Змішання палива з повітрям відбувається в певній пропорції. Для бензинових двигунів вона становить 1 частина палива до 15 частин повітря.
Як бачимо, повітря для згоряння потрібно чимало. Зі збільшенням подачі палива збільшується подача повітря. У стандартних двигунах дана потреба забезпечується за рахунок невеликої різниці тисків в циліндрі і навколишній атмосфері. Чим більшим буде обсяг циліндра, тим більше він здатний прийняти кисню.
Як працює турбонаддув?
Вступники з двигуна автомобіля вихлопні гази надають руху ротор турбіни. Він в свою чергу обертає компресор, який подає стиснене повітря в циліндри. Попередньо повітря пропускається через інтеркулер для охолодження потоку. Таким чином, чим більше вихлопних газів потрапить в турбіну, тим швидше вона буде обертатися і тим більше подасть повітря в циліндри. Чим більше повітря потрапить в циліндри, тим вище буде потужність двигуна.
На "обслуговування" турбонаддува йде всього 1,5% енергії двигуна. З іншого боку дармова енергія, яка витрачається на стиснення повітря, підвищує ККД мотора. Завдяки цьому знижуються втрати на тертя, зменшується вага силового агрегату. На жаль, за очевидної економічністю даної технології ховаються певні труднощі.
Недоліки двигунів з турбонаддувом і їх рішення
Однією зі складових системи турбонаддува є турбіна, яка складається з корпусу, ущільнюючих елементів, двох равликів, вала з крильчатками і декількох підшипників ковзання. Коли швидкість обертання турбіни досягає 200 тис. Об. / Хв. гази нагріваються до 1000 ° C. Тому конструкція турбонаддува повинна витримувати значні навантаження, що стає причиною її дорожнечу і складність.
Іншою проблемою є ефективність роботи турбіни, яка залежить від оборотів двигуна. На невеликих оборотах відчувається брак вихлопних газів, тому ротор розкручується слабо. Оскільки компресор не подає в циліндри додаткове повітря, двигун працює в так званій "турбоями". Після 4-5 тис. Мотор "вистрілює" і тоді добре помітний ефект турбонаддува.
Особливо гостро дана проблема відчувається з двигунами, які оснащені турбінами високого тиску. Головна причина в тому, що велика турбіна довше розкручується. З турбінами низького тиску провали тяги зазвичай відсутні, проте і потужність вони піднімають незначно.
Одним із способів усунення турбоями є схема послідовного наддуву. У цьому випадку на малих обертах працює малоінерційний турбокомпресор, що піднімає тягу на "низах". Зі збільшенням оборотів включається вже інший механізм. В даний час послідовний наддув часто використовують BMW і Land Rover.
На рядних двигунах зазвичай ставлять одиночний турбокомпресор twin-scroll (пара "равликів"), оснащений подвійним робочим апаратом. Кожну "равлика" наповнюють вихлопними газами різні групи циліндрів. При цьому обидві "равлики" подають повітря тільки на одну турбіну, що дозволяє ефективно її розкручувати на високих і низьких оборотах.
І все ж найпоширенішим варіантом є пара однакових турбокомпресорів, які паралельно обслуговують різні групи циліндрів. Це типова схема всіх V-образних турбодвигунів з власним нагнітачем для кожного блоку.
Останнім досягненням інженерів стала технологія зміни робочої області, що підвищує ефективність роботи турбокомпресора у всьому діапазоні оборотів. Спеціальні лопатки варіюють форму сопла в залежності від частоти обертів всередині «равлики». Перші турбіни із змінною геометрією з'явилися на дизельних двигунах.
Сьогодні конструкція двигунів з турбонаддувом доведена практично до досконалості, що призвело до зростання їх популярності. Сучасні турбокомпресори не тільки ефективно форсують мотори, але також підвищують економічність і чистоту вихлопу, що особливо актуально для дизельних двигунів.