Istoria turbocompresorului: De la avioane la mașinile de zi cu zi.

Astăzi, turbocompresorul este atât de răspândit încât îl întâlnim pe aproape orice tip de automobil: de la modele de oraș cu motoare de cilindree redusă până la SUV-uri, utilitare și mașini sport de sute de cai putere. Pentru șoferul modern, motorul turbo a devenit ceva obișnuit. În urmă cu mai bine de un secol însă, ideea de a folosi energia gazelor de evacuare pentru a introduce mai mult aer în motor era o soluție tehnică revoluționară.

Povestea turbocompresorului nu începe cu automobilele sport și nici cu motoarele diesel moderne. Originile sale se află la începutul secolului XX, într-o perioadă în care inginerii căutau metode prin care motoarele cu ardere internă să devină mai puternice și mai eficiente fără o creștere permanentă a cilindreei.

Principiul de bază era ingenios: gazele evacuate de motor conțin o cantitate importantă de energie. În loc ca aceasta să fie pierdută complet prin sistemul de evacuare, o parte poate fi utilizată pentru a pune în mișcare o turbină. Aceasta antrenează, prin intermediul unui ax, un compresor care introduce în motor o masă mai mare de aer. Mai mult aer permite, în condițiile potrivite, arderea unei cantități mai mari de combustibil și obținerea unei puteri superioare.

Una dintre industriile în care avantajele supraalimentării au devenit evidente a fost aviația. Pe măsură ce un avion urcă la altitudine, densitatea aerului scade, iar un motor aspirat poate pierde din putere. Supraalimentarea oferea posibilitatea compensării unei părți din această pierdere, motiv pentru care dezvoltarea motoarelor de avion a avut un rol important în evoluția tehnologiilor de supraalimentare.

Drumul către automobilul de zi cu zi avea însă să fie lung. Primele turbocompresoare trebuiau să funcționeze în condiții extrem de dificile, cu temperaturi ridicate și turații foarte mari, într-o perioadă în care materialele, lubrifianții și tehnologia de fabricație erau mult mai puțin avansate decât cele disponibile astăzi.

Pe măsură ce aceste probleme au fost depășite, turbocompresorul și-a găsit locul în motoare diesel de mari dimensiuni, aplicații industriale, aviație și, în cele din urmă, în industria auto. În anii ’60 și ’70 au început să apară automobile turbo care demonstrau potențialul tehnologiei, iar ulterior motorsportul avea să transforme turbina într-un adevărat simbol al performanței.

Pentru generațiile care au crescut cu modele precum Porsche 911 Turbo, cu mașinile de raliu din celebra eră Group B sau cu monoposturile turbo din Formula 1, cuvântul „Turbo” ajunsese să însemne înainte de toate putere și performanță.

Câteva decenii mai târziu, rolul turbocompresorului avea să se schimbe din nou.

Dezvoltarea motoarelor turbodiesel, apariția geometriei variabile, controlul electronic tot mai precis și, ulterior, tendința de downsizing au transformat turbina dintr-o tehnologie asociată în special automobilelor performante într-o componentă întâlnită pe milioane de mașini obișnuite.

Astăzi avem turbocompresoare cu geometrie variabilă, sisteme Twin-Scroll, configurații Bi-Turbo și Twin-Turbo, actuatoare electronice și chiar soluții electrificate care încearcă să combine răspunsul rapid cu eficiența energetică. Cu toate acestea, principiul fundamental rămâne apropiat de ideea care a stat la baza turbocompresorului încă de la început: recuperarea energiei gazelor de evacuare pentru a îmbunătăți funcționarea motorului.

În acest articol vom urmări istoria turbocompresorului de la primele concepte și brevetul lui Alfred Büchi, până la aviație, primele automobile turbo, motorsport, revoluția turbodiesel, downsizing și tehnologiile moderne. Este povestea unei invenții vechi de peste un secol care a reușit nu doar să supraviețuiască, ci să devină una dintre tehnologiile definitorii ale motorului modern

Înainte de turbo: de ce era nevoie de supraalimentare?

