Турбонаддув двигателей легковых автомобилей.
Наддув — сжатие воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя внутреннего сгорания.
Этот способ позволяет поместить в одном том же объеме цилиндров большее количество топливно-воздушной смеси и, соответственно, увеличить мощность двигателя. Кроме того, наддув дает возможность конструкторам уменьшить рабочий объем двигателя (соответственно габарит и массу) при сохранении той же мощности.
Наддув осуществляется с помощью специальных нагнетателей (компрессоров) различных конструкций. Они приводятся в действие от коленчатого вала или от энергии отработавших газов. Последний способ называется турбонаддувом, а нагнетатель — турбокомпрессором. Он получил наибольшее распространение благодаря использованию незадействованной энергии отработавших газов.
Принцип турбонаддува двигателя внутреннего сгорания (ДВС) заключается в повышении мощности двигателя за счет улучшения наполнения цилиндров двигателя топливовоздушной смесью для повышения среднего эффективного давления цикла, который сопровождается существенным увеличением объема воздуха. При этом существует лишь один вид атмосферного наддува — так называемый резонансный наддув, при котором используется кинетическая энергия объема воздуха во впускных коллекторах, и технически реализуемый с помощью воздушных коллекторов переменной длины и тщательной настройкой фаз газораспределения двигателя. Все остальные виды наддува связаны с увеличением давления поступающего в цилиндры воздуха выше атмосферного, используя для этого различные механические, электромеханические и газодинамические способы.
При турбонаддуве в качестве привода используется отработавший газ, который в обычном случае просто выбрасывается в атмосферу, без утилизации его энергии в полезную работу. Выхлопные газы подаются в турбину, где отдают часть своей энергии, раскручивая ротор турбокомпрессора, и затем поступают через приемную трубу в глушитель. На одном валу с лопаточным колесом турбины находится колесо компрессора, который засасывает воздух из воздушного фильтра, повышает его давление на 30-80% (в зависимости от степени наддува) и подает в двигатель. В один и тот же литраж (объем) двигателя поступает большее по весу количество рабочей смеси и, следовательно, обеспечивается достижение на 20-50% большей мощности, а за счет использования энергии выхлопных газов повышается КПД двигателя и снижается удельный расход топлива на 5-20%.
Турбонаддув бензиновых двигателей приобретает в настоящее время все более широкое распространение, несмотря на некоторые возникающие при этом проблемы. Первая — это детонация, появляющаяся вследствие повышенного давления конца такта сжатия и накладывающая ограничения по максимальной величине объемной степени сжатия в цилиндрах, и повышенные требования к качеству бензина, а именно к октановому числу. Во-вторых, предельно высокая максимальная температура рабочего цикла бензинового двигателя с турбонаддувом требует повышенного внимания к выбору материалов выпускной системы и лопаток турбины, конструкции корпусных деталей турбокомпрессора (ТКР), необходимости дополнительного охлаждения подшипникового узла ТКР, а также к эксплуатационным качествам моторного масла.
При эксплуатации автомобилей с турбонаддувом следует использовать моторные масла, специально предназначенные для турбированных двигателей, так как тепловые и механические нагрузки в них намного выше, чем в безнаддувных. Следует также уделять больше внимания качеству заливаемого масла.
Несвоевременная замена воздушного фильтра может привести к резкому повышению разрежения на входе в компрессор. Из-за резкого перепада давлений масло засасывается из корпуса ротора в компрессор. Это приводит к повышенному расходу масла, образованию нагара в камерах сгорания, повышению токсичности отработавших газов.
Поскольку турбокомпрессор является высокоточным и дорогостоящим узлом, его обслуживание и ремонт следует доверять только квалифицированным специалистам, обладающим достаточным опытом и имеющим необходимое оборудование.