Da bi razumeli razliko med atmosferskim in turbo motorjem, je treba na hitro osvežiti osnove Ottovega štiritaktnega motorja. Ta deluje kakopak tako, da bat v valju opravi štiri takte: sesanje, stiskanje, vžig zmesi in izpuh. Pri sesanju v valj vstopi mešanica zraka in goriva, ki jo bat v drugem taktu stisne, svečka jo v pravem trenutku vžge, zaradi česar nastali plini v tretjem taktu potisnejo bat navzdol. To omogoča premikanje koles. Pri četrtem taktu bat ob vračanju navzgor iztisne izpušne pline iz valja, nato pa se cikel ponovi.
Do sem je verjetno vse jasno. Tu pa se začnejo razlike med atmosferci in turbo motorji. Pri atmosfercih zrak v valje vstopa naravno oziroma ga motor vsesava zaradi podtlaka, ki nastane pri gibanju bata. Količina zraka, ki jo lahko motor vsesa, je odvisna od prostornine motorja, vrtljajev in učinkovitosti sesalnega sistema. Zaradi takšne zasnove sta moč in navor atmosferskega motorja močno povezana s prostornino valjev in njihovim številom.
Turbo motorji so medtem odgovor tehnologije in ščepca megalomanije na omejitve atmosfercev. Priljubljeni avtomobilski novinar Richard Hammond je hčerki princip turbo motorja v svoji subaru imprezi GT opisal na zelo slikovit način: »Ti je všeč foie gra? Naredijo ga tako, da turbo polnijo gos. V usta ji vstavijo lijak in vanjo stisnejo več hrane, dokler ji ne eksplodirajo jetra. Grozna stvar. Ne bi je smela jesti. Turbo polnilnik je foie gras za motor. Vsili več goriva in zraka v valj. Ko to začne početi, se avtomobilu spremeni značaj. Vedela boš, kdaj se to zgodi.« Več goriva in več zraka seveda pomeni večjo eksplozijo in sproščanje večje sile.
Da pa bi motor učinkovito postal foie gras, morata svoj del opraviti turbina in kompresor, ki ju povezuje ista gred. Izpušni plini, ki nastanejo ob eksploziji v valju in jih bat v četrtem taktu pošlje iz valja, poganjajo turbino, ta pa vrti kompresorsko kolo, ki stiska svež zrak in ga pod višjim tlakom pošilja proti valjem. Turbo motor torej za pogon kompresorja uporablja del energije lastnih izpušnih plinov. Genialno! Je pa zato takšen motor bolj kompleksen od atmosferca. Hkrati je bolj toplotno obremenjen. To je žal posledica večjih in silovitejših eksplozij.
Zakaj smo dobili turbo?
Kako pa smo sploh prišli na zamisel turbo motorjev? Atmosferski motor je bil zgodovinsko osnovna oblika motorja z notranjim zgorevanjem. Je pa tudi prisilno polnjenje motorjev dokaj stara tehnologija. Starejša, kot bi si mnogi predstavljali. Prvi turbo polnilnik je namreč že leta 1905 razvil švicarski inženir Alfred Büchi. Tehnologija se je sprva uveljavljala zlasti pri velikih dizelskih in ladijskih motorjih ter v letalstvu. Tam je rešila ključno zagato, kako nadomestiti izgubo zmogljivosti motorjev zaradi redkejšega zraka na velikih višinah.
Pri avtomobilih je bilo treba na turbo polnilnik počakati še precej časa. Eden od razlogov je bila zahtevnost njegovega delovanja. Precej je bilo tudi mehanskih izzivov izdelave motorja, ki bi bil dovolj trpežen. Turbo pa je povezan s še enim precej zanimivim problemom. Ko voznik pritisne na plin pri nizkih vrtljajih, iz motorja namreč ne prihaja dovolj izpušnih plinov, da bi turbino takoj zavrtelo na optimalno hitrost. To je tudi razlog, zakaj med pritiskom na plin in povečanjem moči nastane zamik, ki ga poznamo kot turbo luknjo.
