Як працює турбонаддув і що таке турбояма
Ви завжди хотіли розібратися, але ніхто не міг толком пояснити
Стаття допоможе вам отримати загальне уявлення про принцип роботи цього пристрою, якщо ви раніше з турбонаддувом не були знайомі. Приблизно за 10 хвилин ви дізнаєтеся, для чого він потрібен, як працює і що таке турбояма – головна слабкість турбованих двигунів.
Ви знаєте, що на початку робочого циклу в циліндри двигуна подається суміш палива з повітрям. У сучасних двигунах паливо накачується паливним насосом. А ось що змушує повітря потрапити в циліндр?
Якщо мотор не оснащений турбокомпресором, то це завдання вирішує елементарний вакуум. Наприкінці робочого циклу з циліндра виходять вихлопні гази і утворюється розрідження. Зовні від циліндра повітря перебуває під атмосферним тиском – виникає різниця тисків і повітря спрямовується в циліндр.
У 1950-ті роки автотюнери вже широко використовували турбокомпресори. У серійних автомобілях їх почали широко застосовувати на чверть століття пізніше.
Цей перепад тиску, як ви розумієте, не може бути більшим за одну атмосферу – а отже, в циліндр неможливо загнати більше певного обсягу повітря. Але конструктори хотіли б набити циліндр повітрям щільніше, тому що тоді паливо згоратиме ефективніше.
Для цього і потрібен турбокомпресор, він же турбонагнітач. Цей пристрій нагнітає повітря у впускну систему під тиском – цей процес називається турбонаддувом.
Сучасні турбокомпресори дають змогу підвищити потужність двигуна на 30-40% без збільшення об’єму і витрати палива.
Як влаштований: два равлики, дві крильчатки
Більшість сучасних турбонагнітачів працюють на енергії вихлопних газів. Це дає змогу отримати енергію для його живлення практично безкоштовно.
Зовні такий агрегат трохи нагадує дві металеві раковини-равлики, з’єднані разом. Усередині першого равлика міститься спіральний повітропровід, з’єднаний із вихлопною системою. Вихлопні гази йдуть трубою з високою швидкістю, потрапляють у повітропровід і в ньому ущільнюються та прискорюються. У середині равлика встановлена турбіна – крильчатка з лопатями, і потік газів обертає її.
Турбокомпресор: ліворуч газова турбіна, праворуч компресор.
Вал з’єднує турбіну з другим равликом, усередині якого знаходиться компресор. Він засмоктує повітря через другий равлик, стискає його і відправляє у впускну систему, а з неї під великим тиском – у циліндри двигуна.
Якщо не вдаватися в тонкощі влаштування хитромудрої системи клапанів, що керує обома частинами, то загалом це все влаштування турбокомпресора.
Простий пристрій – або тільки здається таким
Хоча сам турбонаддув – це доволі простий пристрій, для інженерів створення працездатних зразків стало доволі складним завданням. Ось чому аж до 1980-х років турбовані легкові автомобілі були рідкістю.
По-перше, турбіна працює в потоці гарячих газів, тому її доводиться робити з дуже жароміцних матеріалів.
По-друге, під час роботи турбокомпресор розкручується до колосальних швидкостей, що перевищують 100 000 об/хв. Необхідне дуже точне балансування, щоб цей вузол не шумів і не створював вібрації.
Але воно того варте. Сучасні турбокомпресори дають змогу за того самого об’єму двигуна підвищити потужність на 30-40%, не витрачаючи додаткового палива. Це робить їх ще й більш екологічними, ніж атмосферні двигуни.
Посилення екологічних норм зробило турбокомпресори популярними навіть не в спортивних автомобілях.
Що таке турбояма
У турбодвигунів є кілька спільних хвороб, які донедавна стримували їх застосування на автомобілях. Найвідоміша з них – так звана “турбояма” або “турболаг”.
Якщо коротко, то суть ось у чому: поки двигун працює на малих обертах, потік вихлопних газів невеликий і він не може розкрутити турбіну до достатньої швидкості, щоб нагнітач почав працювати. Коли водій натискає педаль газу, двигун поступово набирає обертів, але компресору потрібен ще якийсь час, щоб розкрутитися, і лише тоді починається збільшення потужності – ця затримка і називається турбоямою.
На малих обертах турбонаддув дає лише невелику надбавку до потужності.
У наші дні інженери знайшли хороші “ліки” від турбоями: в конструкцію турбокомпресора вбудовують електромотор, який підтримує достатню швидкість обертання крильчаток, поки мотор працює на малих обертах.
