Турбонаддув - один з методів агрегатного наддуву, заснований на утилізації енергії відпрацьованих газів. Основний елемент системи - турбокомпресор, іноді - турбонагнетатель (анг. Turbocharger ).
Принцип турбонаддува був запатентований Альфредом Бюхі в 1911 році в патентному відомстві США. Номер патенту (1006907 October 1911 Buchi).
Історія розвитку турбокомпресорів почалася приблизно в той же час, що і споруда перших зразків двигунів внутрішнього згоряння. У 1885 - 1896 г. Готліб Даймлер і Рудольф Дизель проводили дослідження в галузі підвищення вироблюваної потужності і зниження споживання палива шляхом стиснення повітря, що нагнітається в камеру згоряння.
У 1952 р швейцарський інженер Альфред Бюхі вперше успішно здійснив нагнітання за допомогою вихлопних газів, отримавши при цьому збільшення потужності на 40%. Ця подія поклала початок поступового розвитку і впровадженню в життя турботехнологий.
Сфера використання перших турбокомпресорів обмежувалася надзвичайно великими двигунами, зокрема, корабельними. В автомобільній сфері першими почали використовувати турбокомпресори виробники вантажних машин. У 1938 р.на заводі "Swiss Machine Works Sauer" був побудований перший турбодвигун для вантажного автомобіля. Першими легковими автомобілями, оснащеними турбінами були Chevrolet Corvair Monza і Oldsmobile Jetfire, що вийшли на американський ринок в 1962 - 63 г.Несмотря на очевидні технічні переваги, низький рівень надійності привів до швидкого зникнення цих моделей.
Початок використання турбодвигунів на спортивних автомобілях, зокрема на Formula 1, в 70-х роках призвело до значного збільшення популярності турбокомпресорів. Приставка "турбо" стала входити в моду. У той час, майже всі виробники автомобілів пропонували як мінімум одну модель з бензиновим турбодвигуном. Однак, після декількох років, мода на турбодвигуни почала проходити, так як з'ясувалося, що турбокомпресор, хоча і дозволяє збільшити потужність бензинового двигуна, сильно збільшує витрату палива. На перших порах затримка в реакції турбокомпресора була досить великою, що також було серйозним аргументом проти установки турбіни на бензиновий двигун.
Корінний перелом у розвитку турбокомпресорів стався з випуском в 1978 р Mercedes - Benz 300 SD, першого легкового автомобіля, оснащеного дизельним турбодвигуном. У 1981 р за Mercedes - Benz 300 SD послідував VW Turbodiesel. За допомогою турбокомпресора виробникам вдалося збільшити ефективність роботи дизельного двигуна до рівня бензинового, зберігши при цьому значно нижчий рівень викиду в атмосферу вихлопних газів.
Принцип роботи заснований на використанні енергії відпрацьованих газів. Потік вихлопних газів потрапляє на крильчатку турбіни (закріпленої на валу), тим самим розкручуючи її і знаходяться на одному валу з нею лопаті компресора, нагнітає повітря в циліндри двигуна. Так як при використанні наддуву повітря в циліндри подається примусово (під тиском), а не тільки за рахунок розрідження, створюваного поршнем (це розрідження здатне взяти тільки певну кількість суміші повітря з паливом), то в двигун потрапляє велика суміш повітря з паливом. Як наслідок, при згорянні збільшується обсяг сгораемого палива з повітрям, що утворився газ займає більший обсяг і відповідно виникає більше гнітючої сили на поршень.
Як правило, у турбодвигунів менше питома ефективна витрата палива (Грам на кіловат-годину, г / (кВтmiddot-ч)), і вище літрова потужність (потужність, що знімається з одиниці об'єму двигуна - кВт / л), що дає можливість збільшити потужність невеликого мотора без збільшення оборотів двигуна.
Внаслідок збільшення маси повітря, що стискається в циліндрах, температура в кінці такту стиснення помітно збільшується і виникає ймовірність детонації. Тому, конструкцією турбодвигунів передбачена знижена ступінь стиснення, застосовуються високооктанові марки палива, а також у системі передбачений проміжний охолоджувач наддувочного повітря (інтеркулер), що представляє собою радіатор для охолодження повітря. Зменшення температури повітря потрібно також і для того, щоб щільність його не знижувалася внаслідок нагрівання від гарячих частин турбіни, інакше ефективність всієї системи значно впаде. Особливо ефективний турбонаддув у дизельних двигунів важких вантажівок. Він підвищує потужність і крутний момент при незначному збільшенні витрати палива. Знаходить застосування турбонаддув із змінною геометрією лопаток турбіни, залежно від режиму роботи двигуна.
Найбільш потужні (По відношенню до потужності двигуна) турбокомпресори застосовуються на тепловозних двигунах. Наприклад на дизелі Д49 потужністю 4000 к.с. встановлений турбокомпресор потужністю 1100 к.с. Найбільшою (за абсолютною величиною) потужністю володіють турбокомпресори суднових двигунів, яка сягає 7000 к.с. (Двигуни Бурмайстер і Вайн).
Крім турбокомпресора і интеркулера в систему входять: регулювальний клапан (wastegate ) (Для підтримки заданого тиску в системі), перепускний клапан (bypass valve - для відводу наддувочного повітря назад у впускні патрубки до турбіни у разі закриття дросельної заслінки) та / або «підбурюючий» клапан (blow-off valve - для скидання наддувочного повітря в атмосферу в разі закриття дросельної заслінки), випускний колектор, сумісний з турбокомпресором, а також герметичні патрубки: повітряні для подачі повітря під впуск і масляні /тосольний для охолодження турбокомпресора.
Джерело:
- - історія створення, принцип роботи, склад системи
Додаткова інформація: