Repasované autodíly přímo od zdroje
search
Chcete poradit?
basket 0

0 Kč

V košíku nemáte žádné zboží

Jaký je rozdíl mezi mechanickým kompresorem a turbodmychadlem?

calendar19.07.2021

timer14 min

userTomáš

Při spalování paliva v motoru vzniká problém ztráty energie. Přibližně pouze jedna třetina energie z paliva vykoná práci na klikovém hřídeli, zbylé dvě třetiny energie se ztratí v chladícím systému a ve formě tepla ve výfukovém potrubí.



Na fotografii vidíme turbodmychadlo repasované u nás.


Turbodmychadlo (na rozdíl od kompresoru) dokáže využít ke svému pohonu výfukové plyny, 
které mají vysokou kinetickou energii (proudí rychle pryč z motoru). Přitom oba komponenty, jak turbo, tak kompresor, mají stejný úkol – plnit motor větším objemem vzduchu a zlepšit tak jeho výkon a účinnost. Nelze paušálně rozhodnout, jestli je lepší turbodmychadlo, nebo kompresor. Existují dokonce vozy, které kombinují obojí řešení.

Turbodmychadlo repasované u nás

Mechanický kompresor – princip fungování

Kompresor je čerpadlo vzduchu, které slouží k vtlačení většího objemu vzduchu do motoru, než by to bylo možné při atmosférickém plnění. Kompresor má vnější pohon. Někdy je využíván elektro motor, častější je však pohon řemenem, nebo ozubenými koly od klikové hřídele motoru. To znamená, že pro pohon kompresoru se spotřebovává část výkonu motoru. Kompresor se dává především do závodních aut, kde je výkon a odezva na plyn důležitější než spotřeba paliva a v minulosti tímto řešením zvyšoval efektivitu spalování a dynamiku vozů.
Kompresor (anglicky supercharger, německy Kompressor) na rozdíl od turba nevyužívá pohon odpadními výfukovými plyny. Turbo je schopno dosáhnout vyššího maximálního výkonu a motoru energii téměř neodebírá. Turbodmychadla dosahují vyššího plnicího tlaku. V nízkých otáčkách mají navrch kompresory, protože slabý tlak výfukových plynů neumožňuje plné využití potenciálu turba. 

Na obrázku vidíte model vozu Mercedes-Benz C180

Mercedes-Benz C180 -  Kompressor (W203)

Řemen mechanického kompresoru pohání mechanické čerpadlo, roztáčí ho do vysokých otáček, a to pak jednou stranou nasává okolní atmosférický vzduch, stlačuje ho a stranou druhou již stlačený vzduch vtlačuje dále do sání motoru. Míru tohoto stlačení udává tzv. plnicí tlak, nejčastěji uváděn v jednotkách bar (v Evropě) a PSI (v USA). S rostoucími otáčkami motoru stoupá plnicí tlak kompresoru. Jeho maximální hodnotu lze nastavovat změnou velikosti (změnou převodu) vně kompresoru umístěné kladky, která pohání kompresor. Zmenšením její velikosti se zvýší otáčky kompresoru a tím i jeho plnicí tlak. Kompresor se instaluje tedy před sání motoru. Vzduch z okolí se nasaje, stlačí a v intercooleru ochladí (mezichladič vzduchu snižuje objem) a dále pokračuje do sání a do motoru. 

Model vozu Mercedes-Benz C180

Na obrázku vidíte model Corvette ZR1 od značky Chevrolet

Chevrolet Corvette ZR1





V běžných automobilech jsou kompresory oproti turbům spíše na ústupu a najdeme je v britských Land Roverech (Range Rover 5,0 V8 Supercharged) a Jaguarech (XJR 4.2 V8, F-Pace SVR 5.0 V8). Dále jsou nasazováním kompresorů proslavené americké sportovní vozy (například Ford Mustang Shelby GT500, Chevrolet Corvette ZR1, Camaro ZL1,Dodge Challenger, Charger Hellcat, Challenger Demon. Kompresory používal také Mercedes, vzpomeňme jeho modely AMG (například S55 AMG, CL55 AMG, SL55 AMG nebo CLS55 AMG) ale i menší modely například C180 nebo 200, které měly slovo kompresor i v názvu. V minulé generaci modelu Corvette byl u vrcholného modelu ZR1 použit kompresor, který s každou otáčkou přečerpal 2,65 litrů vzduchu a jeho maximální plnicí tlak byl 0,96 baru.

