Итак автомобили стояли на стоп-линии. Водитель соседней машины был юн, и в глазах его декламировалось желание показать потенциалы своего "Volvo-460". 16-клапанный, объемом 1,6 л двигатель его автомобиля придавал ему решительность в своих силах и действиях. В общем-то, у него были на то причины, поскольку я сидел хоть и в последнем крике отечественного автомобилестроения - "ВАЗ-2110", но с двигателем, не дававшим, с его точки зрения, мне шансов на победу,и вызов был принят. Стартовали мы синхронно. Я нажал педаль акселератора в пол и, подобно пушечному снаряду, уже мчал навстречу следующему перекрестку.
Его удивленный взгляд мне удалось поймать в зеркале заднего вида, что не могло не утешить. Он не знал, что "восемьдесят третий" мотор моей "десятки" оборудован турбо-наддувом.

Газотурбинный нагнетатель, или просто турбонаддув, был известен уже в начале века. Швейцарский инженер Альфред Бюхи ставил первые опыты до первой мировой войны на авиационных двигателях. Однако основной проблемой для широкого применения турбонаддува было отсутствие недорогой технологии высокоточного литья из высокопрочных материалов. Первое более широкое применение турбокомпрессоров на серийных легковых автомобилях произошло на заводах в Баварии в 1973 году. Автомобили BMW "2002 turbo" открыли глаза наиболее прозорливым фирмам. В ряду "компрессорных" машин появились Porsche 911 и SAAB-99 в 1974 и 78 годах. После 1980 г. технологические закавыки рухнули, началась эра массовой "турбинизации". Как известно, количество топлива, которое может сгореть в цилиндрах двигателя, жестко связано с объемом воздуха, засасываемого мотором внутрь при пуске. Соотношение масс, составляющее примерно 1 кг топлива на 15 кг воздуха, должно выдерживаться очень строго, дальнейшее обогащение смеси приводит к уменьшению мощности. Чтоб преодолеть эту преграду, надобно подать в цилиндр больше воздуха, нагнетая его под избыточным давлением. В этом случае, при увеличении давления воздуха на 30%, происходит адекватный рост мощности и разгонной динамики. 

Принцип действия газотурбинного компрессора достаточно бесхитростен (рис. 1). На выпускной коллектор крепится корпус турбины, внутри которой располагается турбинное колесо, а с ним соосно крепится компрессорное колесо. Под действием потока выхлопных газов турбина раскручивается, момент с помощью вала передается на компрессорную крыльчатку, а та, затягивая воздух через воздушный фильтр, под давлением подает его в карбюратор, увеличивая наполнение цилиндров.
Таким образом, в один и тот же объем цилиндров мы помещаем большее количество рабочей смеси. Так как в обычном двигателе сгорает лишь 25% от закачанного в цилиндр топлива из-за недостатка кислорода. Улучшая наполняемость воздухом, происходит пропорциональное увеличение сжигания бензиновой смеси, что приводит к росту КПД двигателя. Таким образом, за один и тот же промежуток времени по сравнению с безнаддувным двигателем мы закачиваем большее количество топлива, при этом увеличивая моментные характеристики, которые отражаются на разгонной динамике. Как это отражается на поведении машины, мы уже знаем (см. ситуацию на перекрестке).
Идея проста, но для легкового автомобиля воплотить ее в жизнь весьма сложно. Скажу только, что лишь несколько автомобильных фирм берутся за изготовление турбокомпрессоров. Название производителей можно пересчитать по пальцам одной руки.
Основная сложность установки и адаптации турбонаддува на бензиновым двигателе заключается в том, что температура выхлопных газов, которую должна выдерживать турбина, равна 900-950 С, а рабочие обороты ротора с крыльчаткой исчисляются десятками и даже сотнями тысяч оборотов в минуту. В то же время ограниченные возможности объема подкапотного пространства требуют от производителей уместить агрегат в эти рамки. Таким образом, агрегат должен обладать высокой жаропрочностью, быть компактным, тщательно отбалансированным и в то же время недорогим.
В качестве мировых лидеров можно назвать следующие фирмы: Garret (США), KKK (Германия), IHI (Япония), и, что отрадно, теперь такими возможностями обладает и отечественная промышленность. При этом по соотношению "цена-качество" ничуть не уступая зарубежным аналогам.
Что же конкретно дает турбонаддув? Испытания обычного 1,5-литрового карбюраторного двигателя ВАЗ-21083 с инсталлированным на нем турбонаддувом показали следующие итоги. При хорошем сцеплении и покрышках время разгона до "сотни" уменьшается на 5 секунд по сравнению с исходным мотором. То же происходит и с эластичностью, т.е. время разгона на определенной передаче (IV) от 60 до 100 км/час уменьшается также на 5 секунд.
Мощностные характеристики, полученные при экспериментах двигателя в НАМИ, приведены в таблице 1.  

 И это с учетом того, что турбина настроена на экономичную версию, т.е. давление воздуха увеличено на 0,3 кг на см2, что не отражается на моторесурсе силового агрегата. Такого повышения давления вполне хватает, кроме того, оно позволяет при работе на номинальных оборотах понижать расход топлива до 20%.
Непосредственным достойным соперником "наддутого" двигателя будет 16-клапанный силовой агрегат с таким же объемом. За счет оптимизации рабочих процессов пиковая мощность у них примерно одинаковая, а вот по разгонной динамике последний явно уступает своему "турбо"-оппоненту.

  Не вдаваясь досконально в технические характеристики, обозначу, что во всем мире "турбо" оценивается дороже в среднем на 3-4 тысячи долларов от цены аналогичного безнаддувного автомобиля (см. таблицу 2).

Нельзя не отметить и некоторых сложностей, вызванных установкой на двигатель турбонаддува.

* Во-первых, турбонаддув все-таки достаточно дорогое наслаждение.
* Во-вторых, оборудованная турбиной машина требует тщательного за ней ухода. То есть более частую замену масла, фильтров, свечей. Надобность установки качественного сцепления. Ведь все перечисленные расходные материалы, производимые нашей индустрией, рассчитаны на условия эксплуатации, характерные для рядовых двигателей, и не отвечают характеристикам, требуемым для двигателей с турбонаддувом.
* В-третьих, ротор устанавливается в подшипниках скольжения, которым приходится выдерживать частоты вращения до 200 тысяч об./мин. Поэтому они нуждаются в обильной и качественной смазке. Но масло еще и охлаждает их, и если условия смазки ухудшаются, т.е. отложения снижают пропускную способность магистралей, то масло застаивается в подшипниковом узле, что повышает теплонапряженность и вызывает его закоксовывание. В этом случае подшипник остается сухим, в результате чего следует задир и выход подшипника из строя. Вот почему после долгой работы двигателя под нагрузкой (например, буксование в глубоком снегу), перед тем как его заглушить, требуется дать ему поработать на холостом ходу минуту-другую. Это должно стать правилом. И последний минус - преодоление водных преград. Поскольку чугунная часть корпуса турбины сильно разогревается во время работы, существует опасность ее повреждения при попадании на нее большого потока воды.

При установке турбонаддува двигатель начинает испытывать высокие нагрузки. Причем рост теплонапряженности и механических нагрузок пропорционален повышению давления наддува. Обходясь скромной форсировкой двигателя на 30%, ресурс мотора сохраняется на атмосферном уровне. Безболезненно повысить давление позволяет промежуточный охладитель наддувочного воздуха. Но об этом пойдет речь чуть позже.

Эта статья была опубликована 26 August 2006 г на сайте http://beep.com.ua/