Что такое турбонаддув?

Конструкция турбины

В первую очередь мы хотим отметить, что больших различий в конструкции турбонаддувов для разных моделей машин нет. Есть лишь вариации в размерах и дизайне некоторых узлов. По словам инструкторов по вождению, большинство автомобилистов используют термин турбина, хотя это не совсем верно.

Турбиной называют одну из составляющих турбонаддува, состоящую из корпуса, системы уплотнений, вала с крыльчатками, двух улиток (в них вращаются крыльчатки), одного упорного и двух опорных подшипников скольжения. Сюда же крепится пневмопривод, который приводит в работу перепускной клапан. Заметим, что в некоторых моделях его нет. Основная цель перепускного клапана заключается в регулировке оборотов турбины и производительности компрессора.

Когда на выходе давление воздуха превышает оптимальное, то пневмопривод, который открывает клапан, срабатывает, таким образом, какая-то небольшая часть выхлопных газов выходит напрямую в выхлопную систему, и из-за этого обороты турбины становятся меньше.

Турбина это крыльчатка на валу, приводящая во вращение компрессор. Турбина изготавливается из жаростойкого сплава, вал из среднелегированной стали, а компрессор из алюминия. Напомним, что данные детали не ремонтируются, а просто заменяются. Исключением является вал, который иногда получается перешлифовать и сделать под него новые подшипники.

Для чего нужен турбонаддув?

Как известно, для горения топлива нужен кислород. В цилиндрах сгорает топливно-воздушная смесь, а не топливо. Топливо смешивается с воздухом не на глазок, а в определенном соотношении. Например, для бензиновых двигателей это 1:15 (топливо и воздух соответственно).

Как видно из примера, воздуха требуется довольно много. При увеличении подачи топлива, подача воздуха увеличивается. Стандартные двигатели получают его из-за небольшой разницы давлений в атмосфере и самом цилиндре. Данная зависимость прямая, ведь чем больше объем цилиндра, тем в него попадет больше кислорода.

Выхлопные газы, идущие из двигателя автомобиля, вращают определенным образом ротор турбины, а он приводит в движение другой механизм компрессор, который доводит сжатый воздух непосредственно в цилиндры.

Но перед этим воздух проходит сквозь интеркулер, тем самым охлаждаясь.

Итак, чем больше в турбину попадает выхлопных газов, тем быстрее эта турбина вращается, то есть в цилиндры поступает больше воздуха, и соответственно мощность становится выше.

Почему турбонаддув столь непопулярен?

На самообслуживание наддува нужно совсем немного энергии мотора (около 1,5%). Кроме того, даровая энергия, затрачиваемая на сжатие воздуха, увеличивает КПД двигателя. Отсюда меньшие потери на трение, небольшой вес двигателя. Казалось бы, машины с турбонаддувом должны быть более экономичными, а это именно то, чего конструкторы хотели добиться. Но не все так гладко, как кажется на первый взгляд.

Скорость вращения турбины иногда достигает 200 000 об/мин, к тому же температура газов может достигать 1000C. А чтобы сделать турбонаддув, способный выдерживать большие нагрузки долгое время, нужны не только значительные материальные средства, но и время.

Именно поэтому турбонаддув был широко распространен лишь в авиации во время 2-ой мировой войны. В 50-х г.г. прошлого столетия американская фирма Caterpillar стала использовать турбонаддув в тракторах, а Cummins в своих грузовиках. Лишь в 1962 году турбонаддувами оснастили Chevrolet Corvair Monza и, взять хотя бы, Oldsmobile Jetfire.

Очевидные минусы

Дороговизна и сложность конструкции турбонаддува не являются основными недостатками данного устройства. Эффективность функционирования турбины зависит от оборотов мотора. Если обороты небольшие, и выхлопных газов мало, то ротор раскручивается слабо. В этом случае компрессор практически не дает цилиндрам дополнительный воздух. Именно поэтому бывает так, что до 3 000 оборотов двигатель не дотягивает, и выстреливает лишь после 4-5 тысяч. Это называется турбоямой.

Кстати, чем больше турбина, тем дольше она раскручивается, а это значит, что двигатели, оснащенные турбинами высокого давления, и с довольно высокой мощностью страдают турбоямой, как правило, в первую очередь.

У турбин, обеспечивающих низкое давление, подобных провалов тяги практически нет, однако и мощность они могут поднять не очень сильно. От турбоямы поможет избавиться схема с последовательным наддувом. В этом случае на малых оборотах начинает работать малоинерционный турбокомпрессор, который увеличивает тягу на низах, а на высоких оборотах с повышением давления на выпуске включается другой механизм.

В прошлом столетии последовательный наддув применялся на суперкаре Porsche 959. В настоящее время можно упомянуть фирмы Land Rover и BMW. В случае бензиновых двигателей, к примеру, на Volkswagen, роль заводилы отдана приводному нагнетателю.

Пара улиток

На рядных двигателях часто ставится одиночный турбокомпрессор пара улиток (twin-scroll), где есть двойной рабочий аппарат. В каждую из этих улиток выхлопные газы попадают от различных групп цилиндров. При этом оба механизма дают газы одновременно на одну турбину, довольно эффективно раскручивая ее как на больших, так и на малых оборотах.

Чаще всего по-прежнему используется пара одинаковых турбокомпрессоров, которые параллельно обслуживают отдельные группы цилиндров.

Видеоматериал о том, как проверить давление турбонаддува в движении при помощи манометра:

Удачи на дорогах!

В статье использовано изображение с сайта mashintop.ru