20/11/2013
Турбонаддув — одно из самых эффективных решений для повышения мощности двигателя без увеличения его рабочего объёма. Сегодня им оснащается подавляющее большинство дизельных автомобилей и всё больше бензиновых. Разберём, как устроена эта система и почему она работает именно так.
Зачем двигателю нужен наддув
Мощность двигателя внутреннего сгорания определяется количеством топлива, которое сгорает за один рабочий цикл. Сжечь больше топлива можно только при наличии достаточного количества кислорода. Атмосферный двигатель всасывает воздух за счёт разрежения, создаваемого опускающимся поршнем, — и это его физический предел.
Турбонаддув решает задачу иначе: воздух принудительно нагнетается в цилиндры под давлением. В тот же объём цилиндра помещается значительно больше кислорода, а значит, можно сжечь больше топлива и получить больше мощности. При этом сам двигатель физически не становится крупнее или тяжелее.
Как устроен турбокомпрессор
Турбокомпрессор — это агрегат, в котором на одном общем валу сидят два рабочих колеса: турбинное и компрессорное. Турбинная крыльчатка находится в горячей части и раскручивается потоком отработавших газов, которые на выходе из двигателя ещё обладают значительной энергией. Компрессорная крыльчатка, вращаясь вместе с ней, всасывает атмосферный воздух и нагнетает его во впускной коллектор.
Типичная система турбонаддува включает следующие элементы:
- Воздухозаборник и воздушный фильтр — первичная очистка воздуха перед подачей в компрессор;
- Турбокомпрессор — сердце системы, преобразует энергию выхлопа в давление наддува;
- Интеркулер — охладитель сжатого воздуха (подробнее ниже);
- Впускной коллектор и дроссельная заслонка — распределяют подготовленную смесь по цилиндрам;
- Соединительные патрубки и напорные шланги — обеспечивают герметичность тракта под давлением;
- Клапан сброса давления (wastegate) — ограничивает максимальное давление наддува, защищая двигатель от перегрузки.
Подшипники вала турбокомпрессора смазываются и охлаждаются моторным маслом из штатной системы смазки двигателя. Именно поэтому качество масла и своевременность его замены критически важны для ресурса турбины.
Роль интеркулера
При сжатии воздух сильно нагревается — нередко до 150–200 °C. Горячий воздух менее плотен, то есть кислорода в нём меньше, чем могло бы быть. Кроме того, высокая температура на впуске повышает риск детонации в бензиновом двигателе.
Интеркулер (промежуточный охладитель наддувочного воздуха) — это теплообменник, расположенный между выходом компрессора и впускным коллектором. Он охлаждает сжатый воздух до температуры, близкой к атмосферной, тем самым увеличивая его плотность и повышая эффективность наддува на 10–15 %. Большинство современных турбомоторов оснащены интеркулером воздушного или жидкостного охлаждения.
Турбонаддув на дизеле и бензине: в чём разница
Турбокомпрессор применяется на обоих типах двигателей, однако условия работы существенно различаются.
Дизельный двигатель — идеальная среда для турбины. Отработавшие газы дизеля имеют температуру около 600 °C, степень сжатия высокая, а частоты вращения относительно невысоки. Турбина здесь работает в щадящем тепловом режиме и при этом значительно улучшает экономичность: больше воздуха позволяет полнее сжигать топливо, снижая расход и токсичность выхлопа.
Бензиновый двигатель создаёт более жёсткие условия: температура выхлопных газов достигает 950–1050 °C, что требует применения жаропрочных материалов и точного управления давлением наддува. Главная угроза — детонация при резком повышении оборотов и давления. Поэтому на бензиновых турбомоторах особенно важны качественное октановое число топлива, исправный датчик детонации и правильно откалиброванная система управления.
Другие типы наддува
Помимо классического турбонаддува, существуют и другие решения:
- Механический нагнетатель (суперчарджер) — компрессор, приводимый ремнём непосредственно от коленвала. Не имеет «турбоямы», но потребляет мощность двигателя и менее эффективен на высоких оборотах.
- Электрический наддув (e-турбо) — компрессор с электроприводом, работающий независимо от оборотов. Устраняет задержку отклика, встречается в гибридных системах.
- Твин-скролл и VGT (турбина с изменяемой геометрией) — конструктивные решения для классического турбокомпрессора, позволяющие снизить «турболаг» и расширить диапазон эффективной работы.
Плюсы и минусы турбонаддува
Основные преимущества:
- Значительный прирост мощности и крутящего момента без увеличения объёма двигателя;
- Лучшая удельная топливная экономичность по сравнению с атмосферным мотором той же мощности;
- Меньший объём двигателя снижает его массу и улучшает аэродинамический баланс автомобиля;
- Снижение выброса вредных веществ за счёт более полного сгорания топлива.
Известные недостатки:
- «Турбояма» (turbo lag) — кратковременная задержка отклика при резком нажатии на педаль газа, особенно заметная на малых оборотах;
- Высокая чувствительность к качеству моторного масла и интервалам его замены;
- Необходимость прогрева и «охлаждения» двигателя перед выключением зажигания при активной езде, чтобы не допустить перегрева подшипников турбины;
- Более дорогой ремонт и обслуживание по сравнению с атмосферным мотором.
Большинства проблем с турбиной можно избежать при регулярном техническом обслуживании. Если же турбокомпрессор уже даёт признаки неисправности — посторонний свист, синий дым из выхлопа, падение тяги — важно обратиться к специалистам как можно раньше. В нашем турбосервисе в Киеве мы проводим диагностику и ремонт турбокомпрессоров любых марок и конфигураций, помогая автовладельцам восстановить работу двигателя без лишних затрат.