Не существует такого понятия, как совершенное изобретение: мы всегда можем сделать что-то лучше, дешевле, эффективнее и более экологически чистое. Возьмем к примеру, двигатель внутреннего сгорания.  Всегда есть возможность построить двигатель, который будет ехать быстрее, дальше или будет использовать меньше топлива. Один из способов улучшить характеристики двигателя – это использование турбокомпрессора. Практически каждый из нас слышал о турбокомпрессоре, но как же он работает на самом деле?

Что такое турбокомпрессор?

Всем нам очевидно, что выхлопные газы загрязняют окружающую среду, но менее очевидным является то, что это также и напрасное растрачивание энергии. Выхлоп – это смесь горячих газов, которые выходят под большим давлением, и вся энергия, которую он содержит – тепло и движение (кинетическая энергия) – исчезает в атмосфере. Было бы здорово, если бы двигатель мог использовать эти отходы, чтобы заставить ехать машину быстрее.  И это именно то, что делает турбокомпрессор!

Двигатели автомобилей создают электроэнергию за счет сжигания топлива в прочных металлических емкостях, называемых цилиндрами. Воздух попадает в каждый цилиндр, смешивается с топливом, эта смесь сгорает, чтобы устроить небольшой взрыв, который запускает поршень, вращая валы. Когда после толчка поршень возвращается на место, выхлопные газы и топливная смесь выходят из цилиндра в виде выхлопа. Количество энергии, которую может произвести автомобиль непосредственно связано с тем, как быстро он сжигает топливо. Чем больше у вас цилиндров и чем больше они по размерам, тем больше топлива сжигает автомобиль и тем быстрее (теоритически) он может двигаться.

Один из способов увеличить скорость автомобиля – это увеличить количество цилиндров! Именно поэтому большинство суперкаров и спортивных машин обычно имеют восемь и 12 цилиндров в отличии от четырех- и шестицилиндровых двигателей обычного семейного автомобиля. Другим выходом является турбокомпрессор, который нагнетает в цилиндры больше воздуха, поэтому  в двигателе сжигается больше топлива.  Турбокомпрессор – это простое, относительно дешевое приспособление, которое способно создать больше мощности без модификации самого двигателя!

Как работает турбокомпрессор?

Турбокомпрессор на машине работает по очень схожему принципу с поршневым двигателем. Он использует выхлопные газы для вращения турбины. Турбонаддув приводит в работу воздушный компрессор, который заталкивает дополнительный воздух (и кислород) в цилиндры, позволяя им сжигать больше топлива. Именно поэтому автомобили, оснащенные турбокомпрессорами, могут производить больше мощности. Механические нагнетатели (superchаrger) по принципу работы похожи на турбокомпрессор, но турбина механического нагнетателя вместо того,  чтобы использовать выхлопные газы для работы, получает питание от вращения коленвала двигателя. И вот здесь преимущество турбокомпрессора: турбокомпрессор получает энергию из отходов выхлопных газов, в то время как механический нагнетатель «крадет» энергию от источника питания автомобиля – коленчатого вала.

Основная идея заключается в том, что выхлопные газы вращают турбину которая напрямую подключена к компрессору и засасывает дополнительное количество воздуха в двигатель. Вот, в общих чертах, как все это работает:

1. Холодный воздух поступает в воздухозаборник двигателя и движется в сторону компрессора.

2. Крыльчатка компрессора засасывать воздух.

3. Компрессор сжимает и нагревает поступающий воздух, а затем  выдувает его наружу.

4. Горячий сжатый воздух от компрессора проходит через теплообменник, который охлаждает воздух.

5. Охлажденный сжатый воздух поступает в цилиндр. Дополнительный кислород помогает сжигать топливо в цилиндре более быстрыми темпами.

6. Поскольку в цилиндре сгорает больше топлива, оно быстрее производит энергию и может отправить больше мощности на колеса с помощью поршня и валов.

7. Отработанные газы из цилиндра выходят через выхлопное отверстие.

8. Горячие выхлопные газы проходят через крыльчатку турбины, заставляя её вращаться с большей скоростью.

9. Турбина закреплена на одном валу с компрессором, поэтому при вращении турбины, компрессор также начинает вращаться.

10. Выхлопные газы выходит из автомобиля, не растрачивая лишнюю энергию.

Преимущества турбокомпрессора

Вы можете использовать турбокомпрессор на бензиновых или дизельных двигателях практически на любом виде транспорта (автомобиль, грузовик, корабль или автобус). Основное преимущество использования турбокомпрессора заключается в том, что вы получите больше мощности при одинаковых размерах двигателя (каждый рабочий ход поршня в каждом цилиндре генерирует больше энергии, чем этого можно было добиться улучшениями двигателя). Однако больше мощности значит больше выход энергии в секунду; и закон сохранения энергии говорит нам, что мы должны задействовать больше энергии, и, соответственно, необходимо сжечь больше топлива. В теории это означает, что двигатель с турбонаддувом также неэффективно расходует топливо, как и двигатель без него. Но как показывает практика, двигатель оснащенный турбокомпрессором, гораздо меньше и легче, чем двигатель, который производит такую же мощность без турбонаддува; и в такой перспективе, турбированный двигатель лучше экономит топливо!  И это главное преимущество турбокомпрессора: если он исправно работает, он способен экономить до 10% топлива. Поскольку турбокомпрессор сжигает топливо с большим количеством кислорода, то расходует он его более тщательно и экономно, производя меньше загрязнений окружающей среды.