Pentru a înțelege de ce a apărut turbocompresorul, trebuie să pornim de la una dintre limitările fundamentale ale motorului cu ardere internă: cantitatea de aer pe care motorul o poate introduce în cilindri.

Un motor are nevoie de aer și combustibil pentru a produce energie. În cazul unui motor aspirat natural, aerul pătrunde în cilindri în principal datorită diferenței de presiune create în timpul cursei de admisie. Cantitatea de oxigen disponibilă este astfel limitată de cilindreea motorului, eficiența admisiei, turație și densitatea aerului atmosferic.

Dacă inginerii doreau mai multă putere, una dintre soluțiile evidente era construirea unui motor cu cilindree mai mare. Mai mulți cilindri sau cilindri mai mari însemnau posibilitatea introducerii unei cantități mai mari de aer și combustibil.

Această abordare avea însă dezavantaje: motoarele deveneau mai mari, mai grele și necesitau mai multe materiale. În anumite aplicații, în special în aviație, masa și dimensiunile reprezentau constrângeri importante.

Problema motoarelor aspirate la altitudine

O dificultate suplimentară apare atunci când densitatea aerului scade.

Pe măsură ce altitudinea crește, presiunea și densitatea aerului atmosferic se reduc. Pentru un motor aspirat, acest lucru înseamnă că în cilindri ajunge o masă mai mică de aer și, implicit, mai puțin oxigen disponibil pentru ardere.

Rezultatul este pierderea puterii.

Pentru un automobil care circulă la altitudini moderate, fenomenul poate însemna în principal performanțe mai slabe. Pentru un avion cu motor cu piston, care trebuie să funcționeze la mii de metri altitudine, problema devenea mult mai importantă.

Inginerii aveau nevoie de o metodă prin care aerul să fie comprimat înainte de intrarea în motor, compensând cel puțin parțial reducerea densității atmosferice.

Primele soluții: supraalimentarea mecanică

Turbocompresorul nu a fost singura soluție pentru această problemă.

O metodă importantă de supraalimentare a fost utilizarea unui compresor mecanic, cunoscut astăzi mai ales sub denumirea de supercharger.

Compresorul este antrenat mecanic de motor, de exemplu prin curea, angrenaje sau alte sisteme de transmisie. Acesta comprimă aerul înainte ca el să intre în cilindri, permițând motorului să primească o masă mai mare de aer.

Avantajul este răspunsul foarte direct: deoarece compresorul este legat mecanic de motor, acesta poate furniza supraalimentare fără să aștepte creșterea debitului gazelor de evacuare.

Există însă și un compromis important. Energia necesară pentru antrenarea compresorului este preluată chiar de la motor.

Compresor mecanic vs. turbocompresor

Aici apare una dintre ideile care au făcut turbocompresorul atât de interesant.

În loc să antreneze compresorul direct de la arborele motorului, inginerii puteau utiliza energia gazelor de evacuare.

Într-un turbocompresor, gazele de evacuare pun în mișcare o roată a turbinei. Aceasta este conectată printr-un ax la roata compresorului aflată pe partea de admisie. Pe măsură ce turbina se rotește, compresorul aspiră și comprimă aerul care urmează să ajungă în motor.

Astfel, turbocompresorul recuperează o parte din energia fluxului de evacuare pentru a realiza supraalimentarea.

Acesta este motivul pentru care termenii „turbo” și „supercharger” nu desemnează același sistem, chiar dacă ambele tehnologii urmăresc introducerea unei mase mai mari de aer în motor.

O idee simplă, dar dificil de pus în practică

Principiul poate părea simplu privit cu tehnologia disponibilă astăzi. În realitate, construirea unui turbocompresor fiabil reprezenta o provocare tehnică majoră la începutul secolului XX.

Roata turbinei trebuia să funcționeze în contact cu gaze de evacuare foarte fierbinți. Ansamblul rotativ trebuia să atingă viteze ridicate, iar lagărele aveau nevoie de lubrifiere corespunzătoare.

Era nevoie, printre altele, de:

• materiale capabile să reziste temperaturilor și solicitărilor mecanice;
• lagăre și sisteme de lubrifiere fiabile;
• roți de turbină și compresor fabricate cu precizie;
• control adecvat al presiunii;
• un ansamblu rotativ foarte bine echilibrat.