Model Corvette ZR1 od značky Chevrolet


Turbodmychadlo – princip fungování

Turbodmychadlo vynalezl Švýcar Alfred Büchi v roce 1905. Jedná se o dmychadlo, které pro svůj pohon využívá pouze odpadních výfukových plynů. Na rozdíl od kompresoru, který výkon motoru značně ubírá, protože je poháněn řemenem od klikové hřídele, je turbo zařízení, které motor zatěžuje mnohem méně. Jeho nasazení na výfukovou soustavu sice představuje jistou překážku, kterou motor musí překonat, je to však nesrovnatelně úspornější řešení oproti mechanickým kompresorům, protože u turb není žádný vnější pohon, a navíc se využívá energie, která by bez užitku vyletěla výfukem.

Smyslem nasazení turbodmychadla (i mechanického kompresoru) je hnát více vzduchu do motoru, což znamená jeho větší měrnou hmotnost. Díky tomu je při stejných otáčkách možno použít více paliva a poměr směsi palivo vzduch bude zachován a vůz bude mít vyšší výkon, než by měl jeho atmosférický dvojník. Během jednoho pracovního cyklu motoru spolu zareaguje větší množství plynů, motor osazený tubodmychadlem tedy bude mít výrazně větší výkon než atmosféricky plněný motor o stejném obsahu (často o polovinu vyšší výkon má přeplňovaná varianta motoru při stejném objemu). Komponenty motorů s turbem jsou však mnohem více namáhány. Také spotřeba paliva je při dynamické jízdě výrazně vyšší než v případě atmosféricky plněného motoru.

Turbodmychadlo je složitější zařízení, než kompresor a tím je náchylnější na poškození. Můžete si přečíst náš článek 7 způsobů jak zabít turboTurbo je třeba za běhu mazat a chladit. Kompresor nemá nic společného s výfukovými plyny, není závislý na mazání motoru (maže se sám), jeho masívní konstrukce se odráží také na ceně, která je vyšší než cena turb. Oproti turbu je jeho výhoda v tom, že zvyšuje plnicí tlak okamžitě a projev motoru neobsahuje typickou turbodíru (dostupnost plného výkonu v určitém spektru otáček).

Kompresory se naopak mohou stát přítěží při vysokých otáčkách motoru, protože mohou spotřebovávat více výkonu než svou funkcí navyšovat. Proto existují řešení, která kompresoru dovolí pracovat jen v nižším a středním spektru otáček – na řemenici může být samočinná spojka, která kompresor odpojí. Kompresorů je více druhů – lopatkový (tvarem se podobá turbu), šroubovicový nebo Rootsův s rotačními písty.


Na obrázku výše můžete vidět rozdělení turba.
Na obrázku výše můžete vidět rozdělení turba.

Na obrázku vlevo můžete vidět rozdělení turba. Na tom vpravo vidíte detailnější rozbor turba.


Turbo se dělí na rotorovou a statorovou část (otáčející se a nehybnou část). Na jedné hřídeli jsou rotory – kompresorové a turbínová kola. Tato hřídel je umístěna ve středové statorové části ložiskové skříně zpravidla pomocí kluzných radiálních ložisek s plovoucími volnými kroužky a plochého axiálního ložiska. Na protilehlé strany ložiskové skříně je připojena skříň turbíny a kompresoru. Spojení musí být těsné tak, aby olej nepronikal do sání a do výfuku a pokud možno nedocházelo k foukání pracovních plynů do ložiskové skříně. K utěsnění se užívá pístních kroužků nebo labyrintového těsnění.

Problémem přeplňování turbem je, že stlačovaný vzduch se i ohřívá, což snižuje účinnost. Pokud se na výfukové potrubí namontuje turbína, tak se vlastně vytvoří motoru překážka, vznikající zpětné tlaky, které brzdí motor. Žádný stroj nemůže mít z logiky věci účinnost sto procent. Výkon turba je dále snižován menším tlakovým spádem na turbíně, který vytvářejí díly ve výfukovém potrubí: katalyzátor, filtr pevných částic nebo tlumič hluku. Další nevýhoda použití turbodmychadla je nelineární projev výkonu. Diesely s turbem profitují z vyšších plnicích tlaků teprve až od 1800 otáček za minutu, starší turbobenzínové motory až za hranicí 2500 otáček za minutu, moderní to zvládají od nižších otáček ale za cenu menšího výkonu ve vyšších otáčkách. 

