История турбонаддува началась в 1905 году.
Молодой швейцарский инженер Альфред Бюхи подал в Германии патент на двигатель, в котором выхлоп раскручивает турбину, а турбина крутит компрессор.
Компрессор загоняет в цилиндры больше воздуха, и мотор получает шанс стать разом мощнее и экономичнее.
Но идея пришла слишком рано, металлов и топлива тех лет не хватало, чтобы выдержать нагрузки и жар, которые приносит с собой наддув.
Несколько лет Бюхи пытался пристроить разработку, но её отклоняли как невыгодную и несвоевременную.
Инженер упёрся и довёл прирост эффективности до 40%, однако и это не открыло дорогу в серию.
Наддув резко поднимал требования к мотору, сразу появлялся раскалённый выхлоп, перегруженные турбины, особые запросы к маслу и охлаждению.
На стенде всё это можно было стерпеть, но в обычной эксплуатации первые же владельцы превратили бы такую технику в дорогой в ремонте хлам.
Поэтому первый настоящий успех турбонаддув получил не на земле, а в небе.
Спасение пришло с неба
На высоте воздух разрежён, кислорода мало, и обычный мотор задыхается, теряя мощность.
Турбина эту беду снимала, поэтому первыми её всерьёз оценили авиаторы.
В 1918 году турбонаддув проверяли на редкость сурово, мотор с турбиной затаскивали на высоту около 14 000 футов, чуть больше 4 000 м, и гоняли испытания прямо там.
В США за дело взялись инженер Сэнфорд Мосс и компания General Electric, и наверху их турбомотор выдавал около 356 л.с. против 230 без турбины.
Между авиацией и легковыми машинами турбина успела прижиться ещё в одном месте, на больших дизелях кораблей и заводов, где выхлоп это даровая энергия, а каждый процент КПД оборачивается деньгами.
В июне 1924 года первый тяжёлый турбокомпрессор покинул завод Brown Boveri в Бадене, и с него пошёл отсчёт эпохи большого наддува.
Что турбина делает с воздухом
Турбонаддув это центробежный компрессор, который раскручивает турбина, питаясь энергией выхлопных газов.
По сути на одном валу сидят два колеса. Раскалённый выхлоп крутит турбинное колесо, оно через вал вращает компрессорное, а компрессор нагнетает воздух в мотор.
Сама турбина энергию не создаёт. Двигатель и без неё впустую выбрасывает её в выхлоп, турбина лишь забирает часть обратно, но не даром.
Мотору становится тяжелее выталкивать отработанные газы, сильнее греется вся выхлопная зона.
Металл там работает буквально на грани, температура доходит от 700 до 1000C, а в промышленных турбинах переваливает и за тысячу.
При таком жаре одна ошибка в металле или смазке выходит быстро и дорого.
Чтобы наддув не разнёс мотор, лишний выхлоп пускают в обход турбины через отдельный клапан, и она не раскручивается выше предела.
А тот самый характерный "пшш" при сбросе газа выдаёт другой клапан, который стравливает избыток воздуха в атмосферу.
Капризная жидкость первых турбомоторов
Серийные легковые машины с турбонаддувом появились в начале 60-х.
В 1962 году сразу две американские модели вышли с турбиной, Chevrolet Corvair Monza Spyder и Oldsmobile Jetfire, обе как ответ General Motors на гонку мощности среди компактов.
Jetfire, чтобы мотор не детонировал под наддувом, впрыскивал особую жидкость Turbo Rocket Fluid, смесь дистиллированной воды и метанола с добавкой против коррозии.
Стоило баку с ней опустеть, как поплавок в клапане запускал защиту и срезал наддув, чтобы мотор не угробил сам себя.
Машина намеренно теряла прыть, лишь бы уберечь движок, если хозяин забыл долить.
Corvair ту же проблему обошёл иначе, понизив степень сжатия, и в подобной химии не нуждался.
В рекламе 1962 года такая особенность скорее отпугивала. Покупателю продавали почти космическую технику, а потом просили исправно подливать отдельную жидкость, иначе машина становилась вялой и опаснее для мотора.
Возиться с лишней канистрой соглашались немногие.
Европа и первый турбодизель
В Европе первой серийной турбомашиной стал BMW 2002 Turbo 1973 года.
Дебют совпал с нефтяным кризисом, поэтому таких выпустили всего 1672 машины, и проект быстро свернули.
Главный перелом принёс Mercedes-Benz 300 SD для рынка США, появившийся в 1978 году.
Это был первый в мире серийный автомобиль, где дизель работал в паре с турбиной, а под капотом стоял 5-цилиндровый OM617.
Примерно тогда производители поняли, что турбина способна дать сразу и надёжность, и мощность, и экономию.
Даунсайзинг
Само слово "даунсайзинг" сложено из английских "вниз" и "размер".
Мотор уменьшают в объёме, но за счёт наддува сохраняют тягу и характер.
Двигатель становится легче, ест меньше топлива, освобождает место под капотом и оставляет больше простора в салоне.
Поэтому сегодня под капотами множества недорогих машин стоят маленькие моторы с турбиной.
Что скрывается за словом "турбо"
Слово "турбо" на шильдике само по себе не говорит почти ничего, под ним прячутся совсем разные решения, и ведут они себя по-разному.
Классический турбонаддув это улитка с двумя крыльчатками внутри, их раскручивают горячие выхлопные газы, нагнетая воздух обратно в мотор.
Твинскролльная турбина устроена хитрее, внутри у неё два отдельных канала, каждый кормит свою половину цилиндров, поэтому давление набирается уже на самых низких оборотах.
Из-за компактности и хорошей отдачи на малом газу такие ставят на современные малообъёмные моторы.
Турбина с изменяемой геометрией подстраивается под режим сама, форма её лопаток меняется в зависимости от оборотов, и тяга идёт ровно, без провалов и турбоямы.
У электронаддува крыльчатку крутит не выхлоп, а электромотор от аккумулятора, поэтому наддув есть на любых оборотах, даже когда выхлопа ещё толком нет.
А система двойного наддува, которую обозначают как Twin Turbo или Bi-Turbo, ставит сразу две турбины, либо две одинаковые ради максимальной отдачи, либо большую и маленькую, которые включаются по очереди, чтобы убрать турбояму и разгоняться плавно.