Nie ma jednego ogólnowojskowego przepisu na montaż turbo w  samochodzie z wolnossącym silnikiem. Proces montażu turbo przebiega różnie w zależności od marki i modelu samochodu, a właściwie w zależności od jego konstrukcji i konstrukcji silnika oraz ilości wolnego miejsca pod maską. Zaś przede wszystkim od tego, czy buduje się prototyp, czy jedynie powiela znaną i wielokrotnie wykonywaną już modyfikację. Oczywiście w warsztatach od lat specjalizujących się w jednej marce, a nawet w jednym modelu, montaż turbo przypomina rutynową robotę seryjną, ale np. ja w moim działającym od 1975 roku, pierwszym w Polsce stricte tuningowym warsztacie, nigdy nie ograniczałem się do jednego modelu, czy jednej marki i w kwestii turbo przez blisko 20 lat głównie robiłem prototypy turbo niemal we wszystkim co w tym celu przyjechało do mojego warsztatu.

Nawiasem mówiąc, zacząłem je robić jako pierwszy w Polsce w latach 90 -tych ub. w. pomimo wielu sceptycznych opinii tzw. specjalistów, że się nie da, że nie ma sensu i że żaden seryjnie wolnossący silnik benzynowy turbo nie wytrzyma). Tak więc praktycznie co chwila budowałem jakiś prototyp, a jedyne co było stałe i niezmienne i od czego budowanie prototypu się zaczynało, to było sprawdzenie, czy w tym co przyjechało do uturbienia w ogóle da się to zrobić, bo ilość miejsca pod maską i stan techniczny silnika na turbo pozwala.
Kolejną czynnością było hamowniane sprawdzenie zewnętrznej charakterystyki jeszcze wolnossącego silnika, a dopiero potem demontaż części, które do turbo nie pasowały i/lub nie były potrzebne, lub przeszkadzały w montażu. Następnie wymyślanie konstrukcji wraz z niezbędnymi wyliczankami, zakup potrzebnych materiałów i części i.. rzeźba w metalu, nierzadko kilkakrotna, aż do satysfakcjonującego skutku. Następnie jazdy próbne, a na końcu strojenie na hamowni.

Podstawowym problemem przy montażu turbo jest miejsce i sposób zamontowania turbosprężarki, ponieważ, z jednej strony, powinna być ona zamocowana możliwie najbliżej głowicy, gdzie jest jeszcze wysoka energia wypływających z głowicy spalin, a z drugiej strony, w takim miejscu, aby ogromna ilość ciepła generowana przez turbosprężarkę, nie topiła różnistych przewodów, części i elementów z tworzyw sztucznych znajdujących się pod maską. Jednocześnie miejsce to musi znajdować się nad poziomem oleju w misce olejowej, aby smarujący turbosprężarkę pod ciśnieniem olej mógł grawitacyjnie spływać do miski oleju bezproblemowo. W przeciwnym razie turbosprężarka będzie paliła olej, a silnik stawiał zasłonę dymną.
Więc gdy już takie miejsce zostało ustalone,  należało zaprojektować i wykonać taki kolektor wydechowy, aby w owym wybranym, optymalnym miejscu turbosprężarka się znalazła i dała się tam zamontować.

Kolejną ważną sprawą w turbo jest intercooler. I to zarówno jego wielkość jak i usytuowanie, wszak zależy od tego temperatura powietrza dostającego się do cylindrów, mająca wpływ na moc oraz na skłonność silnika do spalania detonacyjnego. Oczywiście najlepiej jest, gdy wielkość intercoolera jest możliwie największą i  zamocowany

W zależności od planowanego ciśnienia doładowania silnik należy odpowiednio odprężyć. Można to zrobić przez wymianę seryjnych tłoków na tłoki odprężająca,  lub przez stosownej grubości przekładkę odprężającą umieszczoną między dwiema seryjnymi uszczelkami pod głowicę. Aby przekładkę wykonać należy na wzór seryjnej uszczlki wyciąć ją z blachy o odpowiedniej grubości.

