Как известно, в цилиндрах двигателя автомобиля сгорает не чистое топливо, а топливно-воздушная смесь. Поэтому для сгорания топлива необходим кислород.
Смешение топлива с воздухом происходит в определенной пропорции. Для бензиновых двигателей она составляет 1 часть топлива к 15 частям воздуха.
Как видим, воздуха для сгорания требуется немало. С увеличением подачи топлива увеличивается подача воздуха.
В стандартных двигателях данная потребность обеспечивается за счет небольшой разницы давлений в цилиндре и окружающей атмосфере. Чем большим будет объем цилиндра, тем больше он способен принять кислорода.
Как работает турбонаддув?
Поступающие из двигателя автомобиля выхлопные газы приводят в движение ротор турбины. Он в свою очередь вращает компрессор, который подает сжатый воздух в цилиндры.
Предварительно воздух пропускается через интеркулер для охлаждения потока. Таким образом, чем больше выхлопных газов попадет в турбину, тем быстрее она будет вращаться и тем больше подаст воздуха в цилиндры.
Чем больше воздуха попадет в цилиндры, тем выше будет мощность двигателя.
На ”обслуживание” турбонаддува уходит всего 1,5% энергии двигателя. С другой стороны даровая энергия, которая затрачивается на сжатие воздуха, повышает КПД мотора.
Благодаря этому снижаются потери на трение, уменьшается вес силового агрегата. К сожалению, за очевидной экономичностью данной технологии скрываются определенные затруднения.
Недостатки двигателей с турбонаддувом и их решение
Одной из составляющих системы турбонаддува является турбина, которая состоит из корпуса, уплотнительных элементов, двух улиток, вала с крыльчатками и нескольких подшипников скольжения.
Когда скорость вращения турбины достигает 200 тыс. об./мин., газы нагреваются до 1000°C. Поэтому конструкция турбонаддува должна выдерживать значительные нагрузки, что становится причиной её дороговизны и сложности.
Другой проблемой является эффективность работы турбины, которая зависит от оборотов двигателя.
На небольших оборотах ощущается недостаток выхлопных газов, поэтому ротор раскручивается слабо.
Поскольку компрессор не подает в цилиндры дополнительный воздух, двигатель работает в так называемой ”турбояме”. После 4-5 тыс. мотор ”выстреливает” и тогда хорошо заметен эффект турбонаддува.
Особенно остро данная проблема ощущается с двигателями, которые оснащены турбинами высокого давления.
Главная причина в том, что большая турбина дольше раскручивается. С турбинами низкого давления провалы тяги обычно отсутствуют, однако и мощность они поднимают незначительно.
Одним из способов устранения турбоямы является схема последовательного наддува. В этом случае на малых оборотах работает малоинерционный турбокомпрессор, поднимающий тягу на “низах”.
С увеличением оборотов включается уже другой механизм. В настоящее время последовательный наддув часто используют BMW и Land Rover.
На рядных двигателях обычно ставят одиночный турбокомпрессор twin-scroll (пара ”улиток”), оснащенный двойным рабочим аппаратом.
Каждую ”улитку” наполняют выхлопными газами разные группы цилиндров. При этом обе ”улитки” подают воздух только на одну турбину, что позволяет эффективно её раскручивать на высоких и низких оборотах.
И все же самым распространенным вариантом является пара одинаковых турбокомпрессоров, которые параллельно обслуживают разные группы цилиндров.
Это типичная схема всех V-образных турбодвигателей с собственным нагнетателем для каждого блока.
Последним достижением инженеров стала технология изменения рабочей области, повышающая эффективность работы турбокомпрессора во всём диапазоне оборотов.
Специальные лопатки варьируют форму сопла в зависимости от частоты оборотов внутри «улитки». Первые турбины с изменяемой геометрией появились на дизельных двигателях.
Сегодня конструкция двигателей с турбонаддувом доведена практически до совершенства, что привело к росту их популярности.
Современные турбокомпрессоры не только эффективно форсируют моторы, но также повышают экономичность и чистоту выхлопа, что особенно актуально для дизельных двигателей.
