Турбіна або суперчарджер?

Турбонаддув - це не що інше, як слово, що позначає процес роботи відцентрового нагнітача з турбопріводом (який в Росії часто називають просто турбіною), що має на меті збільшення обсягу вентиляції двигуна. Кінцевий результат схожий з результатом дії будь-якого нагнітача - збільшення маси потоку повітря до двигуна і пов'язаний з ним приріст потужності. Потужність, як відомо, безпосередньо залежить від того, скільки повітря потрапить в двигун.
 
Принципова різниця між турбонагнітачем і традиційним нагнітачем з механічним приводом (також, можливо, відомим читачеві під словом «суперчарджер») полягає в способі, яким він приводиться в дію. Все нагнітачі по суті своїй - насоси. Вони качають повітря і всі вони, природно, вимагають якогось джерела енергії, щоб виконувати цю свою функцію. Нагнітачі з механічним приводом (відцентрові, гвинтового типу або об'ємні нагнітачі Рута) працюють завдяки енергії, одержуваної ними від коленвала через механічне поєднання - ремінь, зубчасту передачу і т.п. Турбонагнітачі ж витягають енергію для своєї роботи з того, що взагалі-то призначене для викиду назовні - з потоку вихлопних газів. Забавно, але в підсумку турбіна, що працює на такому «відпрацьованому матеріалі», здатна дати будь-якій двигуну більш високий приріст потужності - просто тому, що вона не вимагає додаткових енерговитрат від цього самого двигуна.
 
До речі, ці енерговитрати набагато вищі, ніж багато хто думає. Візьмемо, приміром, механічний нагнітач, який теоретично додає до потужності двигуна 100 кінських сил. До цього він «з'їсть» 25-35 к.с. (Якщо двигун не дуже об'ємний). Ця величина, до речі, залежить від ККД самого нагнітача, але це вже тема для іншої статті :) Так ось, «от'ев» від продукції, що поставляється їм самим потужності ті самі 25-35 к.с., механічний нагнітач залишить двигуну відповідно тільки 65-75 «коней». У той же час турбіна, яка розкручується вихлопними газами, а ніяк не коленвалом, дасть двигуну 90-95 к.с. додаткової потужності. При цьому, звичайно, 5-10 «коней» теж загубляться - через противодавления в випускному тракті, - але масштаб все одно не той, чи не так? В результаті при інших рівних двигун з турбонаддувом отримає потужності на 30-40 відсотків більше, ніж той же двигун з механічним нагнітачем.
 
Однак багато хто вважає роботу турбонагнетателей якоїсь «чорною магією». Свою частку в захоплене здивування, яке хтось напевно відчуває перед турбінами, вносить поширена помилка щодо того, що потік вихлопних газів від двигуна недостатньо сильний для того, щоб привести в дію нагнітач (компресор). Однак це не так. Енергетичний потенціал вихлопу будь-якого двигуна внутрішнього згоряння величезний. Він майже дорівнює тому, що передається через маховик. А все завдяки тому, що енергія горіння в ДВС вивільняється майже в однакових частках трьома шляхами: обертання коленвала, виділення тепла і сила вихлопу. Ця остання сила якраз і змушує обертатися цілі газотурбінні двигуни, що вже говорити про турбочарджер (а вони представляють собою ті ж ВМД, тільки маленькі, і використовують двигун внутрішнього згоряння як топку). Хороший привід задуматися про те, скільки енергії ми витрачаємо даремно, дозволяючи їй просто витікати в атмосферу, хоча вона могла б додати нам трохи додаткових коней під капот :)
 
Тепер згадаємо шкільний курс математики і трохи повправлятися на гіпотетичному Драгстер, який, припустимо, оснащений суперчарджером і має потужність в 1000 л.с. Припустимо, 500 к.с. з цієї тисячі напрацьовано саме завдяки суперчарджер. Трохи відмотавши текст назад і взявши звідти співвідношення 65/100, з яким механічні нагнітачі видають реальну прибавку до потужності, а потім розділивши 500 на 0,65, ми отримаємо 769 к.с. Саме таку потужність має реально видавати суперчарджер, щоб двигун отримав в результаті 500 л.с. в плюс. А тепер порахуємо, скільки «коней» буде потрібно від турбіни, щоб отримати такий же результат. Взявши вище співвідношення 95/100, отримаємо 526 к.с. З цього випливає, що двигун з механічним нагнітачем повинен виробляти потужність у 1269 к.с. (500 + 769), щоб зрівнятися з турбованим двигуном потужністю в 1026 к.с. (500 + 526) - за інших рівних умов, безумовно.
 
Втім, 35 ​​к.с., які втрачає суперчарджер і 5 л.с., які втрачає турбонагнетатель - значення максимальні. Візьмемо інше співвідношення: 25 к.с. втрачає суперчарджер і 10 к.с. - Турбонагнетатель. Співвідношення сил тут все одно не на користь механічного приводу. 1056 к.с. повинен буде видати турбодвигун і 1167 к.с. - Його побратим з суперчарджером. При цьому турбодвигун, до слова, набагато менше зноситься, що теж часом має значення. (Примітка: всі наведені тут співвідношення, звичайно, не ідеально точні для двигунів внутрішнього згоряння, але близькі до реальності). Так що, підбиваючи підсумок, можна сказати, що «чорна магія» турбонаддува - не магія зовсім, а просто більш ефективне використання енергії, яку виділяє двигун. Однак поки викладені вище речі вдалося донести до конструкторів і розробників моторів, пройшли десятиліття - і це не перебільшення. Однак зараз можна спостерігати величезну популярність турбонаддува. Значить, хтось все-таки не побоявся «чорної магії», що не може не радувати.