Турборэнд — двигатель с турбонаддувом¶
Турборэнд — неофициальное разговорное название двигателя внутреннего сгорания, оснащённого турбокомпрессором (турбонаддувом), то есть системой принудительного повышения давления воздуха на впуске за счёт энергии отработавших газов. В русскоязычной автомобильной среде термин употребляется преимущественно по отношению к бензиновым и дизельным моторам легковых и грузовых автомобилей, реже — к двигателям мототехники, судов и авиации. Слово образовано сокращением от «турбонаддув» и не является техническим термином в строгом смысле: в документации и научной литературе используются понятия «двигатель с турбонаддувом» или «турбированный двигатель».
¶Принцип работы
Основу системы составляет турбокомпрессор — агрегат, объединяющий две крыльчатки на общем валу: турбинное колесо, вращаемое потоком отработавших газов, и компрессорное колесо, сжимающее атмосферный воздух перед подачей во впускной коллектор. Чем больше топлива сгорает, тем интенсивнее поток газов, тем выше частота вращения вала и давление наддува. Возникает положительная обратная связь, ограничиваемая перепускным клапаном (вестгейтом) или регулируемой геометрией турбины.
Сжатый воздух нагревается, поэтому между компрессором и двигателем устанавливают интеркулер — промежуточный охладитель, повышающий плотность заряда. Давление наддува у серийных легковых моторов обычно составляет 0,4–1,2 бар, у форсированных и спортивных версий достигает 1,5–2,5 бар и более.
¶История
Наддув как способ повышения мощности известен с конца XIX века. Первые патенты на использование выхлопных газов для привода компрессора получил швейцарский инженер Альфред Бюхи в начале XX века. Изначально турбокомпрессоры применяли на крупных судовых и авиационных двигателях, где требовалась высокая удельная мощность при ограниченной массе. В авиации Второй мировой войны турбонаддув использовался для сохранения мощности на большой высоте.
Массовое распространение турборэндов в автомобилестроении началось в 1970-е годы, в том числе в США — в период топливного кризиса, когда требовалось получить отдачу больших моторов при меньшем рабочем объёме. В СССР и России турбодизели серийно применялись на грузовиках (КамАЗ, МАЗ), а турбобензиновые двигатели получили распространение в 2000-е годы вместе с развитием систем непосредственного впрыска.
¶Виды наддува
| Тип | Источник энергии | Особенности |
|---|---|---|
| Турбонаддув | Отработавшие газы | Высокий КПД, инерционность, требует охлаждения воздуха |
| Механический наддув | Коленвал (ремень, шестерни) | Мгновенный отклик, часть мощности отбирается у двигателя |
| Комбинированный | Оба источника | Применяется редко, в основном в спорте |
| Электрический наддув | Электромотор | Быстрый отклик, ограничен по мощности |
Отдельно выделяют турбонаддув с изменяемой геометрией турбины, twin-turbo (две турбины, работающие последовательно или параллельно) и систему biturbo.
¶Преимущества и недостатки
К преимуществам относят рост мощности и крутящего момента без увеличения рабочего объёма, снижение расхода топлива и выбросов CO₂ при равной отдаче, а также возможность форсирования малолитражных моторов. Турбодизели экономичнее атмосферных аналогов при сопоставимой тяге.
Недостатки связаны с турболагом — задержкой отклика на нажатие педали газа, повышенными требованиями к качеству масла и топлива, более высокой тепловой нагрузкой на детали, сокращением ресурса при неправильной эксплуатации. После интенсивной езды турбине требуется охлаждение, поэтому производители рекомендуют не глушить двигатель сразу.
¶Эксплуатация и обслуживание
Турборэнд чувствителен к качеству моторного масла: оно отводит тепло от подшипников вала турбокомпрессора. Регламент замены масла и фильтров для таких двигателей обычно строже, чем для атмосферных. Типичные неисправности — износ подшипников, закоксовывание, утечки через сальники, отказ вестгейта или клапана сброса давления (blow-off). Диагностика включает проверку давления наддува и анализ ошибок электронного блока управления.
¶Распространение
Сегодня турбонаддув применяется практически во всех классах техники: от малолитражных городских автомобилей до магистральных тягачей и карьерных самосвалов. В России турбированные двигатели устанавливаются на автомобили АвтоВАЗа, УАЗа, на грузовую технику КамАЗа и ГАЗа, а также на импортируемые модели. В мотоциклостроении и малой авиации турбонаддув встречается реже из-за сложности и стоимости.
¶Интересные факты
Понятие «турбояма» описывает задержку нарастания давления при резком открытии дросселя. Антилаг-системы в автоспорте подают топливо в выпускной коллектор, поддерживая вращение турбины даже при сбросе газа. Рекордные серийные турбомоторы превосходят по удельной мощности 200 л. с. на литр рабочего объёма.
Источники: техническая документация производителей автомобилей, учебные пособия по устройству автомобиля, отраслевые издания по двигателестроению.