W kwestii zasilania silnika dodatkowym paliwem w turbo rozwiązań jest kilka. Najprostszym rozwiązaniem, ale możliwym do zastosowania jedynie w „turbo soft” jest wysokociśnieniowa pompa paliwa wraz ze specjalnym regulatorem ciśnienia paliwa, tzw. FMU o odpowiednim przełożeniu.
Dla standardowego turbo popularnym rozwiązaniem jest wymiana seryjnych wtryskiwaczy paliwa na wtryskiwacze o większej wydajności i ich wystrojenie dla wyregulowanego ciśnienia doładowania, czyli zrobienie tzw. mapy paliwa.
Następnym rozwiązaniem jest listwa z dodatkowymi wtryskiwaczami, które włączają się do pracy przy nadciśnieniu i również zrobienie dla nich mapy paliwa. cdn

 

Modyfikacje turbo, to modyfikacje, które wzrost mocy generują poprzez zwiększone ciśnienie powietrza w kolektorze ssącym, zwane ciśnieniem doładowania. Nie da się ukryć, że modyfikacje turbo są najbardziej skutecznym, a jednocześnie najbardziej optymalnym sposobem trwałego zwiększania mocy silników spalinowych, choć zdaniem części entuzjastów tuningu sposobem mało szlachetnym, bo w istocie zasadzającym się niemal wyłącznie na zwiększaniu napełnienia cylindrów poprzez wtłaczanie do nich powietrza pod ciśnieniem wyższym od ciśnienia atmosferycznego wraz z dostarczaniem odpowiednio większej dawki paliwa. Ta większa ilość powietrza w cylindrze umożliwia spalenie większej ilości paliwa i w rezultacie wygenerowanie przez silnik większej mocy. Do wytwarzania potrzebnego ciśnienia, zwanego ciśnieniem doładowania, służą napędzane energią spalin turbosprężarki, które wraz z całym niezbędnym dla właściwego działania turbo osprzętem zwane są zestawami turbo. Modyfikacje turbo, w których ciśnienia doładowania nie przekraczają 0,5 bar noszą nazwę „turbo soft” i dedykowane są do całkowicie seryjnych silników wolnossących, jako, że generowane przez „turbo soft’ maksymalnie 50% zwyżki momentu i mocy, nie są niebezpieczne dla współczesnych silników wolnossących. Ów niemal całkowity brak ingerencji w wolnossące silniki przy montowaniu „turbo soft”, ogromnie upraszcza i obtania wykonanie modyfikacji, a także umożliwia łatwy powrót do całkowitej seryjności silnika, gdy taka konieczność się pojawi.

Jak widać na poniższym wykresie, ciśnienie doładowania nie zmienia przebiegu krzywych momentu i mocy, a jedynie je podnosi w zakres wyższych wartości.

.

.

W skład części typowego turbo soft wchodzą:

  • turbosprężarka z zaworem upustowym
  • kolektor wydechowy
  • intercooler
  • przekładka odprężająca
  • orurowanie ssące i tłoczące wraz z łącznikami
  • układ wydechowy + spec. katalizator
  • zawór blow-off
  • miernik temperatury spalin EGT
  • dodatkowy wtrysk paliwa, lub większe wtryski
  • MAP lub MAF
  • elektronika sterującą wtryskiem i zapłonem
  • filtr powietrza z power rurą
  • układ smarowania turbosprężarki
  • układ chłodzenia turbosprężarki

.

Oczywiście sam montaż w/w części nie załatwia sprawy turbo, ponieważ do poprawnego i bezawaryjnego działania zestawu „turbo soft”, niejako obligatoryjnie silnik należy stosownie wystroić, a także możliwie maksymalnie schłodzić intercoolerem podgrzane przez turbosprężarkę tłoczone powietrze. Tak więc w kwestii montowanego intercoolera panuje zasada „im większy tym lepszy” no i oczywiście warunek montowania go w miejscu gdzie podczas jazdy najbardziej wieje. Zaś co się tyczy strojenia silnika, to wszystko zależy od typu, modelu i przede wszystkim roku produkcji pojazdu. Generalnie im starszy samochód, tym łatwiej i taniej jest go wystroić, ponieważ ma mniej wyrafinowaną elektronikę obsługująca silnik.

