Gdy 10 sierpnia 1893 roku Rudolf Diesel obserwował pierwszy zapłon zaprojektowanego przez siebie silnika, nie zakładał zapewne, że w stosunkowo krótkim czasie sprawność zaproponowanych przez niego rozwiązań wzrośnie wręcz geometrycznie, nie tylko za sprawą udoskonaleń procesów produkcyjnych czy też zastosowania coraz lepszych materiałów, ale przede wszystkim dzięki kolejnym przełomom w sposobie zasilania silników w paliwo i powietrze.

Turbosprężarki w samochodach ciężarowych

Dzisiejsze samochody ciężarowe wyposażone są w duże turbosprężarki, osiągające wysokie wartości doładowania. Przyczyn ich stosowania jest kilka, natomiast do najważniejszych należą z pewnością wyższe maksymalne wartości mocy oraz momentu, zmniejszenie średniego spalania, a także umożliwienie spełnienia wymogów coraz bardziej wyśrubowanych norm EURO. W czasach, gdy moce rzędu 440-500KM nie robią na nikim wrażenia, a topowa Scania 770S generuje, jak sama nazwa wskazuje 770KM oraz niebotyczne 3700Nm, warto przystanąć na chwilę i spojrzeć w przeszłość, na sam początek drogi, która nas do tego momentu doprowadziła.

Pierwsze turbosprężarki – historia

Sama koncepcja doładowania powstała sporo wcześniej niż pierwszy prototyp silnika Diesla. Prekursorskie tego typu rozwiązanie zaprezentował i opatentował dobrze znany konstruktor, Gottlieb Daimler, już w roku 1885. Co prawda, propozycja ta nie miała wiele wspólnego z turbosprężarkami, ponieważ była to pompa napędzana za pomocą przekładni, natomiast położyła ona podwaliny pod koncepcję mechanicznego wtłaczania do silnika większej ilości powietrza, niż jest to możliwe w sposób naturalny. Pomysł na pierwszą turbosprężarkę w formie, jaką znamy do dziś powstał niewiele później. Szwajcarski inżynier imieniem Alfred Büchi opracował system mechanicznego doładowania za pomocą sprężarki napędzanej gazami wydechowymi w tandemie ze sprężarką napędzaną górnym wałkiem silnika. Prototyp opracowany w 1915 roku miał za zadanie zwalczyć spadki mocy doświadczane na wysokościach przez samoloty, w związku z rozrzedzaniem się powietrza. Prototyp okazał się na tyle awaryjny, że układ ten nigdy nie trafił do produkcji seryjnej. Niemniej w ślad szwajcarskiego konstruktora poszli inni wynalazcy z całego świata i wkrótce pojawiły się inne propozycje oparte o podobną zasadę działania.

Przełom nastąpił w roku 1925, kiedy to świat ujrzał pierwsze komercyjne zastosowanie turbodoładowania i to w silniku Diesla. Silnik ten posiadał 10 cylindrów i był zastosowany przy budowie dwóch niemieckich statków pasażerskich – „Preussen” oraz „Hansenstadt Danzig”. Użycie turbosprężarek pozwoliło na podniesienie mocy jednostek napędowych z około 1750KM aż do 2500KM, co stanowiło znaczącą różnicę. Tuż przed wojną zaś, zastosowanie turbosprężarek stało się powszechne w lotnictwie. Maszyny takie jak słynny B-24 Liberator czy też B-17 Flying Fortress, w pełni korzystały z dobrodziejstw zwiększonego dopływu powietrza do silnika. Natomiast premiera tej technologii w pojazdach ciężarowych miała miejsce w latach 30’tych dwudziestego wieku. Po raz kolejny pionierami byli Szwajcarzy, a dokładnie znana firma Adolph Saurer AG, która od 1931 oferowała silniki z serii BXD oraz BZD z opcjonalnym turbodoładowaniem.

Przez lata technologia mechanicznego doładowania była stale rozwijana. Stosunkowo późno, bo dopiero od lat 50’tych, zaczęła również trafiać „pod strzechy” do aut osobowych. Oczywiście mógłbym się w tym momencie rozpisać na temat legendarnych konstrukcji, takich jak np. BMW 2002 Turbo, natomiast nie taka jest tematyka naszego portalu. Nie zmienia to faktu, że ciągły rozwój oraz dążenie do poprawy parametrów pracy silnika nie ominęło branży ciężarowej. Obecnie o ciężarówkach bez doładowania pamiętają jedynie szoferzy naprawdę starej daty, a na żywo zobaczyć je możemy już praktycznie wyłącznie na zlotach pojazdów zabytkowych. Świat poszedł do przodu, a producenci wyprzedzają się nawzajem wymyślając coraz to nowe usprawnienia. Na ten temat również można by było z powodzeniem napisać książkę, natomiast na tą chwilę wydaje się, że jedyną drogą do spełniania wymogów coraz to bardziej rygorystycznych norm emisji spalin jest ciągłe zmniejszanie pojemności skokowej w parze ze zwiększaniem doładowania jednostek napędowych.

Współczesne turbosprężarki – trendy

Kolejne kroki w rozwoju turbosprężarek oczywiście będą polegały na dalszej poprawie technologii produkcyjnych, osiąganiu coraz większej precyzji, coraz mniejszych mas wirujących a co za tym idzie, szybszego „wstawania” turbin oraz większego ciśnienia doładowania. Producenci pracują też nad rozwiązaniami komplementarnymi, takimi jak na przykład Turbo Compund oferowane przez Volvo oraz Renault Trucks. Technologia ta w dużym skrócie polega na wykorzystaniu ciepła spalin w wydechu za pomocą drugiej turbiny, przekazującej moc bezpośrednio na wał korbowy, w rezultacie w przypadku 13-litrowych silników D13K TC pozwala na uzyskanie aż 300Nm dodatkowego momentu obrotowego.

W dobie coraz większej elektryfikacji, wysokoprężne, turbodoładowane silniki wydają się niezagrożone, przynajmniej do momentu aż ich elektryczni bracia nie rozwiążą problemu czasu ładowania oraz zasięgu. Ekologiczne przepisy zaś, będą dalej zmuszały inżynierów z całego świata do pracy nad rozwojem nowych rozwiązań pozwalających na ich spełnienie. Turbosprężarki zaś, to urządzenia które z powodzeniem służą człowiekowi od blisko stu lat, a mimo elektromobilnych trendów, na chwilę obecną nic nie zapowiada, żeby miały „odejść do lamusa”. Ich rola w rozwoju transportu jest nieoceniona, zatem następnym razem wkręcając swój silnik na obroty oddajmy hołd tym względnie małym bohaterom każdego podjazdu pod wzniesienie.