Dmychadlo turba má velmi vysoké otáčky - 10 000 až 300 000 ot./min, ty se odvíjejí od konstrukce turba, jeho velikosti, váze rotujících částí a tlakům uvnitř systému. Pro tak vysoké zatížení mohou být použita kuličková ložiska, nebo se používají ložiska fluidní, která jsou chráněna tenkou vrstvou oleje. Samotné turbo je mazáno stejným olejem, jakým je mazán samotný motor. Zde musíme opět připomenout používání doporučených specifikací olejů a jejich včasnou výměnu. 

Při nasazení turba také inženýři řeší, kam bude proudit vzduch stlačený turbodmychadlem, který nemá kam proudit při uzavření škrtící klapky. U manuálních převodovek k tomu dochází při řazení nebo ubrání plynu. Z tohoto důvodu jsou benzínové turbomotory vybaveny blow off ventilem, který přebytečný vzduch vypustí ven ze sání. Tímto upuštěním nahromaděného vzduchu vniká charakteristický zvuk. 

Waste gate je klapka, která je buď mechanicky nebo elektronicky ovládáná na pokyny řídící jednotky. Slouží k regulaci plnicího tlaku turba. Ke kontrole slouží snímač tohoto tlaku v sacím potrubí. Pro každý režim motoru vypočítává řídící jednotka optimální plnicí tlak a tuto hodnotu porovná se skutečnými hodnotami z čidla. Pokud řídící jednotka zjistí neshodu či velky plnicí tlak, tak je korekce provedena přes wastegate. Znamená to, že část výfukových plynů nejde dovnitř do turba ale jde do výfuku. Kdyby totiž šly všechny výfukové plyny do turbodmychadla, mohlo by dojít k jeho poškození (nebo poškození motoru) příliš velkým plnicím tlakem.    


Na obrázku výše vidíte řez turbodmychadlem s variabilní geometrií lopatek.




Variabilní geometrie je technologie, která umožňuje měnit sklon lopatek podle zatížení motoru a otáček. V každých otáčkách motoru je optimální jiný náklon lopatek turba. Variabilní geometrie nevyžaduje wategate, a proto se zejména u dieselů wastegate nepoužívá.

Řez turbodmychadlem s variabilní geometrií lopatek.

Na fotografii vidíme místo jednoho velkého turba dvě menší.


Výrobci vozidel jsou si vědomi faktu, že turbodmychadlo je plně funkční až od jistých vyšších otáček motoru, a proto se vyskytuje celá řada řešení. Pro dosažení co nejvyšší účinnosti motoru s vysokým stupněm přeplňování je třeba na straně turbíny co nejlépe využít energii výfukových plynů a na straně kompresoru co nejvíce snížit práci, potřebnou na stlačení plnicího vzduchu. Místo jednoho velkého turba jsou například u motorů V6 a V8 montována dvě menší turba, která se jednodušeji roztáčí. Motory mohou být osazeny Bi-turbo systémem, což jsou vlastně dvě různě velká turba složená dohromady. 

Místo jednoho velkého turba vidíme dvě menší.

Na fotografii vidíte, jak takové bi turbo vypadá.



Základní sestavení je sekvenční bi turbo, což jsou dvě sériově řazená turba různých velikostí. Malé turbo dokáže efektivně pracovat už v nízkých otáčkách, větší turbo se zapojuje až ve vyšších otáčkách. Pro správnou spolupráci obou turbodmychadel se používají obtoková potrubí a různé klapky, které zaručí, že podle otáček, je používáno malé turbo, velké turbo, anebo obě. Dříve se využívala dvě stejná turba, to se však neosvědčilo, protože je nižší účinnost a vzniká značný turboefekt. Z toho důvodu mají v sekvenčním zapojení obě turba jinou velikost.

Bi turbo

Na fotografii jsou paralelní Twin turba.

Paralelní Twin turba pracují nezávisle na sobě a používají se turba stejných rozměrů, využívá se zejména u motorů s větším počtěm válců (obvykle vidlicových) – každé z turb má na starost polovinu válců.  Výhodou tohoto řešení jsou vyšší společně dosažené plnicí tlaky a menší interference tlakových vln ve výfuku.