O ile silnikach stricte turbo ciśnienia doładowania mogą sięgać 2 bar i więcej, o tyle w niskociśnieniowych wersjach (tzw. turbo soft) indywidualnie montowanych do fabrycznych silników wolnossących owe doładowania, przez wzgląd na bezpieczeństwo silnika, zazwyczaj nie przekraczają 0,5 bara. Modyfikacje te skutkiem niskiego ciśnienia doładowania powodują ograniczone przyrosty mocy, które nie są niszczące dla współczesnych, seryjnych silników fabrycznie wolnossących. Nie wymuszają więc stosowania kosztownych wymian części mających na celu zwiększenie ich wytrzymałości, jak: korbowody, tłoki, panewki, tuleje cylindrowe i inne. Tym samym ograniczają koszty wykonania modyfikacji co powoduje, że stosunek ich ceny do uzyskanych przyrostów mocy jest bardzo korzystny. Ponadto brak ingerencji w seryjny silnik w ramach wykonanej modyfikacji turbo soft, umożliwia szybkie i tanie przywrócenie wszystkiego do stanu wyjściowej seryjności w przypadku, gdy zachodzi taka potrzeba. Moc w turbo soft najczęściej nie przekracza 100KM z litra pojemności skokowej silnika, a wzrost wartości maksymalnego momentu obrotowego wynosi ok. 50%. Dodatkową zaleta modyfikacji turbo soft, lub turbo jest to, że zwiększając moment obrotowy i moc, nie zmieniają przebiegu seryjnej charakterystyki silnika co powoduje, że jest ona nadal dopasowana do seryjnych przełożeń skrzyni biegów, a to gwarantuje ogromna poprawę elastyczności silnika i dynamiki samochodu przy niewielkim zużyciu paliwa, głównie w zakresie częściowych obciążeń.  W przypadku stosowania się do ogólnie przyjętych zasad eksploatacji silnika turbodoładowanego oraz stosowania paliwa o odpowiedniej LO i odpowiedniego oleju silnikowego – modyfikacje turbo soft są praktycznie nieszkodliwe dla współczesnych silników i jeżeli skracają ich żywotność, to w stopniu trudnym do zauważenia.

.

Reasumując: dlaczego turbo soft?

Dlatego, że w zastosowaniu do jazdy na co dzień wykazują zdecydowaną przewagę nad wszelkimi modyfikacjami wolnossącymi, a w szczególności:

  • Są najbardziej skutecznym sposobem poprawiania osiągów samochodów, a w stosunku do uzyskiwanych efektów sposobem również najtańszym.
  • Umożliwiają znacznie większy, bezpieczny dla silnika wzrost momentu obrotowego i mocy maksymalnej, a ze wzrostem mocy nie pogarszają elastyczności silnika i nie przesuwają charakterystyki w wyższy zakres obrotów.
  • Gwarantują wysoką moc, ogromną elastyczność silnika i bardzo wysoki moment obrotowy już przy niskich obrotach silnika, a w zakresie niepełnych obciążeń silnika nie zwiększają zużycia paliwa. 
  • Gwarantują seryjną kulturę pracy silnika i nie stanowią zagrożenia dla trwałości i jego bezpieczeństwa. 
  • Nie wymagają żadnych ingerencji w seryjny silnik i jego seryjną elektronikę, a w razie potrzeby umożliwiają szybki i bezproblemowy powrót do seryjności.

Modyfikacje turbo soft lub turbo, możliwe są do wykonania w niemal każdym współczesnym samochodzie napędzanym silnikiem benzynowym pod warunkiem, że ma właściwe dla swojego modelu ciśnienie sprężania i ciśnienie smarowania. Posiada elektronicznie sterowany wtrysk paliwa, a jego przebieg ( ze względu na tzw. zmeczenie materiału)  nie przekracza 200 tyś. km. 

.