La începutul anilor 1900, toate acestea reprezentau provocări considerabile.

Totuși, avantajul potențial era prea important pentru a fi ignorat: obținerea unei puteri mai mari și compensarea pierderilor de performanță prin utilizarea energiei disponibile în gazele de evacuare.

În acest context apare una dintre figurile fundamentale din istoria supraalimentării: inginerul elvețian Alfred Büchi, al cărui brevet de la începutul secolului XX avea să pună bazele conceptului modern de turbocompresor.

Cine a inventat turbocompresorul? Alfred Büchi și începutul unei revoluții

Atunci când vorbim despre originile turbocompresorului modern, numele cel mai important este cel al inginerului elvețian Alfred Büchi. La începutul secolului XX, Büchi a dezvoltat conceptul unui sistem în care energia gazelor de evacuare era utilizată pentru a antrena o turbină conectată la un compresor, cu scopul de a crește cantitatea de aer introdusă în motor.

În 1905, Alfred Büchi a obținut un brevet asociat acestui principiu de supraalimentare. Ideea avea să devină fundamentul tehnologiei pe care astăzi o numim turbocompresor.

Ce era revoluționar în ideea lui Büchi?

Motoarele cu ardere internă elimină prin evacuare gaze care păstrează o cantitate considerabilă de energie. Büchi a înțeles că această energie putea fi valorificată.

Principiul era ingenios: gazele de evacuare antrenează o turbină, turbina rotește un compresor prin intermediul unui ax, iar compresorul introduce în motor o masă mai mare de aer.

Cu mai mult oxigen disponibil în cilindri, motorul poate arde, în condiții controlate, o cantitate mai mare de combustibil și poate dezvolta o putere mai mare.

Spre deosebire de un compresor mecanic, turbocompresorul nu trebuie să fie antrenat direct de arborele motorului. Energia necesară provine în mare parte din fluxul gazelor de evacuare.

Pentru începutul secolului XX, această abordare oferea un potențial extraordinar.

De la brevet la o tehnologie utilizabilă

Un brevet nu însemna însă că turbocompresorul putea fi montat imediat pe automobile.

Tehnologia vremii impunea numeroase limite. Pentru funcționarea unui turbocompresor era nevoie de materiale capabile să suporte temperaturi ridicate, de un sistem de lubrifiere eficient și de componente fabricate cu suficientă precizie pentru a funcționa la turații foarte mari.

Prin urmare, au fost necesare aproximativ două decenii de dezvoltare până când Büchi a putut demonstra avantajele sistemului la scară practică.

În 1925, acesta a obținut rezultate importante folosind supraalimentarea pe motoare diesel, demonstrând că tehnologia putea produce creșteri substanțiale de performanță și eficiență.

Primele succese importante nu au venit din industria auto

Privind retrospectiv, am putea presupune că turbocompresorul a fost dezvoltat pentru automobile rapide. În realitate, primele aplicații în care avantajele sale puteau fi exploatate eficient au fost motoarele de dimensiuni mari.

Motoarele diesel navale și industriale reprezentau un teren foarte potrivit pentru dezvoltarea tehnologiei. Acestea funcționau perioade lungi în regimuri relativ stabile și ofereau condiții în care sistemele de supraalimentare puteau fi optimizate mai ușor decât pe automobilele perioadei.

În anii 1920 au apărut aplicații comerciale importante ale motoarelor diesel supraalimentate, inclusiv în domeniul naval.

Acesta este un detaliu interesant al istoriei turbo: înainte să devină un simbol al mașinilor sport, turbocompresorul și-a demonstrat valoarea pe motoare diesel mari și în aplicații comerciale.

De ce automobilele au trebuit să mai aștepte?

Un automobil pune turbocompresorul într-o situație mult mai dinamică.

Șoferul accelerează, schimbă treptele, frânează și modifică permanent sarcina motorului. Turbina trebuie să răspundă rapid la aceste variații, păstrând în același timp presiunea sub control.

