Automobilių pasaulyje nemaža dalis vairuotojų ir net entuziastų kartais painioja sąvokas turbokompresorius (dažniau vadinamas „turbo“) ir mechaninis kompresorius (dažnai įvardijamas kaip „supercharger“). Abiejų sistemų paskirtis – padidinti variklio efektyvumą ir galią tiekiant didesnį oro kiekį į degimo kameras. Visgi, jų veikimo principai bei konstrukciniai ypatumai skiriasi gana ženkliai. Toliau detaliai apžvelgsime, kaip veikia šie du kompresorių tipai, kokie jų privalumai ir trūkumai, bei kam dažniausiai jie naudojami.
Kompresorių technologijų istorija siekia tolimuosius XX a. pradžios metus, kai inžinieriai pradėjo ieškoti efektyvesnių būdų pakelti vidaus degimo variklių galią nenaudojant itin didelio darbinio tūrio. Turbokompresorius buvo pradėtas diegti sunkiasvoriuose dyzeliniuose varikliuose laivuose ir sunkvežimiuose, vėliau rastas būdas adaptuoti jį lengvųjų automobilių pramonėje. Tuo tarpu mechaninis kompresorius (arba kitaip supercharger) taip pat turėjo savo nišą – jau tarpukariu sportiniuose ir lenktyniniuose automobiliuose buvo montuojami kompresoriai, siekiant pasiekti didesnį sukimo momentą ir arklio galias tuo metu, kai turbininių sistemų populiarumas dar nebuvo įsibėgėjęs.
Esminis abiejų sistemų skirtumas – energijos šaltinis, kuris suka kompresorių. Turbokompresorius naudoja išmetamųjų dujų srauto energiją, sukančią turbiną, kuri savo ruožtu suka kompresoriaus menteles, tiekiančias papildomą orą į variklį. Tuo tarpu mechaninis kompresorius yra tiesiogiai prijungtas prie variklio alkūninio veleno (per dirželį arba grandinę). Kitaip tariant, mechaninis kompresorius naudoja tam tikrą dalį variklio mechaninės galios, kad suktų savo rotorius ar sraigtinį siurblį, kuris kompresuoja orą.
Naudodamas išmetamųjų dujų energiją, turbo neturi papildomos „naštos“ pačiam varikliui. Tai reiškia, kad padidėjęs galingumas ir sukimo momentas įgyjamas be tiesioginio mechaninio krūvio. Tačiau egzistuoja vadinamasis turbo lag – laikotarpis, kol turbina įsisiūbuoja ir pradeda tiekti pakankamą oro kiekį. Tai ypač juntama žemų variklio apsukų diapazone, kai išmetamųjų dujų srautas yra nepakankamas, kad greitai „įsuktų“ turbiną.
Mechaninis kompresorius, kadangi yra pavaromis sujungtas su varikliu, beveik neturi uždelsimo (lag‘o) – iškart reaguoja į akceleratoriaus paspaudimą. Tačiau jis atima dalį variklio galios savo rotoriams ar sraigtui sukti. Tai reiškia, kad, pavyzdžiui, automobiliui esant aukštose apsukose, mechaninis kompresorius toliau efektyviai tiekia suslėgtą orą, bet tuo pačiu stresas varikliui padidėja, kadangi variklis turi ne tik sukti pavarų komplektą, bet ir kompensuoti bendrą sistemos energetinį poreikį.
Rinkoje galima rasti įvairiausių turbokompresorių variantų: nuo paprasčiausių vieno volute‘o (spiralės) iki pažangių Twin-scroll, Variable Geometry Turbo ar net dvigubo turbinos ir kompresoriaus (bi-turbo) sistemų. Kuo išmanesnė konstrukcija, tuo labiau siekiama optimizuoti oro srautą, sumažinti energijos nuostolius bei užtikrinti kuo pastovesnį slėgio augimą nuo žemiausių iki aukščiausių variklio sūkių diapazonų.
