Turbodmychadlo je již po celá desetiletí jedním z nejdůležitějších způsobů zvyšování výkonu spalovacího motoru. Nová generace tohoto řešení využívá elektrickou energii k eliminaci jedné z největších vad klasické turbíny. Elektrická turbodmychadla umožňují dosáhnout plnicího tlaku téměř okamžitě po sešlápnutí plynového pedálu.

Klasické turbodmychadlo a jeho omezení

U tradičního turbodmychadla pohání energie výfukových plynů turbínu spojenou s kompresorem (dmychadlovým kolem), který stlačuje vzduch proudící do motoru. Větší množství vzduchu umožňuje spálit více paliva, což se promítá do nárůstu výkonu a točivého momentu.

Toto řešení má však zásadní vadu. Turbodmychadlo začíná efektivně pracovat až v momentě, kdy je průtok výfukových plynů dostatečně velký. Při nízkých otáčkách motoru je množství spalin omezené, proto rotor turbíny potřebuje čas, aby dosáhl odpovídajících otáček.

Tento jev se označuje jako turboefekt (prodleva turbodmychadla, turbodíra). Řidič sešlápne plynový pedál, ale točivý moment se dostaví až po chvíli. V moderních motorech se používají různé metody k omezení tohoto efektu, avšak jeho úplné odstranění zůstávalo dlouhou dobu obtížné.

Elektromotor v turbodmychadle

Elektrické turbodmychadlo si zachovává klasickou konstrukci s turbínou na straně výfuku a kompresorem na straně sání. Klíčový rozdíl spočívá v umístění malého elektromotoru mezi ně (na hřídel).

Takový motor dokáže roztočit rotor turbodmychadla ještě předtím, než se objeví dostatečný průtok výfukových plynů. Elektrická energie z akumulátoru napájí pohon, který ve zlomku sekundy uvede turbínu do vysokých otáček a umožní dosáhnout požadovaného plnicího tlaku.

Jakmile spalovací motor začne pracovat ve vyšších otáčkách a vzroste množství spalin, jejich energie přebírá roli hlavního pohonu turbodmychadla. V praxi to znamená, že elektromotor je zapotřebí pouze na krátký okamžik, hlavně v počáteční fázi akcelerace.

Konec turboefektu a širší rozsah točivého momentu

Největší výhodou elektrického přeplňování je významné omezení turboefektu. Turbodmychadlo může dosáhnout vysokých otáček téměř okamžitě po sešlápnutí plynu, protože nemusí čekat na nárůst průtoku spalin.

Výsledkem je mnohem rychlejší dosažení maximálního točivého momentu. V některých aplikacích může rozdíl v čase potřebném k dosažení plného plnicího tlaku činit při velmi nízkých otáčkách motoru až několik sekund.

Dalším přínosem je širší rozsah otáček, ve kterém motor nabízí vysoký točivý moment. Díky tomu pohonná jednotka reaguje předvídatelněji a nabízí lepší pružnost při zrychlování.

Turbodmychadlo jako generátor elektrické energie

Jednou z nejzajímavějších vlastností elektrických turbodmychadel je možnost práce elektromotoru v režimu generátoru. V situaci, kdy je průtok výfukových plynů velký a turbína se točí vysokou rychlostí, může být nadbytečná energie přeměněna na elektřinu.

Rekuperovaná energie putuje do sítě vozidla pro napájení elektromotoru hybridního systému nebo do vysokonapěťového akumulátoru. V praxi to znamená, že část energie výfukových plynů, která by u klasického turbodmychadla zůstala nevyužita, může být pohonným systémem znovu zužitkována.

Díky tomu je také možná přesnější kontrola otáček turbíny. Místo odvádění nadbytečného tlaku přes obtokový ventil (wastegate) může systém turbínu jednoduše přibrzdit zatížením generátoru. U mnoha konstrukcí to umožňuje zcela upustit od klasického obtokového ventilu.

Elektrická turbodmychadla však vyžadují robustnější elektrickou architekturu vozidla. Elektromotor musí být napájen z výkonné elektrické soustavy. Například u nejnovějšího Porsche 911 Turbo S jsou použita dvě taková turbodmychadla, z nichž každé odebírá výkon až 20 kW.

Přídavná řídicí elektronika umožňuje velmi precizně kontrolovat otáčky turbíny a úroveň plnicího tlaku. Díky tomu je možné optimálně přizpůsobit práci turbodmychadla aktuálnímu zatížení motoru.

Toto řešení však zvyšuje složitost celého pohonného ústrojí. Elektrické turbodmychadlo je konstrukčně náročnější a dražší než klasické. Existují však aplikace, kde výhody elektrické turbíny mnohonásobně převyšují její nevýhody.