Сегодня турбированным двигателем в автомобиле никого не удивишь. Технология турбонаддува так прочно вошла в мир автомобилестроения и стала настолько рядовым. При этом турбиной сейчас оснащаются и спорт кары и городские малолитражки, но при этом мало кто знает, в чем принцип действия турбины, кроме громкого «мощнее». Для того чтобы это понять- обратимся к курсу физики. 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 это 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» , но в современном мире это уже не так эффективно и весьма специфично.
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.
По сути своей идея турбины весьма проста. Если у нас есть цилиндр, допустим объема V и мы в него будем запускать смесь при 1атм (т.е. при нормальном давлении), то это будет обычный двигатель. Но если мы на входе создадим добавочное давление (допустим еще 1 атм), то при идеальных условиях (мы не берем в расчет, пока что, нагревание воздуха и изменение его плотности) у нас в цилиндре будет уже 2 атмосферы, что, условно говоря, равносильно увеличению рабочего объема в 2 раза. Теперь стоит другой вопрос, а за счет чего раскручивать наш нагнетатель. Тут принципиальных вариантов два: механическим путем или за счет выхлопных газов. Суть первого способа элементарно проста: нагнетатель присоединяю напрямую к коленвалу автомобиля, и он раскручивается от него. Плюсы такой системы- отсутствие турбоямы, но как правило и меньше добавочное давление, к тому-же он будет его создавать практически линейно. Второй вариант- турбо наддув, где турдина раскручивается от выхлопных газов. Данная схема может создать куда большее добавочное давление, но как минус- эффективная работа только на повышенных оборотах.
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.
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.
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
| 
