Турбонаддув: простое, но не всегда надежное устройство

Принцип работы турбонаддува довольно прост: чем больше топлива сжигается в камере сгорания цилиндра, тем больше выделяется газов от его сгорания и сильнее объем их расширения и, соответственно, большей мощности двигателя можно достичь. Такая закономерность была замечена еще в начала двадцатого века и сразу же появилась идея применения системы турбонаддува в двигателе автомобиля.

 

Уже в процессе увеличения количества подаваемого топлива в камеру сгорания цилиндра разработчики обратили внимание, что возникает необходимость увеличивать объем цилиндров. Альтернатива этому – увеличение объема подаваемого кислорода в камеру сгорания. На этом и основывается принцип работы турбонаддува.

 

Первая система турбонаддува стала применяться в автомобилях в 20-30-е года двадцатого века. Сегодня можно встретить несколько разновидностей турбонаддува. Чаще всего он представляет собой компрессор, роторы которого приводятся в движение посредством ременной передачи от двигателя автомобиля или от отдельного электромотора. Реже встречается система турбонаддува в виде волнового нагнетателя, где выхлопные газы от двигателя проходят через камеры, расположенные аксиально, и создают разряжение. За счет этого разряжения и происходит нагнетание воздуха. Самой редкой конструкцией турбонаддува является спиральный наддув, где воздух нагнетается в серпообразных полостях, образуемых в результате колебательных движений одной из спиралевидной части.

 

В настоящее время большинство дизельных двигателей оснащаются турбонаддувом в виде компрессора, имеющего привод от турбины. Кроме того, таким турбонаддувом могут оснащаться и бензиновые двигатели.

 

Усилитель

 

Принципиально устройство турбокомпрессора очень простое. Он представляет собой единый корпус, в котором находится две турбины, расположенные на одном валу. Один ротор компрессора вращается за счет энергии отработанных газов и приводит во вращение второй ротор, который нагнетает воздух в камеру сгорания цилиндра. С первого взгляда конструкция очень проста, но такая простота влечет за собой некоторые инженерные проблемы, которые делают систему турбонаддува дорогостоящей.

 

Самой главной проблемой турбины является ее инерция. Простыми словами, при увеличении оборотов двигателя турбине нужно некоторое время, чтобы начать вращаться в полном объеме. Водители называют такой эффект «турбоямой», то есть водитель резко жмет на педаль акселератора, но автомобиль начинает увеличивать скорость не сразу, а спустя некоторое время, лишь затем начинает развивать скорость. При этом на больших оборотах турбина нагнетает слишком большое количество воздуха, а при низких – недостаточное количество.

 

Решение такой проблемы нашли в установке системы управления за давлением наддува. В таком случае излишки получаемого в результате вращения ротора воздуха могли пропускать мимо турбины. Данная система позволила на больших оборотах не нагнетать весь воздух от ротора в камеру сгорания, а при небольших оборотах, наоборот, направлять весь поток воздуха в камеру сгорания. Это привело к тому, что пропал эффект «турбоямы». Достигается этот результат за счет установки заслонок или клапанов, величина открытия которых регулируется электроникой. Кроме того, иногда дополнительно к компрессору устанавливается механический агрегат, который обладает мгновенным откликом на нажатие педали газа, за счет чего эффекта «турбоямы» практически не возникает.

 

Кроме конструктивных особенностей турбины, «побороть» эффект возникновения инерции можно с помощью правильного подбора материала для изготовления турбины. Он должен быть в первую очередь прочным, ведь температура отработанных газов, поступающих в турбину, может достигать тысячи градусов, а частота вращения роторов – 21 000 оборотов в минуту. Кроме того, материал должен быть легким. Поэтому чаще всего для изготовления вращающихся элементов турбины используется жаропрочный сплав никеля, который отливается в вакууме, а для изготовления корпуса – высокопрочный легированный чугун.

 

В настоящее время можно уже встретить автомобильные турбины, изготовленные из полимерных материалов и даже керамики. Такие материалы позволяют добиться минимального веса турбины, не теряя прочности.

 

Враги турбокомпрессора

 

В настоящее время ресурс работы турбины очень большой. Часто он равен и даже превышает ресурс работы двигателя. Однако производители обещают такие высокие сроки эксплуатации турбины только при правильном ее техническом обслуживании.

 

Турина представляет собой узел автомобиля, который практически всегда работает при высоких нагрузках, поэтому требует своевременного обслуживания. Самое элементарное – своевременная замена масла. При несвоевременной замене масла абразивные частицы, образовавшиеся в результате работы двигателя, с маслом попадают к вращающимся деталям турбины, вызывая их преждевременный износ.

 

Требовательна турбина и к работе других систем автомобиля, таким как система охлаждения или система прокачки масла. Как правило, масло играет не только роль смазки, но и роль охлаждающей жидкости. Если же система прокачки масла не работает должным образом, то недостаток масла в области работы вращающихся элементов приводит к их износу.

 

В целом работу систему турбонаддува можно сравнить со снежным комом, когда даже самая незначительная неисправность, которая не была вовремя диагностирована и устранена, влечет за собой серьезные последствия.