Mai existau și alte probleme:

• temperaturile foarte ridicate;
• tehnologia materialelor disponibilă în epocă;
• lubrifierea lagărelor;
• controlul presiunii de supraalimentare;
• fiabilitatea la utilizare îndelungată;
• costurile de fabricație.

Pentru motoarele mari, multe dintre aceste dificultăți puteau fi gestionate mai ușor. Pentru un automobil produs în serie, turbocompresorul trebuia să devină mai compact, mai ieftin și suficient de fiabil pentru utilizarea zilnică.

De la invenția lui Büchi la industria modernă

Principiul dezvoltat de Alfred Büchi a rămas în esență recognoscibil și în turbocompresoarele actuale. Materialele, geometria roților, lagărele, sistemele de control și precizia de fabricație au evoluat enorm, însă relația fundamentală dintre gazele de evacuare, turbină și compresor continuă să stea la baza tehnologiei.

Totuși, drumul de la brevetul din 1905 până la turbina aflată astăzi sub capota unei mașini de familie avea să treacă prin mai multe industrii și prin numeroase etape de dezvoltare.

Iar următorul capitol important nu s-a petrecut pe șosea, ci în zona motoarelor diesel de mari dimensiuni și a aplicațiilor navale, unde turbocompresorul avea să demonstreze pentru prima dată că poate oferi avantaje practice considerabile.

Primele aplicații practice ale turbocompresorului

Deși astăzi asociem turbocompresorul în primul rând cu automobilele, primele sale aplicații practice importante au fost legate de motoarele diesel de mari dimensiuni, în special cele utilizate în domeniul naval și industrial. Pentru tehnologia disponibilă în primele decenii ale secolului XX, aceste motoare ofereau condiții mult mai favorabile experimentării și dezvoltării supraalimentării decât automobilele.

Motoarele navale funcționau perioade îndelungate la sarcini relativ constante, aveau dimensiuni generoase și nu erau supuse acelorași constrângeri de spațiu și greutate întâlnite la un autoturism. În plus, creșterea puterii unui motor fără mărirea proporțională a dimensiunilor sale reprezenta un avantaj economic important.

Motoarele diesel de mari dimensiuni

După brevetul din 1905, Alfred Büchi a continuat să dezvolte conceptul de supraalimentare prin utilizarea energiei gazelor de evacuare.

Un moment important a venit în anii 1920, când tehnologia a început să demonstreze că poate funcționa eficient în aplicații reale. Motoarele diesel erau deosebit de potrivite pentru supraalimentare, deoarece introducerea unei cantități mai mari de aer permitea arderea unei cantități mai mari de combustibil și creșterea puterii obținute din aceeași cilindree.

Pentru motoarele de mari dimensiuni, avantajele deveneau considerabile: mai multă putere fără necesitatea construirii unui motor proporțional mai mare și mai greu.

Turbocompresorul ajunge pe nave

Una dintre primele demonstrații comerciale importante ale tehnologiei a venit în domeniul naval.

În a doua jumătate a anilor 1920 au intrat în exploatare nave echipate cu motoare diesel supraalimentate prin turbocompresor. Aceste aplicații au demonstrat că ideea lui Büchi nu era doar un concept interesant pe hârtie, ci putea funcționa în condiții reale și putea aduce beneficii semnificative.

Pentru industria navală, avantajele erau evidente. O creștere a puterii specifice permitea obținerea unor performanțe mai bune fără creșterea exagerată a dimensiunilor și masei motorului.

Mai mult, energia necesară pentru compresor provenea din gazele de evacuare, ceea ce făcea sistemul deosebit de atractiv pentru motoarele care funcționau perioade lungi sub sarcină.

De ce motoarele mari erau ideale pentru primele turbine?

Primele turbocompresoare erau foarte diferite de unitățile compacte pe care le găsim astăzi sub capota unui automobil.

Dimensiunile nu reprezentau o problemă atât de mare într-o navă sau într-o instalație industrială. De asemenea, motorul nu trebuia să treacă în câteva secunde de la ralanti la sarcină maximă și apoi înapoi, așa cum se întâmplă într-un autoturism.

