Як працює турбонаддув в машині?

Сучасним трендом в автомобілебудуванні став перехід з атмосферних двигунів на більш малооб`ємні турбовані. Використання турбонаддува дозволяє одночасно вирішити цілий ряд завдань, які відповідають вимогам часу: значно підвищити показники потужності та динамічні характеристики двигунів з одночасним зниженням витрати палива в порівнянні з атмосферними двигунами аналогічної потужності, домогтися високого ККД, спільно з іншими технічними рішеннями знизити токсичність відпрацьованих газів.

Принцип дії турбонаддува в двигуні
Очевидним способом підвищення потужності будь-якого двигуна є збільшення кількості згорає в ньому палива і створення оптимальних умов для його горіння в різних режимах роботи. Подати багато палива в циліндро-поршневий двигун в будь-який момент його роботи проблеми не становить, чого не скажеш про відповідному для його згоряння кількості повітря. Повітря засмоктується в двигун під час його роботи за рахунок руху поршнів в циліндрах і його кількість можна вважати умовно постійним і залежать насамперед від обсягу двигуна, тобто суми робочих обсягів усіх його циліндрів. Щоб збільшити кількість повітря, що подається, необхідно перш за все збільшити розміри двигуна за рахунок збільшення діаметра циліндрів, їх кількості або робочого ходу поршнів. Цілком логічно, що даний спосіб вирішення не завжди допустимо і прийнятний, а іноді і просто виключений.

Для вирішення проблеми насичення двигуна великою кількістю повітря застосовувалися різні технічні рішення, але найефективнішим і кардинальним, що сприяє значному збільшенню потужності двигуна, став саме турбонаддув.

Принцип дію турбонаддува дуже простий.

Частина відпрацьованих газів, що надійшли в випускну систему, подається на лопатеве колесо, яке розкручується під їх дією.
На одному валу з лопатевим колесом розташована крильчатка компресора, яка стискає повітря і подає його у впускний колектор двигуна.
Одна умовна одиниця стисненого повітря, містить набагато більше молекул кисню, ніж такий же об`єм повітря при атмосферному тиску. Отже, великою кількістю молекул кисню можна окислити (спалити) більша кількість палива в циліндрах і отримати збільшення потужності двигуна.
принцип дії турбонаддува
Чим більше обертів, які розвиває під дією відпрацьованих газів ротор з крильчаткою, тим більше стискається повітря і тим більшу кількість кисню надходить в циліндри. Частота обертання ротора турбокомпресора у сучасних двигунів може досягати величини 250000 оборотів в хвилину. Обертається ротор в підшипниках ковзання на масляній плівці. Звідси випливають підвищені вимоги турбированних двигунів до якості мастила. Варто лише на секунду порушити умови мастила і миттєвий вихід з ладу дорогого вузла гарантований.
Ще одним недоліком турбонаддува є так звані «турбояма». Щоб розкрутити ротор турбіни необхідні обороти двигуна від 1500-2000 оборотів. До зазначеної величини турбіна практично не працює і різниця в потужності двигуна між цими двома режимами, як правило, досить відчутна. У сучасних двигунах різними допоміжними системами навчилися нівелювати цей ефект і робити його практично непомітним.
В силу фізичних законів під час стиснення повітря крильчаткою компресора турбонагнетателя відбувається його нагрівання. А як відомо, нагрівання повітря супроводжується його розширенням, а отже зменшенням кількості кисню в одиниці об`єму повітря. Щоб уникнути цієї зворотної реакції в деяких випадках вдаються до використання охолодження наддувочного повітря в спеціальному пристрої - інтеркулере.
Крім «класичних» турбонагнетателей, що працює на енергії відпрацьованих газів, в деяких випадках застосовують аналогічні пристрої з механічним приводом. Істотним недоліком подібного рішення є те, що для його роботи необхідно відбирати кілька потужності двигуна.

Поряд з перевагами, які дає наявність турбонаддува в двигуні, даний тип моторів підвищує і відповідальність під час його експлуатації. Як вже зазначалося вище, необхідно використання спеціальних масел, їх регулярна і своєчасна заміна поряд з повітряним фільтром. Крім того, після тривалої їзди з високими оборотами двигуна рекомендується дати попрацювати деякий час на холостому ходу, щоб турбіна встигла знизити свої обороти до того моменту, коли відбудеться зупинка двигуна і порушення умов змащення в підшипниках ковзання. Дотримання зазначених рекомендацій дозволить продовжити термін ефективної експлуатації двигуна з турбокомпресором до моменту його ремонту.