Mechaniniai kompresoriai gali būti kelių tipų: sraigtiniai (Roots tipo), sraigtiniai su dvigubu vijimu (Twisted Rotors), taip pat išcentriniai (arba „Centrifugal Supercharger“). Sraigtiniai kompresoriai ypač populiarūs „Muscle car“ kategorijoje, kur norima išgauti didelį sukimo momentą iškart nuo žemų sūkių, užtikrinant nesuvaržytą galią visame sūkių diapazone. Išcentriniai mechaniniai kompresoriai, nors savo veikimu panašėja į turbokompresorius, vis tiek yra sujungiami su variklio pavaromis, todėl ir jiems būdingas tiesioginis galios nutekėjimas iš alkūninio veleno.
Turbokompresoriai dažnai naudojami tiek lengvuosiuose automobiliuose (benzininėse ir dyzelinėse jėgainėse), tiek sunkvežimiuose, žemės ūkio technikoje, laivuose ir kt. Ši technologija gali būti pritaikyta labai plačiam variklių diapazonui – nuo mažų, vos kelių cilindrų ekonominių modelių iki aukštų sūkių sportinių variklių. Turbosistemų universalumas ir jų gebėjimas padidinti galią be itin didelio emisijų augimo daro jas itin populiarias šiuolaikinėje automobilių pramonėje.
Mechaniniai kompresoriai dažniau aptinkami sportiniuose arba tam tikrose „prabangiose“ modifikacijose, kuriose itin svarbi momentinė reakcija į greičio pedalo paspaudimą. Mechaninis kompresorius užtikrina, kad, vos tik pasiekus minimalias variklio apsukas, jau būtų tiekiamas padidintas oro kiekis, vadinasi, ir didesnė galia bei sukimo momentas. Tokios sistemos neretai yra pamėgtos tų vairuotojų, kurie mėgsta tiesioginę akceleracijos kontrolę ir greitą atsaką be uždelsimo.
Kai kalbama apie efektyvumą, turbo sprendimai neretai laimi, nes dėl išmetamųjų dujų energijos panaudojimo mažiau švaistoma galios. Štai kodėl daugybė šiuolaikinių gamintojų, siekdami tiek galios, tiek ekonomiškumo, renkasi būtent turbokompresorius. Be to, turbinų technologijos nuolat tobulinamos – atsiranda kintamos geometrijos sparnuotės (VGT), elektrifikuoti pagalbiniai turbinos varikliai, kurie dar labiau sumažina turbo lag.
Mechaninis kompresorius eksploatacijoje gali būti paprastesnis prižiūrėti (mažiau priklausomas nuo išmetamųjų dujų temperatūros, nereikalingi specialūs išmetimo kolektoriai ir sudėtinga geometrija). Tačiau jo pritaikymas šiuolaikiniuose masiniuose automobiliuose kiek ribotas, nes gamintojai, norėdami kuo geresnių emisijų rodiklių ir ekonomiškumo, paprastai nukrypsta į turbokompresinių variklių kūrimą.
Pastaraisiais metais stebime vis stipresnį perėjimą link elektrifikuotų transporto priemonių – hibridų ir elektromobilių. Tačiau, kalbant apie vidaus degimo variklius, tiek turbo, tiek mechaninių kompresorių technologijos toliau tobulinamos. Naujovės, kaip elektrinis turbokompresorius (kai maža elektros turbina padeda išvengti turbo lag), ar elektrinis supercharger, galintis suteikti akimirksniu papildomos traukos, rodo, kad net ateityje abiejų tipų kompresoriai gali veikti kartu su hibridiniais sprendimais.
Nors tiek turbokompresorius, tiek mechaninis kompresorius turi tą patį galutinį tikslą – tiekti didesnį kiekį oro į variklį ir padidinti jo galią, – jų veikimo principai, konstrukciniai sprendimai bei praktiniai privalumai gerokai skiriasi. Turbo yra labiau orientuotas į efektyvumą, nes išnaudoja išmetamųjų dujų energiją, tuo tarpu mechaninis kompresorius žavi tuo, kad beveik iškart užtikrina didelę trauką be jokių vėlavimų. Kokia sistema tinka geriausiai, priklauso nuo automobilio paskirties, gamintojo inžinerinių sprendimų ir vairuotojo pageidavimų – ar akcentuojamas ekonomiškumas, ar spontaniškas akceleracijos atsakas. Bet kuriuo atveju, suvokiant kiekvieno kompresoriaus veikimo principus ir niuansus, lengviau įvertinti savo prioritetus bei teisingai pasirinkti norimą sprendimą automobiliui.