Regimul relativ stabil permitea turbinei să funcționeze într-o zonă mai predictibilă.

Acest lucru era important într-o perioadă în care:

• materialele rezistente la temperaturi ridicate erau mai puțin dezvoltate;
• tehnologia lagărelor era limitată;
• controlul presiunii era mult mai rudimentar;
• precizia de fabricație era incomparabil mai redusă decât astăzi;
• sistemele electronice de control nu existau.

Motoarele mari au devenit astfel un adevărat laborator pentru maturizarea turbocompresorului.

Mai multă putere din același motor

Avantajul fundamental devenea din ce în ce mai clar.

Un motor aspirat este limitat de cantitatea de aer pe care o poate introduce în cilindri. Prin supraalimentare, densitatea aerului admis poate fi crescută, ceea ce permite obținerea unei puteri specifice superioare atunci când alimentarea și construcția motorului sunt adaptate corespunzător.

În aplicațiile comerciale, acest lucru putea însemna un raport mai bun între puterea obținută și dimensiunea motorului.

Turbocompresorul începea astfel să fie privit nu doar ca o metodă de creștere a performanței, ci și ca o tehnologie cu potențial important pentru eficiența motoarelor diesel.

Industria contribuie la maturizarea tehnologiei

Experiența acumulată în aplicațiile navale și industriale a permis îmbunătățirea treptată a componentelor.

Inginerii au învățat mai multe despre:

• comportamentul roților de turbină la temperaturi ridicate;
• lubrifierea lagărelor;
• echilibrarea ansamblurilor rotative;
• dimensionarea compresorului;
• controlul debitului gazelor de evacuare;
• fiabilitatea în funcționare continuă.

Multe dintre principiile fundamentale dezvoltate în această perioadă aveau să fie rafinate timp de decenii și să ajungă, în cele din urmă, în turbocompresoarele automobilelor moderne.

Dar exista un domeniu în care problema pentru care fusese creată supraalimentarea devenea și mai evidentă. La câteva mii de metri deasupra solului, un motor aspirat pierdea o parte importantă din capacitatea sa de a produce putere din cauza aerului rarefiat.

Aici, aviația avea să ofere turbocompresorului unul dintre cele mai importante capitole din istoria sa, iar dezvoltarea motoarelor de avion avea să accelereze spectaculos evoluția tehnologiei.

Aviația și momentul în care turbo-ul devine esențial

Dacă motoarele navale au demonstrat că turbocompresorul poate crește eficient puterea unui motor, aviația a evidențiat un alt avantaj major al supraalimentării: compensarea pierderii de performanță la altitudine.

Pentru avioanele cu motoare cu piston, aceasta era o problemă critică. Cu cât aeronava urca mai mult, cu atât aerul devenea mai rarefiat. Un motor aspirat primea o masă mai mică de aer, ceea ce limita cantitatea de combustibil care putea fi arsă eficient și determina scăderea puterii disponibile.

De ce pierde un motor putere la altitudine?

Un motor cu ardere internă are nevoie de oxigen. La nivelul solului, densitatea aerului este mai mare decât la câteva mii de metri altitudine.

Pe măsură ce avionul urcă, presiunea atmosferică și densitatea aerului scad. Chiar dacă cilindreea motorului rămâne aceeași, fiecare ciclu de admisie introduce o masă mai mică de aer în cilindri.

Pentru un avion, pierderea de putere putea afecta direct:

• viteza;
• rata de urcare;
• plafonul operațional;
• capacitatea de transport;
• performanțele în luptă, în cazul aeronavelor militare.

Inginerii aveau nevoie de o metodă prin care motorul să primească suficient aer chiar și atunci când atmosfera din exterior devenea mai rarefiată.

Cum ajuta turbocompresorul?

Turbocompresorul putea utiliza energia gazelor de evacuare pentru a antrena compresorul și a crește presiunea aerului trimis către motor.

În loc ca motorul să depindă exclusiv de presiunea atmosferică disponibilă la altitudinea respectivă, sistemul de supraalimentare putea compensa o parte din scăderea acesteia.