Twincharger je řešení, které mělo za cíl kombinovat výhody jak kompresoru Rootsova typu, tak turbodmychadlo. Smyslem této aplikace bylo omezení turbodíry a vytvoření konstantního efektivního tlaku na píst. Při dosažení určitého točivého momentu je kompresorové dmychadlo odpojeno a pracuje pouze turbodmychadlo. Automobilka VW nasadila toto řešení s motor 1.4 TSI (125 kW/170 k) Vzhledem k jeho složitosti doporučujeme se těmto ojetinám (např. Golf GT, Fabia RS 2. generace) vyhnout obloukem.

Paralelní Twin turba.


Turbo je dnes standard

Turbodmychadlo je v současné době mezi běžnými novými auty preferovaný způsob přeplňování. Používá se jak u zmenšených jednotek, tak pro velkoobjemové motory. Emisní normy a snaha zvyšovat výkon a snižovat spotřebu zavedla turbodmychadla i do toho nejnižšího segmentu laciných vozů. Dnes už nejsou nové automobily s diesely bez turbodmychadla vůbec k dostání (z minulosti vzpomeňme například Fabii 1.9 SDInebo Polo 1.7 SDI). Turbodmychadla pronikají kvůli emisním limitům i do segmentu těch nejmenších a nejlevnějších aut.

Na fotografii je vůz značky Dacia v modelu Sandero


Například Dacia, potažmo mateřský Renault zařízla léty prověřené atmosférické motory 1.6 16 V a 1.6 SCe a nahrazovala menšími motory 1.2 TCe a časem dokonce i motorem TCE 90, což je přeplňovaný agregát o malém objemu 999 ccm. Modely bez turba dnes plní hlavně roli marketingovou roli plakátových modelů pro nízké zdůraznění ceny. Typickým příkladem je model Dacia Sandero, u které je nejlevnější verze Open s atmosférickým tříválcem SCe 54kW/73 k, který nahradil čtyřválec o objemu 1.2 l 16 V (55kW/75 k).  Ve dvou nejvyšších stupních (Stepway a Celebration) Sandero bez turba není k dostání. Tento fenomén se jmenuje downsizing. Více informací o tomto fenoménu moderní doby najdete v tomto článku na našem blogu.

Vůz značky Dacia v modelu Sandero


Atmosféricky plněné motory jsou dnes u evropských výrobců velmi vzácné. Vyhledávají je obvykle řidiči, kteří plánují si vůz ponechat mnoho let, nenajedou ročně mnoho kilometrů a jezdí spíše krátké trasy (domů-práce-supermarket). Atmosférických benzinových motorů se zatím plošně drží Mazda (zejména díky technologiím Skyactive. Kromě Mazdy, která preferuje motory s vysokým kompresním poměrem napříč svou modelovou nabídkou od kompaktní Mazdy 2, po velké SUV CX5, je zde všeobecný trend motory zmenšovat. Vzhledem k tomu, že většina moderních vozů se nabízí s turbodmychadlem, uvádíme aktuálně dostupné modely bez turba, čili atmosféricky plněné. Je je jich velmi málo a z našeho seznamu vynecháváme také modely prodávané ve Spojených státech, kde jsou kvůli nízké ceně benzínu stále velmi populární klasické atmosférické motory V8.

Fiat stále nabízí atmosférické motory v objemech 1.2 a 1.4. dokonce 1.6 v modelu Tipo. Koncern Huyndai jehož součástí je i Kia Motors nabízí motory 1.25 MPI (i10, i20, Picanto a Rio) a 1.4 MPI (i30 a Ceed), Opel nabízí atmosféry už jen v malých vozech Adam a Corsa, Suzuki nabízí modely Ignis a Swift s motory 1.2 Dualjet, Toyota nabízí 1.5 atmosféru v modelu Yaris, Mitsubishi nabízí nepřeplňovanou 1.6 Mivec, Honda nabízí v modelech Jazz. Nissan nabízí atmosférickou 1.6 v modelu Juke. Největší nabídku motorizací bez turba má tradičně Mazda, nabízí modely Mazda 2, Mazda 3, Mazda 6, Mazda CX-5, Mazda MX-5 a další.