Атмосферный двигатель берёт воздух из атмосферы, и количество этого воздуха зависит от объёма цилиндров и оборотов. Хочешь больше мощности — увеличивай объём или крути мотор выше. Оба пути имеют физические и экономические пределы.
Турбонаддув решает задачу иначе: он загоняет в цилиндры больше воздуха, чем они могут всосать самостоятельно. Вместе с дополнительным воздухом подаётся больше топлива — и с того же рабочего объёма снимается больше мощности.
Как устроена система турбонаддува
Основа системы — турбокомпрессор. Это два колеса с лопатками на общем валу: турбинное и компрессорное.
Турбинное колесо стоит в потоке выхлопных газов. Газы выходят из цилиндров с высокой температурой и скоростью, раскручивают турбинное колесо, а вместе с ним и вал. На другом конце вала компрессорное колесо засасывает воздух из атмосферы, сжимает его и подаёт во впускной коллектор.
Скорость вращения ротора на современных турбинах достигает 150 000–250 000 оборотов в минуту. Обычный подшипник качения такие скорости не выдерживает, поэтому вал вращается в подшипнике скольжения, к которому под давлением подаётся моторное масло. Масло выполняет сразу три функции: смазка, охлаждение и отвод тепла от вала.
Сжатый воздух нагревается. Горячий воздух имеет меньшую плотность, а значит, в цилиндры попадёт меньше кислорода. Чтобы этого избежать, после компрессора ставят интеркулер — теплообменник, который охлаждает воздух перед подачей в двигатель. Охлаждённый воздух плотнее, и наполнение цилиндров улучшается.
Зачем это нужно
Главная цель наддува — повысить удельную мощность, то есть количество лошадиных сил на литр объёма. Атмосферный мотор объёмом 2 литра выдаёт около 140–160 сил. Турбированный того же объёма легко снимает 200–250 сил, а с хорошим запасом по прочности — и за 300.
Для потребителя это означает, что можно получить мощный мотор в компактном и относительно лёгком корпусе. Машина с турбомотором небольшого объёма потребляет меньше топлива при спокойной езде, чем большой атмосферник сравнимой мощности. Плюс турбомотор выдаёт максимальный крутящий момент в широком диапазоне оборотов, обычно с 1500–2000 об/мин, и водитель чувствует уверенную тягу без необходимости крутить мотор до отсечки.
Управление наддувом
Турбина не может бесконтрольно надувать воздух — давление нужно ограничивать. За это отвечает вестгейт, он же перепускной клапан.
Это заслонка в корпусе турбины, которая при достижении заданного давления открывается и пускает часть выхлопных газов в обход турбинного колеса. Турбина перестаёт раскручиваться дальше, давление наддува стабилизируется.
На старых моторах управление вестгейтом чисто пневматическое: пружина и мембрана, настроенные на определённое давление. На современных — электронное, через электромагнитный клапан, которым командует блок управления двигателем.
После сброса газа дроссель закрывается, а турбина по инерции ещё какое-то время создаёт давление. Сжатому воздуху некуда деваться, он бьёт обратно в компрессор, и возникает характерный свистящий звук — помпаж. Чтобы не убивать подшипник турбины, ставят blow-off клапан. Он стравливает лишний воздух в атмосферу или обратно во впуск перед компрессором.
Проблемы турбомоторов и способы их избежать
Турбонаддув даёт мощность, но за неё приходится платить вниманием к обслуживанию.
Масляное голодание турбины. Подшипник скольжения живёт на масляном клине. Если масла мало, оно грязное или низкого качества, подшипник умирает быстро. Ремонт турбины — замена картриджа или полная переборка — обходится в десятки тысяч рублей. Отсюда правило: менять масло чаще регламента, особенно если ездите активно. Интервал в 7–8 тысяч километров вместо паспортных 15 — разумная перестраховка.
Коксование масла после остановки. После активной езды турбина раскалена. Если заглушить мотор сразу, масло в подшипнике перестаёт циркулировать и запекается, превращаясь в абразив. Современные турбины имеют дополнительную защиту — электронасос, который гоняет масло ещё некоторое время после выключения зажигания. Но если у вас мотор без этой системы, стоит дать ему поработать на холостых 30–60 секунд перед выключением.
Чувствительность к качеству топлива. Турбомотор работает с высокими давлениями и температурами в камере сгорания. Плохой бензин с низким октановым числом вызывает детонацию, которая под нагрузкой способна разрушить поршни. Лить нужно строго то, что предписывает производитель, и не экономить на заправках.
Тепловая нагрузка. Турбированный мотор греется сильнее атмосферного. Требования к системе охлаждения выше. Следить за уровнем антифриза и состоянием радиаторов — обязанность, а не пожелание.
Турбина и ресурс
Существует мнение, что турбомоторы недолговечны. Это не совсем так. Сама турбина при нормальном обслуживании ходит 150–200 тысяч километров, а часто и больше. Мотор в целом способен пройти 250–300 тысяч без капитального ремонта, если не экономить на масле и топливе.
Проблемы начинаются, когда владелец относится к турбомотору как к атмосферному: меняет масло раз в 15 тысяч, заливает 92-й вместо 95-го и глушит мотор сразу после трассы. Тогда турбина начнёт гнать масло, а за ней подтянется износ цилиндро-поршневой группы.
Итог
Турбонаддув — зрелая и надёжная технология, а не эксперимент. Она позволяет получать много мощности с небольшого объёма и экономить топливо при спокойной езде.
Плата за это — дисциплина обслуживания. Хорошее масло, нормальное топливо и понимание того, что турбина не любит резких остановок после нагрузки. Если это соблюдать, турбомотор прослужит долго и без сюрпризов.