach o małych momentach bezwładności układów wirujących, dających efekt doładowania już przy niskich obrotach silnika, występuje urządzenie regulujące maksymalne ciśnienie doładowania (realizowane poprzez upust spalin typu by-pass lub zmienną geometrię obudowy turbiny).

Obudowa środkowa połączona z obudową kompresora i turbiny stanowi sztywną całość. Koło kompresora i koło turbiny zamocowane są na wspólnym wałku, który podtrzymywany jest, w większości rozwiązań, hydrodynamicznymi łożyskami poprzecznymi oraz łożyskiem wzdłużnym dwustronnego działania. Trzeba tu dodać, że koło turbiny stanowi wraz z wałkiem nierozłączną całość, natomiast koło kompresora osadzone jest na drugim końcu wałka wraz z oprawą łożyska wzdłużnego i zablokowane za pomocą nakrętki. Koło turbiny poprzez wałek przenosi napęd nadany przez gazy spalinowe na koło kompresora.

Z powodu dużego ciśnienia oraz wysokiej temperatury (średnio 830oC dla silnika ZS oraz 1080oC - ZI) spalin działających na koło turbiny jego łopatki poddane są dużym obciążeniom. Naprężenia na końcach łopatek sięgają 9 kg/mm2 i maleją w kierunku osi turbiny do wartości 2,1 kg/mm2. Gabaryty kół turbin i wałków są różne. Dąży się jednak do ich ciągłego minimalizowania (typoszereg T15 firmy GARRETT lub K03 i K04 firmy KKK), co powoduje zmniejszenie mas wirujących i ich momentu bezwładności. Prędkości obrotowe wirników w zależności od ich masy i wielkości wahają się w granicach 120 000 do 230 000 obr/min.

© Copyright 2005 TURBO s.c. Wszelkie prawa zastrzeżone.
Design & hosting: ID4 SC