Évtizedekkel ezelőtt még ritkaságszámba ment, ma már szinte létezni sem tudunk nélküle – ez nem más, mint a turbófeltöltő, amely szép lassan teljesen elterjedt az autóiparban, s ma már olyan meghatározó, hogy alig néhány gyártó tud eltekinteni tőle. Természetesen már a turbó sem ugyanaz, mint 30 évvel ezelőtt, mi több, temérdek innováció kapcsolódik hozzá. Ezúttal az ikonikus alkatrész históriáját meséljük el.

A kulcsszó a kényszer-lélegeztetés, amiben a kényszer adja meg a választ a levegő égéstérbe juttatásának módjára. A turbótöltő, és amúgy a mindenféle feltöltők működése elve ugyanis az, hogy mesterségesen a szívómotorhoz képest nagyobb töltési fokot biztosítva préselnek több gázt a hengerbe. A szívómotorok esetében a beszívott levegő ideális esetben legfeljebb a környezeti nyomást éri el, ehhez képes tud a feltöltés többlet nyomással nagyobb mennyiségű, azaz nagyobb tömegű (és sűrűségű) levegőt a motorba küldeni.

A nagyobb mennyiségű levegőhöz több üzemanyagot lehet keverni, ami persze nagyobb teljesítményt is eredményez, miközben részterhelésen a többlet nyomás igénye nélkül a takarékosságra fókuszált üzemállapot állítható elő. Összességében tehát a feltöltés előnye, hogy adott lökettérfogatból akár jóval nagyobb teljesítmény sajtolható ki, miközben azokban a helyzetekben, amikor nincs szükség erre a többletre, takarékosan tud működni az erőforrás.

Hozzátartozik a képlethez az is, hogy a kompresszor által felsűrített és a sűrítés során jelentős pozitív hőmérséklet változáson átment levegőt vissza is kell hűteni, hiszen a hidegebb gáz sűrűbb, több oxigént tartalmaz, ezáltal a töltet nagyobb energiákat hordozhat. Erre való az intercooler, vagy töltőlevegő-hűtő, ahogy itthon nevezik. Ezek az alapvetések, a feltöltők ezt a plusz tudást és teljesítményt tudják produkálni, legyen szó turbóról, csavarkompresszorról vagy G-feltöltőről.

A turbófeltöltő további nagy ütőkártyája, hogy veszendőbe menő energiákat igyekszik hasznosítani a kipufogógáz személyében. A turbó és a motor között nincs semmiféle mechanikus kapcsolat. A motorból kiáramló kipufogógázok egy turbinakereket hajtanak meg, amely közös tengelyen van egy kompresszorral. Az így megforgatott kompresszor pedig a levegőt sűríti és nyomja tovább a motor felé.

Maga a rendszer felépítése tehát egyszerű, hiszen a turbófeltöltő az említett három fő részre osztható. A turbinaházban található a turbinakerék, a sűrítő- vagy kompresszorházban pedig a sűrítő- vagy kompresszorkerék. Ezek ugyan külön házban, de közös tengelyen vannak. A két egységet a középrész köti össze, és voltaképpen ez a turbó legfontosabb eleme. Ennek a precíz kiegyensúlyozottsága, a csapágyazása, a kenése különösen érzékeny: döntően úszóperselyes (olajfilmben forgó) siklócsapágyazással találkozhatunk, de előfordulnak golyóscsapágyas megoldások is. Ugyancsak fontos szerep hárul a tömítésekre, mert a kenőanyag egyik házba sem szivároghat át.

A turbótöltéshez szorosan kapcsolódik a turbófeltöltő és a töltőnyomás szabályozási folyamata, amit két külön megoldással lehet megvalósítani az stabil és megbízható üzem érdekében. Az egyik a megkerülő szelep (Wastegate), amely meghatározott nyomás értéken nyit, elereszti a felesleges kipufogógázt a turbinakerék mellett, és emiatt nem indulhat el a pusztuláshoz vezető túlpörgés.

A másik nem más, mint a jellegzetes füttyöt generáló BOV szelep (Blow Off Valve) amelyet sokan csak szuszogó vagy lefújó szelepnek becéznek. Ennek a szelepnek akkor van igazán nagy szerepe, amikor fékezésre, vagy legalábbis gázelvételre kerül a sor. Ebben a helyzetben ugyanis a záródó pillangószelep szempillantás alatt becsukja az ajtót a nagynyomású levegő útjában. Ez a gázlengés erőteljes hatás gyakorol(na) a kompresszorkerékre, visszalassítva ezáltal a feltöltőt. A BOV ezt hivatott kiküszöbölni, amely ilyenkor elengedi a felgyülemlett nyomást vagy visszavezeti a turbó előtti szakaszba, s ennek köszönhetően a turbó fordulatszáma nem esik vissza.

