Турбонаддув - это фантастическая, достигающая 1200 л. с, мощность всего лишь полуторалитровых двигателей гоночных автомобилей "Формулы 1", это поразительная экономичность серийных двигателей при относительно низких степенях сжатия. Неслучайно же турбонаддув привлекает сегодня внимание не только специалистов в области моторостроения, но и все более широких кругов людей, близких к миру водномоторной техники, авто- и мотоспорта.

Итак, что же такое турбонаддув? Разберемся подробнее.

С момента появления двигателя внутреннего сгорания было ясно, что для получения максимальной мощности двигателя, имеющего заданный рабочий объем, нужно обеспечить поступление в цилиндры максимального количества топливо-воздушной смеси за те считанные доли секунды, что отводятся рабочем циклом на освобождение полости цилиндра от отработавших газов (продувку в двухтактном двигателе) и всасывание горючей смеси.

В первый период развития ДВС моторостроители стремились повысить мощность двигателей за счет улучшения их конструктивных параметров: расширяли фазы впуска и выпуска, увеличивали высоту подъема и площадь проходных сечений клапанов, применяли практически безынерционные системы привода клапанов, идеально чистые и плавные трубопроводы топливо-воздушной смеси и отработавших газов, использовали резонансные явления в системах впуска и выпуска. Все это способствовало улучшению наполнения цилиндров свежим зарядом, а значит, и увеличению мощности.

Конструктивные меры, однако, оказались почти исчерпанными, и дальнейшие попытки некоторых горе-изобретателей довольно быстро приближали вынужденный ремонт двигателя. И тогда возникла идея перед пуском топливо-воздушной смеси в цилиндр сжать ее до повышенного давления при помощи компрессора или другого нагнетателя. Ведь в объеме заряда смеси основную часть занимает воздух - для сгорания каждого килограмма топлива требуется около 15 кг воздуха! Так появились системы наддува, в которых использовались поршневые компрессоры, а затем и объемные нагнетатели с механическим приводом от коленвала самого двигателя.

Уже при первых попытках использования наддува удалось добиться увеличения мощности на 50-75%, по сравнению с лучшими показателями двигателей без нагнетателей. В 1921 г. появились автомобильные двигатели "МерседесДаймлер" с наддувом, в 1922-1923 гг.- "Фиат" и "Санбим". В авиации приводной центробежный нагнетатель одним из первых применил в 1927 г. конструктор А. А. Бессонов. Кстати, именно в авиационных поршневых двигателях наддув оказался особенно эффективным для сохранения мощности. Воздух на больших высотах сильно разрежен и для получения "земной" мощности в цилиндры двигателя необходимо подавать в единицу времени значительно большие его объемы.

Однако повышение литровой мощности за счет наддува от нагнетателя с механическим приводом доставалось дорогой ценой. Во-первых, часть выигрыша в мощности затрачивалась на привод нагнетателя. Например, диагностика двигателя "Мерседес-Бенц" объемом 3 тыс. см, развивающего эффективную мощность 425 л.с, показала, что на привод нагнетателя расходовалось 160 л.с.

Во-вторых, при повышении давления наддува возрастают давление и температура газов в конце хода сжатия, появляется детонация - преждевременное воспламенение смеси. Для ее устранения приходится уменьшать степень сжатия, что влечет большие потери тепла с отработавшими газами.

Таким образом, двигатели с наддувом имели пониженный механический КПД и отличались повышенным расходом топлива. Отработавшие газы выходили из цилиндров двигателя под большим давлением и их энергия просто рассеивалась в атмосфере. Именно последний фактор и был использован в дальнейшем для повышения КПД и экономичности двигателей с наддувом. Энергию отработавших газов заставили приводить во вращение нагнетатели воздуха.

Было предложено много вариантов. В простейшем из них на выпуске газов из двигателя устанавливался центробежный нагнетатель. Устройство получилось компактным, с минимальной массой и высокой частотой вращения ротора - 50-200 тыс. об/мин. Давление наддува регулируется автоматически - в зависимости от нагрузки двигателя, а противодавление на выпуске отработавших газов компенсируется давлением воздуха на поршень в течение тактов впуска. Благодаря этому общий термический КПД двигателя с такой системой наддува оказался сравнительно высок. Более того, при удачном размещении выпускного и впускного патрубков была достигнута высокоэффективная продувка цилиндров за счет инерции газов.

Автор: О.Лобусов