Klasična rešitev za večjo moč in navor avtomobila je zato dolgo ostala povečanje prostornine valjev ali pa povečanje njihovega števila. Ko so proizvajalci avtomobilov začeli iskati rešitev, kako iz manjših motorjev iztisniti več moči, pa je postalo prisilno polnjenje vse bolj privlačno. V 60. letih prejšnjega stoletja jih je zanimal zlasti potencial večje moči. Z naftno krizo v 70. letih se je pojavilo tudi zanimanje zaradi ekonomskih razlogov. Turbo motor je pri manjših obremenitvah namreč lahko porabil manj goriva od velikih motorjev z enako končno močjo. Slednjo pa je turbo motor še vedno lahko dosegel s pomočjo turbo polnilnika, ko je bilo to potrebno. Seveda za ceno povečane porabe.
Od 90. let do danes je popularnost turbo motorjev v industriji tudi posledica vse strožjih okoljskih zahtev o izpustih ogljikovega dioksida in drugih onesnaževalcev zraka. Tudi v tem primeru turbo motor živi življenje dveh različnih značajev v istem motorju.
Atmosferski motor ima drugačen značaj
Kateri motor je boljši? To je kot vselej vprašanje prioritet oziroma načina vožnje. Največja razlika je v odzivnosti. Atmosferski motor ima praviloma bolj linearno dobavo moči, pri turbo motorju pa je to odvisno tudi od polnilnega tlaka. »Mnogi vozniki imajo radi občutek atmosferskih motorjev zaradi neposrednega odziva. Vedno veš, kaj boš dobil. Turbo motorji so manj predvidljivi, poleg tega se pojavi določena zakasnitev,« meni Randy Pobst, profesionalni dirkač in testni voznik.
Sodobni turbo motorji so sicer precej bolj odzivni kot nekoč. Variabilna geometrija, manjša in hitreje odzivna turbinska kolesa ter električni turbo polnilniki zmanjšujejo turbo zamik. Največji preboj pa so prinesli hibridni pogoni, ki lahko z lastnim navorom zmanjšajo občutek zamika.
Ker turbo motorji že z manjšim in lažjim motorjem zmorejo razviti velik navor pri nizkih oziroma srednjih vrtljajih, so priročni pri vsakdanji vožnji, vožnji v klanec ali s polno obremenjenim avtomobilom. »Pri vožnji visoko v gorah je bilo treba stare atmosferske motorje vedno priganjati v visoke vrtljaje. Včasih so imeli težave že pri prehitevanju. Turbo pa potegne tako zlahka, da se lahko samo nasloniš in opazuješ,« je razliko med tehnologijama komentiral nekdanji svetovni prvak v reliju Walter Röhrl.
Hkrati med vožnjo pri vozniku prižgejo dodatno iskrico v očeh, ko ta zasliši, kako njihov krotek družinski avtomobil požene turbino in prebudi spečo zver v sebi. No, spet drugim zagon turbine predstavlja zlasti nepotrebno hrupnost in neželeno sunkovitost oziroma nepredvidljivost vožnje. Vsakemu svoje.
Kaj pa servisiranje?
Pri rednem servisiranju med njima tudi ni nujno velike razlike. Oba motorja potrebujeta ustrezno olje, redne menjave filtrov in dobro hlajenje. Je pa pri turbo motorju kakovost olja še posebej pomembna, saj turbo polnilnik deluje pri zelo visokih vrtljajih in temperaturah. Pri starejših motorjih je bilo tudi zelo pomembno, da sta se turbina in olje po zelo intenzivni vožnji nekoliko ohladila.
Ker je bolj kompleksen, pa je turbo v primeru okvar lahko tudi dražji za servisiranje. Poleg samega turbo polnilnika lahko odpovejo sistemi krmiljenja polnilnega tlaka, hladilnik polnilnega zraka, cevi ali aktuatorji. Atmosferski motor teh komponent, povezanih s turbo polnilnikom, nima, vendar tudi pri njem niso poceni okvare glave motorja, variabilnega krmiljenja ventilov ali neposrednega vbrizga.
So pa turbo motorji danes mnogo bolj razširjeni. Atmosferski motorji so ostali predvsem v nekaterih cenejših modelih, športnih avtomobilih in pri določenih japonskih proizvajalcih, kot je Mazda. Pri hibridih je slika nekoliko bolj raznolika, saj nekateri uporabljajo atmosferske motorje, pogosto z atkinsonovim ciklom. A o tem kdaj drugič.
