С turbo по жизни

Предисловие

Для того, что начать разговор о турбонаддуве, вспомним некоторые основные принципы работы двигателя, а также некоторые термины из физики.

Двигатель внутреннего сгорания — это устройство, которое способно преобразовывать химическую энергию топлива и совершать механическую работу. Вся «химия» происходит в цилиндре, где сжигается топливная смесь. Во время сжигания топливной смеси выделяется энергия, которая приводит в движение поршень. Подъем поршня — это первичное звено в работе двигателя. Далее возвратно-поступательные движения поршня преобразуются кривошипно-шатунным механизмом во вращательное движение кривошипного вала... Рассказывать здесь можно долго и подробно, но если максимально упростить схему работы ДВС, то получится, что в конечном итоге энергия детонации топливной смеси вращает колеса автомобиля.

В наше время, когда перед инженерами стоит сложная и в чем-то даже парадоксальная задача — увеличить объем салона и максимально уменьшить размер автомобиля — о размещении под капотом небольших компактных автомобилей даже 6-цилиндрового двигателя не может быть и речи. Нет, разместить под капотом какого-нибудь малыша 6-цилиндровый «движок» можно — достаточно вспомнить французскую «зажигалку» Clio V6. Но в итоге получится слишком специфичный автомобиль, оправдывающий свою прожорливость отличной динамикой. А на такие компромиссы готовы не все. В условиях, когда стоимость бензина зашкаливает, желающих выбрасывать деньги в выхлопную трубу становится все меньше.

Тем не менее, это совсем не значит, что мы с вами готовы довольствоваться пусть и экономичными, но маломощными автомобилями. Мы по-прежнему хотим ездить быстро и недорого, и это толкает производителей на все новые и новые изобретения. Но как повысить мощность двигателя, не увеличивая количество цилиндров и не повышая их рабочий объем? Для таких случаев как раз и существует такая штука, как турбонаддув.

Что такое турбонаддув?

Турбонаддув — это метод агрегатного наддува, основанный на использовании энергии выхлопных газов. Функция турбины — нагнетание в цилиндры воздуха. По сравнению с обычными атмосферными двигателями, в которых воздух поступает пассивно за счет движения поршня вниз, система турбонаддува нагнетает в цилиндры дополнительный объем воздуха, что позволяет сжигать в том же цилиндре больше топлива, и в итоге — получить большую мощность.

К использованию турбонаддува прибегают тогда, когда процесс создания двигателя ограничен строгими рамками и необходимо без увеличения его размеров (которые непременно увеличиваются при повышении количества цилиндров) и без повышения их рабочего объема (для экономии топлива). Большинство турбированных двигателей создаются на базе атмосферных, путем простой прибавки системы турбонаддува (количество цилиндров и их рабочий объем не изменяется). Вспомним хотя бы самые последние примеры — двигатели Volkswagen 1.4 FSI и 1.4 TFSI.

Что входит в систему турбонаддува?

Кроме непосредственно турбокомпрессора, нагнетающего воздух в цилиндры, в систему входят регулировочный и перепускной клапаны, система герметичных патрубков и выпускной коллектор. Немаловажной составной частью турбины является интеркулер.

Функция интеркулера состоит в том, чтобы охлаждать воздух перед его поступлением в цилиндр. Ведь, кроме того, что воздух сам по себе теплый в солнечную погоду, он еще и нагревается от элементов турбины. Охлажденный воздух имеет несколько другие физические свойства, по сравнению с нагретым. Холодный — легче сжимается и обладает большей плотностью, что делает его применение более выгодным.

Что такое «турбояма»?

Работа турбины напрямую зависит от оборотов двигателя. Поэтому на низких оборотах, когда выхлопных газов недостаточно, ротор турбины раскручивается слабо и нагнетает недостаточно воздуха в цилиндры. Этот диапазон оборотов двигателя, при котором работа турбины практически не ощущается получил название турбоямы. Турбояма особенно выражена для больших турбин, которые обеспечивают серьезный прирост в мощности двигателя. Маленькие турбины, ротор которых вращается «легче», имеют менее выраженный и продолжительный эффект турбоямы.

Twin-turbo и Bi-turbo: чем они отличаются?

Проблему турбоямы пытались решить разными способами, одними из самых известных способов являются схемы twin- и bi-turbo. Суть конструкции twin-turbo состоит в использовании для турбонаддува сразу двух турбин — маленькой и большой. Первая работает на малых оборотах, за счет ее работы и достигается эффективное «удаление» эффекта турбоямы. С увеличением оборотов, маленькая турбина отключается и «надувную» эстафету получает большая турбина. Она-то и обеспечивает солидную прибавку в мощности двигателя.

Принцип действия bi-turbo отличается принципиально. В ней для экономии размеров и веса конструкции используются 2 маленьких турбины. Обе турбины работают постоянно — это главное и очень важное отличие от схемы twin-turbo.

Этот модуль bi-turbo, установленный на трехлитровую «шестерку» от BMW, поднимает мощность двигателя до 306 «лошадок»

Турбонаддув сегодня

Современные турбированные двигатели имеют не только более низкий расход топлива и повышенную мощность, в сравнении со своими атмосферными собратьями, но и являются более экологичными. Это еще один немаловажный критерий, ведь экологические требования ужесточаются с каждым годом и атмосферным моторам (особенно «грязным» дизелям) все труднее становится вписаться в установленные рамки.

Как уже было сказано выше, технология турбонаддува сегодня используется повсеместно. Даже такие ярые приверженцы атмосферных двигателей, как немцы из BMW, не так давно начали производство и турбированных моделей, а их извечный соперник, Mercedes, и вовсе собирается полностью переключиться на турбированные агрегаты, именно в силу их экономичночти. Так что, вполне возможно, вскоре это чудо инженерной мысли будет установлено на каждом автомобиле.