Турбонагнітач. Пристрій і принцип роботи - все про авто

Що таке турбокомпресор? Це компресор, покликаний нагнітати повітря, але його привід здійснюється не від коленвала через ремінну передачу, а використовуючи енергію відпрацьованих газів. Розглянемо пристрій і принцип роботи турбонагнітачів.

Принцип роботи турбонагнітача

Робота турбонагнітача гранично проста. Вихлопні гази, проходячи в турбіну, приводять в обертання ротор. Колесо відцентрового компресора жорстко закріплено на осі ротора і обертається з тією ж швидкістю.

Чим більшою енергією володіють вихлопні гази, тим швидше обертаються колеса турбіни і, відповідно, компресори. Чим більше повітря подається в циліндри, тим більше палива може згоріти, тим вище потужність. При цьому частота обертання турбокомпресора може бути дуже і дуже високою – 150 тис. об/хв.

Більшість турбонагнітачів мають механізм зміни геометрії турбіни. Додаткове кільце з керованими направляючими лопатками дозволяє підтримувати потік вихлопних газів не тільки постійним, а й керувати ним. Так, на низьких обертах, коли потік невеликий, поперечний переріз турбіни зменшується, що збільшує швидкість газів, що надходять на колесо, підвищуючи її потужність. На високих обертах лопаті повністю відкривають вхід газів, збільшуючи пропускну здатність турбіни.

Таке гнучке управління дозволяє не тільки розширити діапазон ефективної роботи турбонагнітача, але і істотно знизити споживання палива і шкідливі викиди. Турбонагнітач із змінною геометрією турбіни забезпечує ефективну роботу не тільки високих, але і на низьких обертах двигуна.

Плюси і мінуси турбонагнітачів

Перевага в тому, що, на відміну від механічних нагнітачів, що приводяться від колінчастого вала і віднімають потужність безпосередньо біля двигуна, турбонагнетатели фактично використовують дармову енергію, яка в звичайному двигуні просто викидається з вихлопної труби. Це робить турбонагнетатели більш ефективними, ніж механічні.

Одночасно турбонаддув дозволяє отримати високі потужності – понад 300 л. с. з одного літра об'єму. Двигун з турбонагнітачем має потужність на 40% вище, ніж без нього. Як не дивно, але турбовані двигуни більш економічні. Низький ККД двигуна внутрішнього згоряння обумовлюється втратами на тертя і низькою тепловою ефективністю. Із збільшенням розмірів мотора ці втрати різко збільшуються. Невеликі турбовані мотори у цьому зв'язку більш кращі.

Турбонагнетатели недосконалі і володіють рядом проблемних місць. Саме помітне – ефект «турбоями». Відсутність механічного зв'язку між компресором і двигуном призводить до невідповідності між необхідною потужністю, що задається водієм педаллю "газу" і продуктивністю компресора.

Недоліком турбокомпресорів вважається невисока ефективність роботи на малих обертах двигуна. Але і ця проблема знаходить свої рішення. Турбіни зі змінною геометрією, установка двох і більше турбін, що працюють паралельно (системи bi-turbo), дозволяють підвищити віддачу системи.

Турбокомпресори мають ті ж недоліки, що і відцентрові нагнітачі. Для ефективної роботи вони повинні обертатися з дуже високою швидкістю. Плюс високий нагрів (порядку 1000 °С), складності в мастилі, відвід тепла. Підвищені температури позначаються не тільки на змащення деталей турбонагнітача, але і на нагнітали повітрі: його охолодження виявляється гострим питанням. Для ефективного охолодження інтеркулер розраховується і підбирається з особливою ретельністю.

Як і в будь-якому нагнітальному пристрої, в турбонагнетателе необхідний клапан, спускающий зайвий тиск. З турбіною ще складніше. Тут потрібно не лише стежити за тиском наддуву, але і перепускати вихлопні гази, щоб знизити надлишок тиску у випускному колекторі, та виключити надмірно високу швидкість обертання ротора на високих обертах двигуна.

Потрібно сказати, що після роботи на підвищених обертах турбіна має «відпочити» на холостих обертах. Попрацювавши так кілька хвилин, турбіна остигає, і її можна зупинити. Пристрій, іменоване турботаймером, дозволяє при вимиканні запалювання глушити двигун через час, який можна запрограмувати, або воно визначається автоматично, виходячи з температури мотора. За відсутності такого приладу водій повинен забезпечити «режим охолодження» самостійно.

Механічні нагнітачі або турбонагнетатели?

Порівнюючи нагнітачі з механічним приводом і турбоприводом, треба відзначити один факт. Масове виробництво дозволяє автомобільної промисловості істотно знижувати собівартість моторів з турбонагнітачами. Використання ж в тюнінгу пов'язане з чималими труднощами, перш за все в установці.

Аналогічні відцентрові механічні нагнітачі більш зручні і прості в установці і експлуатації. Однак гідності турбонагнітачів призводять до того, що їх найчастіше використовують при тюнінгу двигуна. Існують готові комплекти для різних авто.


На закінчення слід сказати: турбонагнетатели поза сумнівом цікаві, не дарма більшість спортивних машин оснащуються турбінами. Високий ККД та інші позитивні фактори роблять їх привабливими як для звичайних автомобілів, так і для тюнінга.