Чем больше топлива сжечь в цилиндре - тем больше образуется газов при его сгорании - тем больше и сила их расширения - и тем, соответственно, выше мощность двигателя. Но увеличивать одну только подачу топлива бесполезно - без кислорода оно не будет сгорать полностью.
Поэтому, чтобы поднять мощность, нужно либо увеличивать объем цилиндров, либо - подавать в тот же объем больше воздуха, в котором сможет сгорать больше топлива.
Таким образом, смысл наддува двигателя внутреннего сгорания - улучшить наполнение цилиндров двигателя топливовоздушной смесью для повышения среднего эффективного давления цикла и, как следствие, мощности двигателя путем принудительного увеличения заряда воздуха, поступающего в цилиндры.
Устройство турбокомпрессора представлено двумя турбинами - роторами с лопатками, установленными на общем валу и заключенными в единый корпус. Одна из турбин вращается за счет потока выхлопных газов.
При работе двигателя с турбонаддувом они сначала попадают в турбину, отдавая часть своей энергии, раскручивают ротор турбокомпрессора тем самым, вызывают вращение другой турбины, присоединённую к ротору. Последняя нагнетает воздух в цилиндры.
После этого выхлопные газы через приемную трубу идут в глушитель и выбрасываются в атмосферу.
Что касается компрессора, засасывающего воздух из воздушного фильтра, он повышает его давление на 30 - 80 % перед подачей в двигатель. Смысл этого состоит в том, что при одном и том же литраже, иными словами объёме двигателя, в него может поступать 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%.
При явной позитивной стороне использования турбонаддува, существуют, конечно же, и недостатки. Общеизвестными недостатками систем турбонаддува являются эффекты «турбоямы», вызванные инерционностью турбины. Проявляется это в том, что на резкое нажатие на газ двигатель «подтормаживает с ответом», а потом резко «подхватывает».
Другим отрицательным моментом инерционности является нагнетание воздуха под чрезмерным давлением при раскручивании турбины на высоких оборотах. Соответственно, при незначительном потоке выхлопных газов, вызванном низкими оборотами, турбина наоборот крутится слабо.
Вследствие повышения давления конца такта сжатия возникает детонация. Это накладывает ограничения на максимальную величину объемной степени сжатия в цилиндрах, и повышает требования к качеству бензина, а именно к октановому числу. Чем оно выше, тем степень детонации ниже.
Существует ряд технических решений, направленных на преодоление этих недостатков: Например, это система управления давлением наддува, представленное клапанами или заслонкой, которые при высоком давлении направляют часть выхлопных газов мимо турбины, или напротив, создают максимальное давление, когда его недостаточно, направляя весь поток газов на турбину.
Она начинает вращаться быстрее и уменьшает эффект «турбоямы». Существует также конструкция турбины с управляемыми поворотными лопатками, дающими возможность изменения параметров турбины в широких пределах.
При выборе системы турбонаддува, следует учитывать также и материалы, из которых изготовлены рабочие механизмы (выпускная система и лопатки турбины, конструкция корпусных деталей турбокомпрессора). Следует учитывать, что при работе двигателя с турбонаддувом достигается предельно высокая максимальная температура рабочего цикла.
Температура выхлопных газов, поступающих на колесо турбины, составляет от 650-750° С у дизеля и может достигать 1000° С у бензинового мотора, а частота вращения находится в пределах 4 000-21 000 об/мин. Поэтому колесо турбины отливается в вакууме из жаропрочного никелевого сплава, а корпус - из высокопрочных и высоколегированных марок чугуна.
Вместе с тем, на сегодняшний день появились перспективные конструкции из керамики и полимерных материалов, например монолитные турбины из спеченного карбида кремния, которые весят в 3 раза меньше обычных при той же механической прочности.
Поскольку очевидным есть то, что система турбонаддува подвергается достаточно сильной нагрузке, долгосрочность её успешной эксплуатации зависит не только от технических характеристик и материалов, выбранных для её изготовления, но и соблюдения всех предписанных норм по периодичности техобслуживания.
Это система, которая практически постоянно находится в состоянии активного напряженного режима работы. Наибольший негативный эффект приносят несвоевременная замена масла или установка некачественного фильтра. В этом случае циркулирующие по масляной системе абразивные частицы (продукты работы двигателя) начинают попадать в подшипниковый узел турбокомпрессора и вызывают его износ.
Аналогичным образом при разгерметизации впускного тракта и попадании грязного воздуха мимо фильтра, пыль и песок, содержащиеся в нём могут сточить лопатки турбины.
Для хорошей работы турбокомпрессора важным есть отлаженность таких систем двигателя, как системы охлаждения и прокачки масла. В случае ухудшения прокачки масла подшипники компрессора начинают интенсивно изнашиваться - и скоро станет необходимым ремонт.
Сигналами неисправности агрегата турбокомпрессора являются: падение мощности двигателя, повышенный расход масла в моторе, появление масляных потеков на патрубках впускного и выпускного трубопроводов, вдруг появившийся посторонний звук, черный или синий окрас дыма из выхлопной трубы.
При покупке новой машины в салоне, соблюдении сроков гарантийного техобслуживания проблем с турбонаддувом практически не возникает, но, если вы приобрели машину, «бывшую в употреблении», особенно, если не знаете, насколько её бывший хозяин был щепетилен в уходе за ней, не откладывайте визит в автосервис для диагностики.
Потому что если дело дойдёт до ремонта турбокомпрессора, меньше чем 500-700 долларов заплатить не получится.