Scopul nu era întotdeauna obținerea unei puteri mult mai mari decât la sol. Un obiectiv extrem de valoros era menținerea unei părți cât mai mari din puterea motorului pe măsură ce avionul urca.

Acest avantaj a făcut tehnologia foarte atractivă pentru aviație.

Primele experimente cu turbo în aviație

În Statele Unite, inginerul Sanford Moss, care lucra pentru General Electric, a avut un rol important în dezvoltarea turbocompresorului pentru motoarele de avion.

Un moment important a avut loc în 1918, când au fost realizate teste la altitudine cu un motor de avion supraalimentat printr-un sistem turbo. Experimentele au demonstrat potențialul tehnologiei de a compensa pierderea de putere produsă de aerul rarefiat.

Aceste teste au reprezentat un pas important spre utilizarea practică a turbocompresorului în aviație.

Turbo și supercharger nu erau același lucru

În istoria aviației este important să facem această distincție.

Numeroase motoare de avion au utilizat compresoare mecanice, adică superchargere antrenate de motor, nu turbocompresoare acționate de gazele de evacuare. Unele configurații au utilizat sisteme complexe de supraalimentare adaptate cerințelor aeronavei.

Prin urmare, faptul că un avion din acea perioadă era „supraalimentat” nu înseamnă automat că utiliza turbo.

Turbocompresorul avea însă un avantaj important: putea valorifica energia gazelor de evacuare pentru a comprima aerul admis.

Al Doilea Război Mondial accelerează dezvoltarea

În perioada celui de-Al Doilea Război Mondial, performanța la altitudine a devenit extrem de importantă pentru avioanele militare.

Unele aeronave americane au utilizat sisteme de turbo-supraalimentare pentru a permite motoarelor să își păstreze performanțele la altitudini ridicate. Printre exemplele cunoscute se numără avioane precum Lockheed P-38 Lightning, Republic P-47 Thunderbolt și bombardierul Boeing B-17 Flying Fortress.

Sistemele respective erau mult mai voluminoase decât turbocompresorul compact al unei mașini moderne. Conductele de evacuare, turbina, intercoolerele și sistemele de control trebuiau integrate în structura aeronavei.

Dar principiul era deja acolo: energia evacuării era transformată într-un instrument pentru menținerea performanței motorului.

Temperaturile devin una dintre marile provocări

Aviația a scos în evidență și dificultățile tehnice ale turbocompresorului.

Gazele de evacuare ating temperaturi foarte ridicate, iar roata turbinei trebuie să funcționeze în acest mediu în timp ce se rotește la viteze foarte mari. Era nevoie de materiale care să reziste atât solicitărilor termice, cât și celor mecanice.

Dezvoltarea aliajelor rezistente la temperatură, îmbunătățirea lagărelor și perfecționarea sistemelor de lubrifiere au devenit astfel elemente esențiale pentru evoluția tehnologiei.

Experiența acumulată în aviație avea să contribuie la dezvoltarea turbocompresoarelor din generațiile următoare.

De la necesitate tehnică la tehnologie matură

În aviație, turbo-ul nu era folosit pentru senzația unei accelerații mai puternice sau pentru o cifră impresionantă de cai putere pe o fișă tehnică. Era o soluție la o problemă concretă: cum păstrezi performanța unui motor atunci când cantitatea de oxigen disponibilă în atmosferă scade?

Răspunsul a demonstrat cât de valoros putea fi turbocompresorul.

Până la mijlocul secolului XX, principiile supraalimentării cu ajutorul gazelor de evacuare erau deja demonstrate în aplicații navale, industriale și aeronautice. Următoarea provocare era însă diferită: putea această tehnologie să devină suficient de compactă, accesibilă și fiabilă pentru a fi montată pe un automobil de serie?

Răspunsul avea să vină în anii următori, când turbocompresorul a început treptat să coboare din lumea aviației și a motoarelor industriale sub capota automobilelor.

De la cer la șosea: turbocompresorul ajunge în industria auto

După ce și-a demonstrat avantajele pe motoare navale, industriale și în aviație, turbocompresorul părea să aibă toate argumentele pentru a ajunge și pe automobile. Totuși, această tranziție nu a fost imediată. Cerințele unui autoturism erau foarte diferite de cele ale unui motor naval sau ale unui avion, iar tehnologia trebuia adaptată pentru utilizarea zilnică.

