Похоже, дни создания автомобилей без турбонагнетателей подходят к концу. В современных городских, семейных автомобилях и даже некоторых суперкарах будущее принадлежит принудительной индукции, отчасти из-за законов о выбросах, но также и потому, что технология развивается не по дням, а по часам. Когда дело доходит до сочетания более высокой производительности с более низким расходом топлива, инженеры почти вынуждены проектировать свои новейшие двигатели с использованием технологии турбонаддува.
Как работает турбонаддув
Для бензиновых двигателей соотношение воздух-топливо 14,7:1 обеспечивает полное сгорание всего, что находится в цилиндре. Любое большее количество является пустой тратой топлива. В безнаддувном двигателе частичный вакуум, создаваемый опускающимся поршнем, втягивает воздух в цилиндр, используя отрицательное давление внутри для всасывания воздуха через впускные клапаны.
Это простой способ, но он сильно ограничен с точки зрения подачи воздуха, как у человека с апноэ во сне. В двигателе с турбонаддувом свод правил переписан. Вместо того, чтобы полагаться на вакуумный эффект поршня, двигатель с турбонаддувом использует воздушный насос, чтобы нагнетать воздух в цилиндр, точно так же, как маска от апноэ во сне нагнетает воздух в нос.
Делать больше с меньшими затратами
Хотя турбонагнетатели могут сжимать воздух при давлении до 5 бар выше стандартного атмосферного давления, в дорожных автомобилях они, как правило, работают при более спокойном давлении от 0,5 до 1 бар. Практический результат заключается в том, что при давлении наддува в 1 бар двигатель получает в два раза больше воздуха, чем если бы он был без наддува.
Это означает, что блок управления двигателем может впрыскивать в два раза больше топлива, сохраняя при этом идеальное соотношение воздух-топливо, создавая гораздо больший взрыв. Но это только половина трюков турбокомпрессора. Если сравнить 4,0-литровый безнаддувный двигатель и 2,0-литровый двигатель с турбонаддувом с давлением наддува 1 бар, то первый потребляет больше топлива даже на холостом ходу и при небольшой нагрузке на двигатель.
Разница в том, что при полностью открытой дроссельной заслонке двигатель с турбонаддувом будет использовать максимально возможное количество воздуха и топлива — в два раза больше, чем безнаддувный двигатель того же объема, или ровно столько же, сколько атмосферный 4,0-литровый. Это означает, что двигатель с турбонаддувом может работать на любом уровне от скудных 2,0 литров до мощных четырех литров, благодаря принудительной индукции. Так что, это случай экономии топлива небольшого двигателя для бережного вождения и большой мощности двигателя, когда вы этого хотите.
Гениальное инженерное решение
Сам турбокомпрессор по своей сути гениален. Когда двигатель работает, выхлопные газы проходят через турбину, заставляя ее вращаться с невероятной скоростью — обычно от 75 000 до 150 000 раз в минуту. Турбина прикручена к воздушному компрессору, а это значит, что чем быстрее крутится турбина, тем быстрее крутится компрессор, всасывая свежий воздух и нагнетая его в двигатель.
Турбо работает по скользящей шкале, в зависимости от того, насколько сильно вы нажимаете на педаль газа. На холостом ходу выхлопных газов не хватает для того, чтобы турбина набрала сколько-нибудь значимую скорость, но когда вы разгоняетесь, турбина раскручивается и обеспечивает наддув. Если вы упираетесь правой ногой, вырабатывается больше выхлопных газов, которые сжимают максимальное количество свежего воздуха в цилиндры.
Особенность турбонаддува дизельных двигателей
Все дизельные двигатели (без наддува и с наддувом) работают за счет сжигания топлива в избытке воздуха в так называемой системе сжигания обедненной смеси. Единственный раз, когда безнаддувные дизельные двигатели приближаются к «идеальной» воздушно-топливной смеси, это при полном ускорении, когда топливные форсунки широко открыты.
Поскольку дизельное топливо менее летучее, чем бензин, при его сжигании без большого количества воздуха образуется огромное количество сажи, также известной, как дизельные частицы. Заполняя цилиндр воздухом, турбодизели могут избежать этой проблемы. В то время как, турбонаддув является удивительным улучшением для бензиновых двигателей, он также спасает дизельный двигатель от превращения в ненужный реликт.
