Багато автолюбителів чули про турбированних двигунах, але більша частина з них погано уявляють що це таке насправді. Для таких допитливих водіїв проведемо невеликий лікнеп про турбонаддуве.
З самого слова турбонаддув зрозуміло, що це швидка подача повітря. Дійсно, в основі роботи турбированного двигуна лежить принцип використання енергії відпрацьованих газів для подачі стисненого повітря в циліндри двигуна. Така собі вторинна «переробка ресурсів».
Паливна суміш надходить в циліндр двигуна, де на певному етапі згорає, передаючи свою енергію автомобілю. Відпрацьовані гази, що залишилися після згоряння, виштовхуються в вихлопну систему автомобіля і виводяться назовні. У турбированном двигуні ці гази, перш, ніж будуть викинуті в атмосферу, роблять корисну роботу - вони обертають турбокомпресор, що складається з турбінного колеса і компресорного колеса, що сидять на одному роторному валу, який кріпиться на підшипниках.
Турбінне колесо жорстко сидить на одному валу з компресорним колесом, яке стискає повітря і нагнітає його в систему живлення двигуна. Під час процесу стиснення повітря нагрівається, але перш ніж потрапити в циліндр двигуна, він проходить через інтеркулер (спеціальний охолоджуючий радіатор) і охолоджується. За рахунок охолодження стисненого повітря підвищується його щільність і збільшується тиск. Підготовлений таким чином повітря надходить в циліндри двигуна.
Що це дає? Подача додаткового обсягу стисненого повітря підвищує ККД двигуна внутрішнього згоряння. А підвищувати є куди, оскільки ККД двигуна автомобіля коливається в районі 30%. Це означає, що 70% потенційної енергії, яка укладена в паливі не використовується. Причин безліч. Одна з них - це неповне згоряння палива в циліндрах двигуна. У турбированном двигуні нагнітається додатковий обсяг стисненого повітря сильніше розпорошує паливну суміш, розбиваючи паливо в більш дрібні частинки, тим самим підвищуючи його відсоток згоряння. Це дає можливість поставляти в циліндр двигуна менший обсяг палива з одного боку. З іншого боку, більш повне згорання паливної суміші підвищує потужність двигуна.
У сучасних двигунах турбонаддув є найбільш ефективною системою підвищення потужності двигуна без збільшення частоти обертання колінчастого вала і об'єму циліндрів, а також економії споживаного палива в перерахунку на одиницю потужності і зниження токсичних викидів, оскільки паливна суміш згорає в більш повній мірі.
Найбільш ефективна система турбонаддува в дизельних двигунах, оскільки вони працюють на більш високих значеннях стиснення паливної суміші, а частота обертання коленвала відносно невисока. У бензинових ДВВ турбонаддув працює не так ефективно, оскільки тут існує більш висока ймовірність настання детонації, через більш високих значень частоти обертання коленвала, плюс в бензинових ДВВ апріорі температура відпрацьованих газів майже вдвічі вище, ніж на дизелях, що призводить до перегріву турбонагнетателя. В результаті останній вимагає більш складної системи охолодження і обережного поводження в експлуатації. Власникам автомобілів, на яких встановлено турбований двигун, слід знати, що після зупинки, перш ніж заглушити двигун, дуже рекомендується дати йому попрацювати кілька хвилин на холостому ходу, щоб турбонагнетатель охолов.
Неприємною особливістю турбированних двигунів є наявність «турбоями» і «турбоподхвата». Вся справа в тому, що турбонагнетатель володіє певною інерційністю, і при різкому відкритті дросельної заслінки двигуна (різкому натисканні на педаль газу водієм), турбонагнетатель не встигає відразу ж подати необхідну кількість стисненого повітря в циліндри двигуна, тому, автомобіль не отримує відповідного прискорення відразу ж .
Але, після невеликого проміжку часу, який необхідний для збільшення числа оборотів двигуна до певного значення, відбувається різке збільшення тиск наддуву, так званий «турбоподхват», який стрибком збільшує потужність двигуна.
На практиці це відбувається таким чином: водій різко тисне на педаль газу, у відповідь автомобіль набирає швидкість, але не так швидко, як «слід було б», а через пару секунд відбувається різке збільшення потужності, і автомобіль буквально стрибає вперед.
Для подолання цих неприємних особливостей турбонаддува конструктори застосовують турбіни із змінною геометрією, використовують два і більше турбокомпресора, застосовують комбінований наддув.
VNT-турбіна (турбіна із змінною геометрією) оптимізує потік відпрацьованих газів шляхом зміни площі вхідного каналу. Такі турбіни знайшли широке застосування на дизельних двигунах TDI від Volkswagen.
Паралельні турбокомпресори знайшли широке застосування на на потужних V-подібних двигунах. Логіка проста - дві маленькі турбіни, що встановлюються на кожен ряд циліндрів, мають меншу інерцією, в порівнянні з одним великим турбіною.
У разі установки на двигун двох послідовних турбін продуктивність системи підвищується за рахунок того, що турбіни працюють на різних оборотах двигуна, на більш низьких працює одна турбіна, на більш високих - інша. На дорогих автомобілях елітних автовиробників встановлюються і по три турбіни - triple-turbo (BMW) і навіть по чотири - quad-turbo (Bugatti).
У комбінованому наддуванні використовується механічний і турбонаддув. Механічний нагнітач працює на низьких оборотах двигуна, забезпечуючи необхідне стиснення повітря, а на високих оборотах включається турбокомпресор. Такий принцип роботи турбіни широко використовується в двигунах TSI від Volkswagen.
З усього вищесказаного можна зробити висновок, що турбовані двигуни в порівнянні з «атмосферником» економічніші, екологічні, мають більш високою потужністю. Однак вони дорожчі як спочатку, так і в процесі експлуатації, мають менший ресурс (турбіну в більшості випадків доведеться міняти після 200 000 км пробігу), вимагають більш акуратною експлуатації.