Un automobil are nevoie de un motor care să pornească ușor, să funcționeze la ralanti, să răspundă rapid la accelerație și să suporte permanent variații de turație și sarcină. În plus, toate componentele trebuie să încapă într-un spațiu relativ redus și să reziste ani întregi fără intervenții frecvente.

De ce a ajuns turbina atât de târziu pe automobile?

Una dintre principalele provocări era răspunsul turbocompresorului.

Primele sisteme aveau rotoare și componente relativ grele, iar controlul presiunii era mult mai puțin sofisticat decât astăzi. Turbina avea nevoie de un debit suficient de gaze de evacuare pentru a accelera și a începe să producă presiune semnificativă.

Astfel apărea fenomenul pe care astăzi îl numim turbo lag: întârzierea dintre solicitarea șoferului și dezvoltarea efectivă a presiunii de supraalimentare.

Pentru un motor industrial care funcționa perioade lungi la o sarcină relativ constantă, acest lucru era mai puțin problematic. Pentru un automobil care accelera și decelera permanent, răspunsul devenea mult mai important.

Temperaturile reprezentau o altă provocare

Turbocompresorul este montat direct în fluxul gazelor de evacuare și trebuie să suporte temperaturi foarte ridicate.

În același timp, ansamblul central conține un ax care se rotește la viteze extrem de mari și care trebuie lubrifiat corespunzător.

Primele aplicații auto trebuiau să rezolve simultan mai multe probleme:

• rezistența materialelor la temperatură;
• lubrifierea lagărelor;
• răcirea ansamblului;
• controlul presiunii de supraalimentare;
• etanșarea;
• echilibrarea rotorului;
• fiabilitatea pe termen lung.

Evoluția metalurgiei și îmbunătățirea lubrifianților au avut, prin urmare, un rol important în apariția turbinelor suficient de compacte și rezistente pentru automobile.

Motorul trebuia adaptat pentru supraalimentare

Montarea unui turbocompresor nu însemna pur și simplu atașarea unei turbine unui motor aspirat și obținerea instantanee a unei puteri mai mari.

Creșterea masei de aer și a cantității de combustibil arse determină și creșterea solicitărilor termice și mecanice.

În funcție de motor și de nivelul de supraalimentare, producătorii trebuiau să țină cont de elemente precum:

• raportul de compresie;
• alimentarea cu combustibil;
• temperatura aerului admis;
• răcirea motorului;
• rezistența componentelor interne;
• controlul detonației la motoarele pe benzină.

Toate acestea făceau ca dezvoltarea unui automobil turbo fiabil să fie considerabil mai complicată decât demonstrarea principiului în sine.

Controlul presiunii trebuia să devină mai precis

Pe un automobil, turbina trebuie să funcționeze într-o gamă foarte largă de turații și sarcini.

Dacă presiunea nu este controlată corespunzător, turbocompresorul poate produce mai mult boost decât poate suporta motorul. Din acest motiv, dezvoltarea sistemelor de control, inclusiv a wastegate-ului, a devenit esențială pentru aplicațiile auto.

Comparativ cu automobilele moderne, primele sisteme erau rudimentare. Astăzi, ECU poate analiza permanent presiunea, temperatura, sarcina motorului și numeroși alți parametri și poate modifica rapid comanda turbinei. Primele automobile turbo nu beneficiau de această precizie electronică.

Primele încercări cu automobile turbo

Înainte ca tehnologia să ajungă la autoturismele produse pe scară largă, turbocompresoarele au fost experimentate în diverse aplicații auto și de competiție.

Un pas important a fost reprezentat de utilizarea turbo pe motoare diesel pentru vehicule comerciale, unde caracteristicile motorului și necesitatea unui cuplu ridicat făceau tehnologia deosebit de atractivă.

Dar adevărata schimbare de percepție avea să apară atunci când producătorii au început să monteze turbocompresoare pe automobile de pasageri cu motoare pe benzină.

