​Турбонаддув – компактное решение глобальной проблемы. Зачем он нужен и как работает.

Перед тем как мы начнём, хочу сразу прояснить один момент. В данной статье я предполагаю, что читатель имеет хотя бы примерное представление о принципе работы ДВС (двигателя внутреннего сгорания). И есть понимание, что в блоке цилиндров вверх-вниз двигаются поршни: засасывая и затем сжимая воздух с примесью бензина, а после, сжатую смесь поджигает искра и поршень идёт вниз, совершая полезную работу. Уже знаете? Отлично! Тогда разберёмся с турбиной.

С чего всё началось?

Давайте «на пальцах». Имеем почти шекспировский вопрос: как увеличить мощность двигателя? Сейчас не будем лезть в дебри инженерии, а пойдём от простого, как рассуждали мотористы-проектировщики на заре автомобилизации. Самый очевидный способ – банально увеличить рабочий объём цилиндра! Здесь всё понятно: за один такт впуска поршень засосёт больше воздуха. Топлива, соответственно, можно также добавить больше. «Заряд», который воспламенит свеча, будет мощнее – а значит, сильнее получится взрыв, который толкает поршень вниз на такте рабочего хода. Победа?.. И да и нет. Увеличивая рабочий объём мы волей-неволей тянем за собой и всё остальное: размеры деталей мотора и их масса тоже растут. А чем выше масса мотора, тем он менее экономичный, а шасси начинает испытывать проблемы с управляемостью… За примером далеко ходить не нужно – вспомним знаменитые масл-кары США годов, эдак, 60-х. Невероятный объём двигателя, относительно высокая мощность, при этом огромные размеры и… способность нормально «выстреливать» только на прямых. Серпантины, да и просто мало-мальски резкие повороты – всё это было таким машинам строго противопоказано. А про расход топлива умолчим вовсе: ну не брался тогда в серьёзный расчёт такой показатель. Вывод: эффективность мотора, мощность которого увеличена только за счёт рабочего объёма, крайне мала.

Фото автогурман.com

И тогда придумали турбину. Суть идеи очень простая: за один такт впуска загнать в мотор как можно больше воздуха. Скажем так: больше, чем это можно сделать, засасывая воздух просто разрежением (естественным путём). Иными словами, когда поршень движется вниз, а впускные клапаны открываются, воздух в цилиндр принудительно заталкивают и его удельная масса в цилиндре увеличивается. Соответственно, на эту увеличенную массу воздуха можно подать больше топлива. А значит, заряд топливовоздушной смеси станет более эффективным.

Тут справедливо задать вопрос: а что мешает просто добавить больше топлива, без всяких турбин?.. Отвечаю. Мешает то, что ДВС рассчитан на строго определённую пропорцию воздух/бензин. Академическое значение этой пропорции – 14.7 / 1. То есть, максимально эффективно двигатель будет работать при смешивании 14.7 частей воздуха к 1 части бензина. Если просто ливануть больше горючего ничего не меняя – пропорция изменится, и эффективность сгорания снизится, а не увеличится. Поэтому закон моторостроения неизменен: добавляешь бензина – добавляй и воздуха.

Фото autos.ca

Как этот зверь работает?

Турбина (турбокомпрессор) представляет собой некую похожую на раковину конструкцию (потому и прилепилось к ней прозвище «улитка»), внутри которой находится вал с лопатками. На одном конце вала лопатки «горячей» части – через них проходят раскалённые выхлопные газы двигателя, раскручивая вал. На другом конце находятся лопатки «холодной» части – они сжимают поступающий из воздушного фильтра воздух. Который уже сжатый, под давлением, и подаётся в цилиндры. По большому счёту, чем выше обороты двигателя – тем сильнее выхлопные газы раскручивают турбину и тем сильнее она «дует», увеличивая количество поступающего в мотор воздуха. Конечно, в этом алгоритме есть много нюансов, но это уже за пределами нашего сегодняшнего обсуждения.

А ещё есть механические компрессоры. Суть та же – сжимать воздух, но принцип работы отличается. Механические компрессоры (нагнетатели) приводятся не кинетической энергией выхлопных газов, а ремнём или шестернями, непосредственно от коленвала двигателя. Схема на сегодняшний день распространена слабо, поэтому вдаваться в подробности не будем.

Классический сегодня турбокомпрессор с приводом от выхлопных газов. Фото uazbuka.ru

А что на практике?

В заключение хочу дать пару простых советов по эксплуатации турбины. Благо используется она уже повсеместно и сегодня трудно встретить автопроизводителя, который не применял бы её даже на автомобилях среднего и нижнего класса. Итак.

Если вы активно «отжигали» - не стоит сразу глушить двигатель. Это самое важное правило, несоблюдение которого может привести к банальному выходу турбины из строя. А турбина – деталь не из дешёвых. Суть же в том, что турбокомпрессор при активной работе запросто может раскаляться докрасна. Дабы внутренние детали не заклинили от таких экстремальных нагревов (температура выхлопных газов достигает 1000 градусов), к турбокомпрессору подведены трубки охлаждения и смазки. Через оба этих контура циркуляция осуществляется только при работающем двигателе. То есть, сразу выключая мотор при раскалённой турбине вы перерубаете и циркуляцию масла и охлаждающей жидкости. Это может привести (и приводит) к закипанию жидкостей внутри турбины и фатальному перегреву её деталей.

Наверняка слышали про турботаймер. Вот это устройство как раз призвано предохранять «улитку» от локальных перегревов. Когда вы поворачиваете ключ зажигания в положение «OFF», турботаймер заставляет мотор ещё какое-то время работать на холостых. Для того, чтобы масло и ОЖ продолжали циркулировать через турбину, постепенно её охлаждая. Через определённое время (минута-две) двигатель заглушится сам. При этом вашего присутствия не требуется: вы просто закрываете машину и уходите по своим делам.

Фото rosssport.com

А ещё не стоит часами стоять на холостых оборотах. Это может способствовать «утеканию» масла из турбины во впуск, что ведёт к его загрязнению (нагару на клапанах и в камере сгорания). К слову, этот момент описан даже в инструкции по эксплуатации к практически любому турбированному автомобилю.