Каков принцип действия турбонаддува в современных дизельных моторах, часто применяемых на легковых автомобилях. За счет чего при этом увеличивается мощность двигателя?

Для того чтобы увеличить мощность двигателя, не раздувая при этом его габариты и вес, в последнее время находят всё большее распространение силовые автомобильные агрегаты с турбонаддувом. Это позволяет получить прирост мощности в 25%. Если к этому добавить промежуточное охлаждение воздуха, то можно почти вдвое сделать двигатель мощнее. Для того чтобы понять принцип действия наддува, начнем с азов.

Как и в каких условиях сгорает топливо в цилиндрах двигателя? Известно, что для сгорания бензина или дизельного топлива необходим кислород. Вообще говоря, горение, это химическая реакция окисления, то есть соединение любого вещества с кислородом. Кислород в свою очередь, непременная составляющая атмосферного воздуха. Поэтому, для того чтобы заставить полностью сгореть топливо в силовом цилиндре, его тщательно разбавляют в определенной пропорции воздухом либо непосредственно в цилиндре, либо до него (в зависимости от типа двигателя). Сколько нужно подать воздуха, легко просчитывается, но при этом его расчетное количество немного завышают в реальных условиях, делая скидку на несовершенство процесса смесеобразования. После выполнения этого требования топливо полностью (или почти полностью) должно сгореть в камере сгорания цилиндра и выполнить свою работу при условии обеспечения других необходимых обстоятельств (качественное смесеобразование, правильно организованное по времени зажигание или самовоспламенение и многое другое). Так работает обыкновенный «атмосферный» мотор.

Вы, наверное, уже поняли, что для того чтобы сжечь больше топлива в одном и том же объёме, а другими словами, увеличить мощность, необходимо подать больше воздуха. Этого можно добиться, сжав воздух любым способом. Самый проверенный и распространенный способ, компрессор, как правило, центробежный. Но его надо привести в действие, заставить крутиться. Можно в качестве привода использовать механическую энергию коленчатого вала через ременную, цепную или зубчатую передачи. Такой способ был использован в начале работ по организации наддува, но встречается он и до сих пор. Его возможности далеко не исчерпаны, а основное достоинство, отсутствие инерционности в работе (быстрая реакция на изменившиеся условия эксплуатации, так как осуществлена непосредственная механическая связь с коленвалом). Компания Daimler-Benz, стоявшая у истоков механического наддува, в последнее время возвращается к нему на двигателях объёмом 2,3 литра.

Но самый распространенный способ заставить вращаться компрессор, это использовать энергию выхлопных газов, то есть утилизовать то, что вылетает в выхлопную трубу. Чтобы этого добиться, компрессор агрегатируют (сажают на один вал) с турбиной, как правило, осевой. Прежде чем выхлопные газы выбросить в атмосферу, их направляют через сопловый аппарат на рабочие лопатки турбины, что приводит к ее вращению. Турбина, сидящая на одном валу с компрессором, заставляет его сжимать воздух. Вот теперь сжатый воздух можно направлять в смесеобразующую камеру или непосредственно в цилиндр. Созданы все условия для увеличения подачи топлива, а значит, и для прибавки мощности, не изменяя объем камеры сгорания.

Турбокомпрессоры, использующие достаточно высокую кинетическую энергию выхлопных газов, имеют небольшой недостаток, инерционность, который, впрочем, устраняется разного рода ухищрениями. Но это усложняет конструкцию двигателя. Есть ещё проблемы при работе на холостом ходу (при малых оборотах), но это тоже, так или иначе, решается.

Иногда для увеличения эффективности наддува применяют промежуточное охлаждение наддувочного воздуха или двухступенчатое турбонагнетание. Все это, в сочетании с правильно и рационально сконструированными и скомпонованными другими узлами и системами двигателя, позволяет получить современный мощный и экономичный автомобильный поршневой мотор, которому по эффективности использования пока нет равных (самый высокий коэффициент полезного действия) среди альтернативных установок, для выработки механической энергии.

Чаще всего турбонаддув применяется на дизелях, но приемлем он также и для бензиновых двигателей.