Смесь воздуха и топлива, горючая смесь, поступает в цилиндр двигателя, воспламеняется и быстро сгорает. Эта химическая реакция приводит к росту давления, которое толкает поршень вниз. Движение поршня с помощью кривошипно-шатунного механизма преобразуется во вращение, которое через трансмиссию передаётся на колёса и заставляет автомобиль ехать. То, сколько топлива и каким образом сгорает в цилиндрах двигателя и определяет мощность и тягу.
Самый простой способ повысить мощность – это добавить побольше топлива. Горючую смесь обогащают, так это называется. Но не всё здесь просто.
Имеется определённое соотношение воздуха и топлива, при котором происходит полное сгорание. То есть, в выхлопе нет ни топлива, ни воздуха, а только продукты их взаимодействия. Такое соотношение называется стехиометрическим.
Если поддать топлива больше, то мощность возрастёт, но сгорать оно будет не всё. Часть топлива вместе с выхлопными газами будет попадать в раскалённый глушитель и взрываться. Что слышится как хлопки при разгоне полуспортивных автомобилей. Ещё большее добавление топлива в горючую смесь приводит к тому, что гореть оно начинает хуже, и мощность падает.
В обычных, гражданских двигателях горючую смесь, наоборот, обедняют, дают чуть меньше топлива. Это для того, чтобы уменьшить его расход и обеспечить полное сгорание. Контролируется этот процесс датчиком кислорода в выхлопных газах, так называемым лямбда-зондом. И здесь имеется свой оптимум, если смесь очень уж сильно обеднить, то мотор просто не потянет.
Так за счёт чего же постоянно растёт мощность двигателей?
За счёт более полного сгорания. В простейшем моторе свеча, «пыхнув» поджигает горючую смесь только вокруг себя. Поршень движется, объём камеры сгорания меняется, и приличная часть смеси не успевает сгореть. Для борьбы с этим стали подбирать форму камеры сгорания, завихрять смесь для лучшего перемешивания, ставить несколько свечей с последовательным включением. В современных моторах топливо впрыскивается не всё сразу, а за несколько фаз, в нужное время и в необходимом количестве.
Сейчас достигнут практический предел по мощности двигателей, в них научились сжигать всё подающееся топливо. Так как же ещё повысить мощность?
Очень просто, «запихнуть» в двигатель больше воздуха. Буквально «вогнать» под давлением. Для этого на впуске ставится насос-нагнетатель (на рисунке). Больше воздуха позволяет сжечь больше топлива, и мощность растёт. Даже если крутить насос от двигателя, отбирая часть мощности, то её прирост всё равно больше. Такие нагнетатели для наддува моторов стали использовать ещё до Второй мировой войны, сначала на самолётах, а затем на гоночных автомобилях.
С 1970-х годов распространение получил турбонаддув. В нём для нагнетания воздуха используется турбина, тот же насос, только другой конструкции. А раскручивается она другой, сидящей на одной оси турбиной, в которую поступают вырывающиеся из цилиндра под давлением выхлопные газы. Получается «бесплатный» наддув двигателя.
Интересно, что механические нагнетатели суперчарджеры, как их называют американцы широко используются на драгстерах, автомобилях для гонок на четверть мили со стартом с места. Дело в том, что они мгновенно дают прирост мощности, в отличие от турбонагнетателя, в котором турбину надо ещё раскрутить.