Dobór turbosprężarki

do wykonania modyfikacji turbo, sprawą podstawową jest dobór właściwej turbosprężarki. Właściwej, czyli takiej, która będzie wspomagać seryjną charakterystykę silnika, a nie ją psuć. Wszak do seryjnej charakterystyki silnika dobrane są seryjne przełożenia skrzyni biegów, co gwarantuje optymalne wykorzystanie jego możliwości. Zaś dobór właściwej turbosprężarki w istocie sprowadza się do obliczenia zapotrzebowania na powietrze modyfikowanego silnika i dobrania z katalogu takiej turbosprężarki, z której charakterystyki wynika, że potrafi dostarczyć wyliczoną ilość powietrza przy swojej maksymalnej sprawności. Dla właściwego doboru turbosprężarki do uturbianego silnika wystarczy znajomość jego zapotrzebowania powietrza przy maksymalnym momecie obrotowym i przy maksymalnej mocy. W celu obliczenia zapotrzebowania powietrza przy obrotach momentu maksymalnego, należy całkowitą pojemność skokową silnika pomnożyć przez planowane cisnienie doładowania i połowę obrotów momentu maksymalnego. Wynika to z tego, że sprawność napełnienia współczesnych silników wolnossących przy obrotach momentu maksymalnego wynosi niemal zawsze 100%, zaś cykl pracy czterosuwów zawiera się w dwóch pełnych obrotach. Czyli na każde dwa obroty wału korbowego silnik zasysa całą pojemność skokową, niezależnie od ilości posiadanych cylindrów.

Zmom = V * (P+1) * nmom/120000

gdzie:
Zmom = zapotrzebowanie powietrza przy maksymalnym momencie obrotowym w m3/sek
V = pojemność skokowa silnika w litrach
P = planowane ciśnienie doładowania w bar
nmom = obroty momentu maksymalnego

 

Natomiast maksymalne zapotrzebowanie powietrza, obliczamy z wzoru:

Zmax = V * KM * 0,05852 * (P+1) / Nm

gdzie:
Zmax = maksymalne zapotrzebowanie powietrza w m3/sek
V = pojemość skokowa w litrach
P = planowane ciśnienie doładowania w bar
KM = wartość mocy maksymalnej w KM
Nm = wartość maksymalnego momentu obrotowego w Nm

Powyżej mapa turbosprężarki KKK – K04

Pozioma oś X przedstawia wydatek powietrza, W tym przypadku w m3/sek. Natomiast pionowa oś Y przedstawia ciśnienie doładowania, przy czym początkowa wartość 1, to ciśnienie atmosferyczne. Tak więc aby prawidłowo odczytać ciśnienie doładowania, należy od przedstawianych na wykresie wartości odjąć 1. Na wykresie np. 1,4 to ciśnienie doładowania 0,4 bo 1,4-1=0,4 a np 2,2 to ciśnienie doładowania 1,2

Niebieskie linie wyznaczają tzw. warstwice sprawności. Zakreślają one obszary (warstwy) charakterystyki o tej samej sprawności. Jak widać na powyższym wykresie, najwyższa sprawność turbosprężarki (w tym przypadku KKK-K04) wynosi 0,73% i zawiera się w warstwicy ciśnień doładowania od 0,6 bara do 1,2 bara, przy wydatku powietrza od ok. 0,083 m3/sek do ok. 0,123 m3/sek.

Początek charakterystyki ograniczony z lewej strony czarną, pogrubioną linią, to granica stabilnej pracy turbosprężarki. Zaś krzywe biegnące od granicy stabilnej pracy w prawo, przedstawiają obroty turbosprężarki podzielone przez 1000.

.

Spalanie detonacyjne

Spalanie detonacyjne zwane również spalaniem stukowym, to występujące nad tłokiem bez udziału świecy zapłonowej przedwczesne samozapłony o charakterze wybuchowym. Bardzo szkodliwe dla silnika. Akustycznie objawia się ono charakterystycznym hałasem przypominającym dzwonienie, lub klekot. A praktycznie objawia się spadkiem mocy i gwałtownym wzrostem temperatury spalin, której to wzrost szybko doprowadzić może do poważnych uszkodzeń tłoka, lub silnika. Jeżeli więc ono wystąpi w soft turbo zasilanym seryjnie paliwem LO95, to aby mu zapobiec może wystarczyć przejście na zasilanie paliwem o LO98 wraz ze zmianą seryjnych świec zapłonowych, na świece o podobnej wartości cieplnej, ale o konstrukcji ze schowaną elektrodą. Jeżeli natomiast spalanie detonacyjne wystąpi w mocno uturbionym silniku, seryjnie zasilanym paliwem o liczbie oktanowej LO98, to niezbędne jest jego odprężenia wg wzoru:

E turbo = E wolnossące – ((P+1)/1,32)

gdzie:
E wolnossące = seryjny stopień sprężania
E turbo = wymagany stopień sprężania dla turbo
P = ciśnienie doładowania

.

