Немного о турбонаддуве

Оптимальная работа ДВС возможна только при полном сгорании горючего, а для этого необходимо строго определённое количество воздуха. Идеальное массовое соотношение воздуха и бензина — 14,7/1. То есть для полного сгорания одного килограмма бензина требуется 14,7 килограмма чистого воздуха. Смесь с такими показателями называется стехиометрической. Только тогда из каждого грамма горючего извлекается максимум энергии при минимальном вреде для окружающей среды. 

Чтобы повысить мощность необходимо увеличить количество топливно-воздушной смеси, сжигаемой за одинаковый промежуток времени. Для этого повышают частоту вращения коленчатого вала, тем самым увеличивая число циклов в секунду. Но если продолжать повышать обороты мощность перестанет расти и начнёт падать и понятно почему. При 7000 об/мин коленчатый вал делает более 116 оборотов в секунду, а это значит, что на рабочий такт тратится всего 0,0043 секунды! Топливо просто не успевает сгореть, несмотря на правильную смесь. Значение, после которого мощность двигателя начинает падать, называется максимальной мощностью.

Чтобы повысить максимальную мощность двигателя, не повышая при этом рабочие обороты, требуется сжигать большее количество ТВС за каждый рабочий такт. С топливом всё ясно, просто увеличиваем его порцию. А как в цилиндры попадёт больше воздуха?

Тут есть два варианта — либо увеличиваем объем самих цилиндров, либо повышаем давление воздуха в них. С увеличением объёма всё сравнительно просто. Для этого растачивают цилиндры, увеличивая их диаметр. Иногда увеличивают ход поршня с помощью установки коленвала с большими кривошипами.

Давление повышают с помощью компрессора. Он может приводиться в движение с помощью механического привода от коленвала или турбиной, которая в свою очередь, работает на отработанных газах, используя их кинетическую и тепловую энергию. Система с механическим приводом называется суперчарджер (supercharger), с турбиной — турбонаддувом.

Как работает турбокомпрессор?

Немного подробнее разберём последний вариант. Турбонаддув состоит из турбокомпрессора, интеркулера и сопутствующих подсистем, улучшающих работу наддува и двигателя в целом. Турбокомпрессор состоит из турбины, центрального корпуса и компрессора. Турбина и компрессор установлены на одном валу.

Вкратце рассмотрим общий принцип работы. Отработанные горячие газы по выхлопному коллектору попадают на центростремительную крыльчатку турбины. Та в свою очередь приводит в движение компрессор. От сжатия воздух сильно нагревается, вызывая риск детонации в цилиндрах, поэтому после компрессора он попадает в интеркулер (воздухо - воздушный радиатор) где охлаждается до оптимальной температуры. Чтобы обороты турбокомпрессора не падали при понижении оборотов двигателя применяют клапан blowoff, который сбрасывает лишний воздух в атмосферу и к тому же защищает впускной тракт от опасного давления. На раллийных двигателях применяют более агрессивную систему – ALS (Anti-Lag) которая поддерживает большие обороты турбины даже на холостых оборотах двигателя. Всё это делается, чтобы избежать турбоямы.