Ezek voltak tehát az alapvetések, azonban az idők során a mérnökök komoly munkájának és leleményes ötleteinek köszönhetően egyre-másra jelentek meg az innovatív megoldások, javítva a turbó működését, hatásfokát, s kiküszöbölve annak hátrányát vagy hátrányait. Utóbbiból a legfontosabb a turbólyuknak nevezet töltési késedelem. Ez akkor mutatkozik meg, amikor relatíve alacsony motorfordulatnál a (gáz)pedált lenyomva még nem termelődik a turbót kellően megforgató kipufogógáz. Ilyenkor meg kell várni amíg a fordulatszám és a nyomás felépül, s megérkezik a kívánt teljesítmény.

Ennek kiküszöbölésére alkalmazzák a gyártók a biturbó technológiát, amikor két feltöltőt szekvenciális kötnek össze – értelemszerűen kis fordulaton a kisebb csiga gyorsabban felpörög, míg nagyobb motorfordulatszámon a nagyobb, illetve mindkettő dolgozik a lélegeztetésen. Ma ezt már egyes márkák tovább bonyolítva vagy épp tovább finomítva alkalmazzák, akár három vagy négy feltöltővel.

Ezt a problémát hivatott részben megoldani a szélesebb körben elterjedt és a dízelmotorok esetében előszeretettel alkalmazott VGT rendszerű turbó, azaz a változó geometriájú feltöltő. Ezeknek a turbóknak változtathatók a töltési nyomás szabályozása érdekében a turbinakerék előtt a kipufogógázban lévő vezetőlapátjai. Ennek köszönhetően a teljesítményleadás és az érzékenység a különböző üzemi feltételekkel, vagyis a magas vagy épp alacsony nyomással összehangolható. A lapátok aktuális szöge úgy módosítható, hogy kevesebb áthaladó gáz és nagyobb teljesítményigény (pl. padlógáz) esetén a kipufogógázt az erre az üzemállapotra hangolva beállított lapátszög, illetve az így keletkező kisebb áramlási keresztmetszet felgyorsítja, ami a turbina fordulatszámát és így a kompresszor teljesítményét növeli.

A hatékony működést ugyancsak fokozni lehet az úgynevezett kettős megfúvású, avagy twin-scroll turbófeltöltő alkalmazásával. Ez esetben a feltöltőrendszerben a kettős megfúvás elve érvényesül, azaz két-két henger kipufogógázait elkülönítve, tehát dupla kipufogó-, illetve szívóoldali csövezésen keresztül vezetik be turbóba, aminek köszönhetően a feltöltő minden korábbinál egyenletesebb és nagyobb nyomást tud biztosítani.

Korunk legnagyobb újdonsága és vívmánya azonban egyértelműen a villanyturbónak csúfolt, elektromos rásegítésű és szabályzású feltöltő, amit egyre több gyártó alkalmaz a szabályozottabb turbónyomás kialakítása és a turbólyuk eliminálása végett. Korábban temérdek cikk szólt róla, miért nem működhet az elektromos turbó, s valóban tény, hogy jelentős elektromos teljesítményre volna szükség egy feltöltő megforgatására és a kívánt nyomás előállítására.

Erre kínálnak megoldást az immáron egyre elterjedtebb nagyteljesítményű, 48 V-os (hibrid) elektromos rendszerek, amelyek az aktív futóművet vagy például az elektromos turbórásegítést képesek hatékonyan kiszolgálni. Tehát az egész elektromos elnevezés csak egy általánosítás a turbóra vonatkozóan, mindinkább egy elektromos segédrendszerről van szó. Ezeknek a rendszereknek az előnye, hogy nincs turbókésedelem, ráadásul a motor teljesítménye minden motorfordulatszámnál még precízebben szabályozható.

Példaként említhetjük az Audi 435 lóerős dízelmozdonyát, az SQ7 TDI-t, amelyben a két hagyományos feltöltőt szükség esetén a szívóágba integrált, ugyancsak 48 V-os fedélzeti elektromos részhálózat által táplált elektromos hajtású kompresszor (EPC) támogatja. Persze ez abban az üzemállapotban lényeges, amikor a kipufogógázok energiatartalma még túl alacsony. Így mindenkor, főleg alacsony fordulatszámokról kigyorsításkor közvetlenül rendelkezésre állhat a hatalmas forgatónyomaték. Az EPC kompresszorkerekét kompakt elektromos motor gyorsítja fel mindössze 250 ezredmásodperc alatt akár 70 ezres percenkénti fordulatra.

A technológia tehát egyre csak fejlődik és fejlődik, legyen szó az elektromos rásegítésről vagy a BMW által összeépített komplex, három- és négyturbós rendszerekről (50d). A turbótechnológia térnyerésével pedig a kilátások még érdekesebbek, vélhetően egyre több elektromos turbórendszert láthatunk a közeljövőben, ami igazán hatékonnyá teszi a benzin- vagy épp dízelmotort, hogy az versenyképes maradhasson az elektromos és hibrid alternatívákkal szemben. Nem csoda, hogy ma már vannak olyan gyártók, amelyek kizárólag turbómotoros hajtásláncokat kínálnak minden modelljükhöz.