Stopień sprężania w turbo
Skłonność silnika do spalania detonacyjnego zwiększa się wraz ze wzrostem ciśnienia sprężania i wzrostem temperatury zasysanego powietrza. A ponieważ przy modyfikacja turbo zachodzą oba przypadki, bo turbosprężarka podgrzewa tłoczone powietrze, a ciśnienie doładowania podnosi ciśnienie sprężania, więc w wysokociśnieniowych turbo zawsze wymagane jest stosowne odprężenie silnika.

Stopień sprężania silnika ma bezpośredni wpływ na jego ciśnienie sprężania. Zaś ciśnienie sprężania ma wpływ na skłonność silnika do tzw. spalania detonacyjnego. Przepływ powietrza atmosferycznego przez turbosprężarkę podnosi jego temperaturę o kilkadziesiąt stopni. powietrza dostającego się do cylindrów, a jednocześnie podnosi w nich ciśnienie sprężania  Wszystko to zwiększa skłonności silnika do występowania przedwczesnego samozapłonu bez udziału świecy zapłonowej, zwanego też spalaniem detonacyjnym, lub stukowym. 

Opóźnianie zapłonu w celu likwidacji spalania detonacyjnego, choć często stosowane przez amatorów nie jest dobrym rozwiązaniem, ponieważ pogarsza sprawność silnika. Oczywiście może być stosowane doraźnie i/lub awaryjnie, aby zapobiec zniszczeniu silnika. Zmniejszenie stopnia sprężania powoduje spadek mocy silnika w zakresie obrotów silnika, przy których turbosprężarka nie wytwarza jeszcze nadciśnienia, ale też powoduje pewną poprawę elastyczności silnika z powodu mniejszego stopnia rozprężania pod czas suwu pracy.

.

Sposoby odprężenia silnika

Najprostszym z nich jest zastosowanie odpowiednio grubszej uszczelki pod głowicą. Potrzebne pogrubienie seryjnej uszczelki (podniesienie głowicy = H) niezbędne do uzyskania wyliczonego stopnia sprężania dla turbo lub turbo soft, obliczamy w następujący sposób:

H cm = (V/(E turbo – 1) – V/(E wolnossące – 1))/(Pi *(d/2)^2)

 

gdzie:
V = pojemność skokowa jednego cylindra w cm3
d = średnica cylindra w cm
E turbo = wyliczony stopień sprężania dla turbo
E wolnossące = stopień sprężania seryjny
Pi = 3,1415926

 

W praktyce owa grubsza uszczelka, to najczęściej tzw. kanapka, czyli dwie uszczelki seryjne, pomiędzy którymi znajduje się wycięta laserowo na wzór uszczelki pod głowicę metalowa przekładka o grubości, która w połączeniu z grubością jednej dodatkowej, seryjnej uszczelki daje potrzebną wyliczoną wartość. Sposobem droższym i wymagającym rozbiórki silnika jest wymiana tłoków seryjnych na specjalne tłoki odprężające. Stopień odprężenia zależy od konstrukcji tłoka i jest podawany przez jego producenta.

.

Strojenie silników uturbionych

Najczęściej strojenie silników uturbionych wykonuje się albo przez zmianę w oprogramowaniu seryjnego komputera, albo przez zewnętrzną elektronikę typu „piggy back” zmieniającą poprzez programowalne mapy sygnały z czujników silnika docierające do seryjnego komputera. Na rynku jest wiele takich urządzeń. Ja najczęściej stosowałem polskie urządzenia z rodzaju piggy back firmy Ecumaster.

W mocno ambitnych lub wyczynowych projektach stosowane są również specjalne, samodzielne komputery typu Stand Alone, zastępujące komputer seryjny.