1962 – un an important pentru automobilul turbo

La începutul anilor ’60, industria americană avea să producă două dintre cele mai importante automobile din istoria timpurie a supraalimentării.

În 1962, General Motors a introdus Oldsmobile F-85 Jetfire, echipat cu un motor V8 turbo, iar Chevrolet a oferit versiunea turbo a modelului Corvair Monza Spyder, cu motor cu șase cilindri boxer.

Aceste automobile sunt considerate printre primele autoturisme de serie cu motor turbo și au demonstrat că tehnologia putea fi adaptată pentru utilizarea rutieră.

Soluțiile lor erau însă foarte diferite de sistemele sofisticate de astăzi, iar problemele de fiabilitate și complexitatea utilizării aveau să arate că industria mai avea multe de învățat.

Turbocompresorul ajunsese în sfârșit pe șosea, dar încă nu devenise o tehnologie de masă. Următorul capitol al poveștii îl reprezintă tocmai aceste două automobile americane – Oldsmobile Jetfire și Chevrolet Corvair Monza Spyder – și încercarea lor îndrăzneață de a aduce turbo-ul în garajul șoferului obișnuit.

Istoria turbocompresorului arată cât de mult se poate transforma o idee tehnică atunci când este perfecționată timp de generații. De la conceptele dezvoltate de Alfred Büchi la începutul secolului XX, turbocompresorul a parcurs un drum impresionant prin industria navală, motoarele diesel de mari dimensiuni, aviație și, în cele din urmă, industria auto.

La început, obiectivul nu era crearea unei mașini sport mai rapide. Turbocompresorul răspundea unor probleme tehnice concrete: obținerea unei puteri mai mari dintr-un motor și valorificarea energiei gazelor de evacuare, iar în aviație supraalimentarea a devenit deosebit de importantă pentru menținerea performanțelor motoarelor la altitudine.

Odată cu progresul materialelor, al lubrifierii și al tehnologiilor de fabricație, turbocompresorul a devenit suficient de compact și fiabil pentru a ajunge și pe automobile. Primele modele turbo de serie din anii ’60 au demonstrat potențialul tehnologiei, chiar dacă soluțiile vremii erau încă departe de rafinamentul sistemelor actuale.

În deceniile următoare, turbo-ul avea să devină sinonim cu performanța, prin automobile sport și motorsport. Ulterior, răspândirea motoarelor turbodiesel și apariția unor tehnologii precum geometria variabilă au transformat turbocompresorul într-o componentă obișnuită a automobilului modern.

Astăzi, rolul său este mult mai complex. Turbina nu mai este folosită doar pentru obținerea unor puteri spectaculoase, ci și pentru downsizing, creșterea cuplului disponibil și îmbunătățirea eficienței motorului. Controlul electronic, actuatoarele moderne, sistemele Twin-Scroll, configurațiile cu mai multe turbine și noile soluții electrificate demonstrează că tehnologia continuă să evolueze.

În ciuda tuturor acestor schimbări, principiul fundamental a rămas surprinzător de apropiat de cel imaginat în urmă cu peste un secol: energia gazelor de evacuare este folosită pentru a antrena un compresor care furnizează motorului mai mult aer.

Iar indiferent cât de sofisticată este o turbină modernă, funcționarea ei continuă să depindă de câteva elemente esențiale: lubrifiere corectă, echilibrarea precisă a ansamblului rotativ, controlul presiunii și funcționarea corespunzătoare a motorului și a sistemelor auxiliare.

Dacă turbina mașinii prezintă pierdere de putere, consum de ulei, zgomote neobișnuite, fum sau probleme de presiune, o verificare specializată poate identifica problema înainte ca defecțiunea să devină mai gravă.

Pentru verificarea turbinei și programări la OK Turbo, sună direct la 0799 296 901.

De la motoarele experimentale ale începutului de secol XX și avioanele care trebuiau să își păstreze puterea la altitudine până la mașina pe care o conducem zilnic, turbocompresorul are în spate mai mult de un secol de evoluție. Iar povestea sa nu s-a încheiat: electrificarea și noile tehnologii de supraalimentare deschid deja următorul capitol.