Как работает турбонаддув и что такое турбояма: вы всегда хотели разобраться, но никто не мог толком объяснить

Если мотор не оснащен турбокомпрессором, то эту задачу решает элементарный вакуум. В конце рабочего цикла из цилиндра выходят выхлопные газы и образуется разрежение. Снаружи от цилиндра воздух находится под атмосферным давлением – возникает разница давлений и воздух устремляется в цилиндр.

Этот перепад давления, как вы понимаете, не может быть больше одной атмосферы – а значит, в цилиндр невозможно загнать больше определенного объема воздуха. Но конструкторы хотели бы набить цилиндр воздухом поплотнее, потому что тогда топливо будет сгорать эффективнее.

Для этого и нужен турбокомпрессор, он же турбонагнетатель. Это устройство нагнетает воздух во впускную систему под давлением – этот процесс называется турбонаддувом.

Большинство современных турбонагнетателей работают на энергии выхлопных газов. Это позволяет получить энергию для его питания практически бесплатно.

Внешне такой агрегат немного напоминает две металлические раковины-улитки, соединенные вместе. Внутри первой улитки находится спиральный воздуховод, соединенный с выхлопной системой. Выхлопные газы идут по трубе с высокой скоростью, попадают в воздуховод и в нем уплотняются и ускоряются. В середине улитки установлена турбина- крыльчатка с лопастями, и поток газов вращает ее.

Вал соединяет турбину со второй улиткой, внутри которой находится компрессор. Он засасывает воздух через вторую улитку, сжимает его и отправляет во впускную систему, а из нее под большим давлением – в цилиндры двигателя.

Если не вдаваться в тонкости устройства хитрой системы клапанов, управляющей обоими частями, то, в общем, это все устройство турбокомпрессора.

Хотя сам турбонаддув – это довольно простое устройство, для инженеров создание работоспособных образцов стало довольно сложной задачей. Вот почему вплоть до 1980-х годов турбированные легковые автомобили были редкостью.

Во-первых, турбина работает в потоке горячих газов, поэтому ее приходится делать из очень жаропрочных материалов.

Во-вторых, во время работы турбокомпрессор раскручивается до колоссальных скоростей, превышающих 100 000 об/мин. Необходима очень точная балансировка, чтобы этот узел не шумел и не создавал вибрации.

Но оно того стоит. Современные турбокомпрессоры позволяют при том же объеме двигателя повысить мощность на 30-40%, не тратя дополнительного топлива. Это делает их еще и более экологичными, чем атмосферные двигатели.

У турбодвигателей есть несколько общих болезней, которые до недавнего времени сдерживали их применение на автомобилях. Самый известный из них – так называемая «турбояма» или «турболаг».

Если кратко, то суть вот в чем: пока двигатель работает на малых оборотах, поток выхлопных газов невелик и он не может раскрутить турбину до достаточной скорости, чтобы нагнетатель начал работать. Когда водитель нажимает педаль газа, двигатель постепенно набирает обороты, но компрессору нужно еще какое-то время, чтобы раскрутиться, и лишь тогда начинается прибавка мощности – эта задержка и называется турбоямой.

В наши дни инженеры нашли хорошее «лекарство» от турбоямы: в конструкцию турбокомпрессора встраивают электромотор, который поддерживает достаточную скорость вращения крыльчаток, пока мотор работает на малых оборотах.