Из всех возможных вариантов наддува двигателя внутреннего сгорания наиболее популярным является турбонаддув, в котором воздух подается в цилиндры через специальное устройство — турбонагнетатель (турбину). Турбина вращается за счет выхлопных газов, что позволяет значительно увеличить мощность двигателя без увеличения частоты вращения. Кроме того, турбонаддув обеспечивает высокие значения крутящего момента при низком расходе топлива. По сравнению с классическими моделями, двигатель с турбонаддувом имеет более компактные размеры при той же мощности.
Как устроен турбонаддув
На практике турбокомпрессор используется как в дизельных, так и в бензиновых двигателях. Однако эта система чаще всего встречается в дизельных двигателях, так как они характеризуются высокой степенью сжатия, низкими температурами выхлопных газов и низкими оборотами коленчатого вала. Более высокая степень сжатия увеличивает мощность двигателя с турбонаддувом и увеличивает его эффективность.
В бензиновых двигателях температура выхлопных газов выше, что может вызвать детонационный эффект, что приведет к быстрому износу поршневого узла. Чтобы избежать этого явления, необходимо использовать бензин с более высоким октановым числом, что не всегда экономически выгодно.
Система турбонаддува состоит из следующих элементов:
- Воздухозаборник;
- Воздушный фильтр;
- Перепускной клапан — регулирует подачу выхлопных газов;
- Дроссельная заслонка — регулирует подачу всасываемого воздуха;
- Турбокомпрессор: увеличивает давление воздуха во впускной системе. Он состоит из турбинного и компрессорного колес;
- Интеркулер — охлаждает воздух, способствуя лучшему наполнению цилиндров и уменьшая вероятность детонации;
- Датчики давления — измеряют давление в системе;
- Впускной коллектор — распределяет воздух по цилиндрам;
- Соединительные трубы — необходимы для соединения элементов системы между собой.
Принцип действия турбокомпрессора
Принцип действия системы турбонагнетателя следующий:
- Выхлопные газы двигателя, проходя через турбокомпрессор, вращают колесо турбины.
- Вращение турбинного колеса передается на компрессорное колесо, так как они закреплены на одной оси.
- Компрессор сжимает воздух из воздухозаборника и направляет его в промежуточный охладитель.
- Интеркулер охлаждает воздух и далее он поступает во впускное отверстие цилиндра двигателя.
Турбокомпрессор дает возможность регулировать давление выхлопных газов на лопатках турбины, чтобы избежать избыточного давления наддува в системе. Это делается с помощью перепускного клапана, который управляется пневматически или электрически. В свою очередь, приводом управляет электронный блок управления, который получает информацию от датчиков давления.
Эксплуатационные характеристики двигателей с турбонаддувом
В режимах разгона автомобиля из-за инерции системы возникает явление, называемое «турбо-лаг». Суть явления такова:
- Автомобиль движется с постоянной небольшой скоростью.
- Турбина вращается в соответствующем режиме.
- Еще больше топлива закачивается в цилиндры двигателя при сильном нажатии на педаль акселератора.
- После сгорания образуются выхлопные газы, которые с большей силой действуют на турбину и увеличивают мощность двигателя. Однако происходит это с некоторой задержкой.
Итак, между моментом нажатия на педаль и фактическим разгоном автомобиля существует определенная задержка — «турбо-лаг». Кроме того, это явление проявляется в виде недостаточного крутящего момента на низких оборотах двигателя.
Разнообразие систем турбонаддува
Производители разработали несколько способов устранения «турбо-лага»:
- Турбина с изменяемой геометрией. Проект предполагает изменение сечения входного канала. Следовательно, поток выхлопных газов регулируется.
- Два последовательно установленных турбонагнетателя -Twin Turbo. Для каждого режима работы двигателя — свой компрессор.
- Два турбокомпрессора параллельно — Bi Turbo. Раздельная схема турбин снижает инерцию системы, и турбо задержка становится менее заметной.
- Комбинированный наддув. Устройство обеспечивает как механический наддув, так и турбонаддув. Первый запускается на низкой скорости, второй — на высокой.
Турботаймер для чего он нужен
Другой стороной инерции системы турбонагнетателя является необходимость постепенного снижения скорости. Не выключайте зажигание внезапно после того, как двигатель работает на высоких оборотах. Это связано с тем, что подшипники будут продолжать вращаться, и, поскольку масло не подается в систему, возникает повышенное трение. Это, в свою очередь, вызовет быстрый износ вала турбины.
Для решения этой проблемы используется турботаймер. Это устройство устанавливается на панели и подключается к цепи зажигания. После выключения зажигания ключом система запускает таймер, который через некоторое время выключает двигатель, позволяя турбине снизить скорость до приемлемых значений.
Преимущества и недостатки турбонагнетателя
Подводя итог, можно выделить плюсы и минусы использования турбокомпрессора в двигателе. Среди преимуществ:
- бОльшая мощность двигателя;
- увеличение КПД двигателя;
- снижение расхода топлива.
К недостаткам можно отнести:
- малый крутящий момент при низких оборотах двигателя;
- более высокая стоимость;
- более сложное обслуживание и эксплуатация.
