Турбонаддув
- это не что иное, как слово, обозначающее процесс работы центробежного
нагнетателя с турбоприводом (который в России часто называют просто
турбиной), имеющий своей целью увеличение объема вентиляции двигателя.
Конечный результат сходен с результатом действия любого нагнетателя –
увеличение массы потока воздуха к двигателю и связанный с ним прирост
мощности. Мощность, как известно, напрямую зависит от того, сколько
воздуха попадет в двигатель.
![](foto/Other/5_01.jpg)
Принципиальная разница между турбонагнетателем и традиционным
нагнетателем с механическим приводом (также, возможно, известным
читателю под словом «суперчарджер») состоит в способе, которым он
приводится в действие. Все нагнетатели по сути своей – насосы. Они
качают воздух и все они, естественно, требуют какого-то источника
энергии, чтобы выполнять эту свою функцию. Нагнетатели с механическим
приводом (центробежные, винтового типа или объемные нагнетатели Рута)
работают благодаря энергии, получаемой ими от коленвала через
механическое соединение – ремень, зубчатую передачу и т.п.
Турбонагнетатели же извлекают энергию для своей работы из того, что
вообще-то предназначено для выброса наружу – из потока выхлопных газов.
Забавно, но в итоге турбина, работающая на таком «отработанном
материале», способна дать любому двигателю более высокий прирост
мощности – просто потому, что она не требует дополнительных энергозатрат
от этого самого двигателя.
Кстати, эти энергозатраты намного более высоки, чем многие думают.
Возьмем, к примеру, механический нагнетатель, который теоретически
добавляет к мощности двигателя 100 лошадиных сил. До этого он «скушает»
25-35 л.с. (если двигатель не очень объемный). Эта величина, кстати,
зависит от КПД самого нагнетателя, но это уже тема для другой статьи :)
Так вот, «отъев» от поставляемой им самим мощности те самые 25-35 л.с.,
механический нагнетатель оставит двигателю соответственно только 65-75
«лошадей». В то же время турбина, которая раскручивается выхлопными
газами, а никак не коленвалом, даст двигателю 90-95 л.с. дополнительной
мощности. При этом, конечно, 5-10 «лошадей» тоже потеряются - из-за
противодавления в выпускном тракте, - но масштаб все равно не тот, не
правда ли? В итоге при прочих равных двигатель с турбонаддувом получит
мощности на 30-40 процентов больше, чем тот же двигатель с механическим
нагнетателем.
Однако многие считают работу турбонагнетателей некой «черной магией».
Свою долю в восхищенное недоумение, которое кто-то наверняка испытывает
перед турбинами, вносит распространенное заблуждение касательно того,
что поток выхлопных газов от двигателя недостаточно силен для того,
чтобы привести в действие нагнетатель (компрессор). Однако это не так.
Энергетический потенциал выхлопа любого двигателя внутреннего сгорания
огромен. Он почти равен тому, что передается через маховик. А все
благодаря тому, что энергия горения в ДВС высвобождается почти в
одинаковых долях тремя путями: вращение коленвала, выделение тепла и
сила выхлопа. Эта последняя сила как раз и заставляет вращаться целые
газотурбинные двигатели, что уж говорить о турбочарджерах (а они
представляют собой те же ГТД, только маленькие, и используют двигатель
внутреннего сгорания как топку). Хороший повод задуматься о том, сколько
энергии мы тратим впустую, позволяя ей просто утекать в атмосферу, хотя
она могла бы добавить нам немного дополнительных лошадей под капот
![](foto/Other/5_02.jpg)
Теперь вспомним школьный курс математики и немного поупражняемся на
гипотетическом драгстере, который, допустим, оснащен суперчарджером и
имеет мощность в 1000 л.с. Предположим, 500 л.с. из этой тысячи получены
как раз благодаря суперчарджеру. Немного отмотав текст назад и взяв
оттуда соотношение 65/100, с которым механические нагнетатели выдают
реальную прибавку к мощности, а потом разделив 500 на 0,65, мы получим
769 л.с. Именно такую мощность должен реально выдавать суперчарджер,
чтобы двигатель получил в итоге 500 л.с. в плюс. А теперь посчитаем,
сколько «лошадей» потребуется от турбины, чтобы получить такой же
результат. Взяв выше соотношение 95/100, получим 526 л.с. Из этого
следует, что двигатель с механическим нагнетателем должен вырабатывать
мощность в 1269 л.с. (500 + 769), чтобы сравняться с турбированным
двигателем мощностью в 1026 л.с. (500 + 526) – при прочих равных
условиях, безусловно.
Впрочем, 35 л.с., которые теряет суперчарджер и 5 л.с., которые теряет
турбонагнетатель – значения максимальные. Возьмем другое соотношение: 25
л.с. теряет суперчарджер и 10 л.с. – турбонагнетатель. Соотношение сил
здесь все равно не в пользу механического привода. 1056 л.с. должен
будет выдать турбодвигатель и 1167 л.с. – его собрат с суперчарджером.
При этом турбодвигатель, к слову, намного меньше износится, что тоже
порой имеет значение. (Примечание: все приведенные здесь соотношения,
конечно, не идеально точны для двигателей внутреннего сгорания, но
близки к реальности). Так что, подводя итог, можно сказать, что «черная
магия» турбонаддува – не магия вовсе, а просто более эффективное
использование энергии, которую выделяет двигатель. Однако пока
изложенные выше вещи удалось донести до конструкторов и разработчиков
моторов, прошли десятилетия – и это не преувеличение. Однако сейчас
можно наблюдать огромную популярность турбонаддува. Значит, кто-то
все-таки не побоялся «черной магии», что не может не радовать. |