Наддувши - вид наддуву, при якому повітря в циліндри двигуна подається під тиском за рахунок використання енергії відпрацьованих газів.
В даний час турбонаддув є найбільш ефективною системою підвищення потужності двигуна без збільшення частоти обертання колінчастого вала і об'єму циліндрів. Крім підвищення потужності турбонаддув забезпечує економію палива в розрахунку на одиницю потужності і зниження токсичності відпрацьованих газів за рахунок більш повного згоряння палива.
Система турбонаддува застосовується як на бензинових, так і на дизельних двигунах. Разом з тим, найбільш ефективний турбонаддув на дизелях внаслідок високого ступеня стиснення двигуна і відносно невисокою частоти обертання колінчастого вала. Стримуючими факторами застосування турбонаддува на бензинових двигунах є можливість настання детонації, яка пов'язана з різким збільшенням частоти обертання двигуна, а також висока температура відпрацьованих газів (1000 ° С проти 600 ° С у дизелів) і відповідний нагрів турбонагнетателя.
Незважаючи на відмінності в конструкції окремих систем, можна виділити наступне загальна будова турбонаддува - повітрозабірник і далі послідовно повітряний фільтр, дросельна заслінка, турбокомпресор, інтеркулер, впускний колектор. Всі елементи об'єднують сполучні патрубки і напірні шланги.
Більшість елементів турбонаддува є типовими елементами впускної системи . Відмінною особливістю турбонаддува є наявність турбокомпресора, інтеркулера і нових конструктивних елементів управління.
турбокомпресор (Інше найменування - турбонагнетатель, газотурбінний нагнітач) є основним конструктивним елементом турбонаддува і забезпечує підвищення тиску повітря у впускний системі. Конструкція турбокомпресора об'єднує два колеса - Турбай і компресорне, розташовані на валу ротора. Кожне з коліс, а також вал з підшипниками поміщені в окремі корпуси.
Турбінне колесо сприймає енергію відпрацьованих газів. Колесо обертається в корпусі спеціальної форми. Турбінне колесо і корпус турбіни виготовляються з жароміцних матеріалів (сплави, кераміка).
Компресорне колесо всмоктує повітря, стискає і нагнітає його в циліндри двигуна. Компресорне колесо також обертається в спеціальному корпусі.
Турбінне і компресорне колеса жорстко закріплені на валу ротора. Вал обертається в підшипниках ковзання. Підшипники плаваючого типу, тобто мають зазор з боку корпусу і вала. Підшипники змащуються моторним маслом системи змащення двигуна . Масло подається по каналах в корпусі підшипників. Для герметизації масла на валу встановлені ущільнювальні кільця.
У деяких конструкціях бензинових двигунів для поліпшення охолодження додатково до мастилі застосовується рідинне охолодження турбонагнетателей. Курпус підшипників турбонагнеталея включений в двоконтурну систему охолодження двигуна.
интеркулер призначений для охолодження стисненого повітря. За рахунок охолодження стисненого повітря підвищується його щільність і збільшується тиск. Интеркулер є радіатор повітряного або рідинного типу.
Основним елементом управління системи турбонаддува є регулятор тиску наддуву, який представляє собою перепускний клапан (вейстгейт, wastegate). Клапан обмежує енергію відпрацьованих газів, направляючи їх частина в обхід турбінного колеса, тим самим забезпечує оптимальний тиск наддуву. Клапан має пневматичний або електричний привід. Спрацьовування перепускного клапана проводиться на підставі сигналів датчика тиску наддуву системою управління двигуном.
У повітряному тракті високого тиску (після компресора) може встановлюватися запобіжний клапан. Він захищає системи від стрибка тиску повітря, який може статися при різкому закритті дросельної заслінки. Надмірний тиск може стравлювати в атмосферу за допомогою блуофф-клапана (blowoff) або перепускає на вхід компресора за допомогою байпас-клапана (bypass).
Принцип роботи системи турбонаддува
Робота системи турбонаддува заснована на іспользовианіі енергії відпрацьованих газів. Відпрацьовані гази обертають турбінне колесо, яке через вал ротора обертає компресорне колесо. Компресорне колесо стискає повітря і нагнітає його в систему. Нагрітий при стисненні повітря охолоджується в інтеркулере і надходить в циліндри двигуна.
Незважаючи на те, що турбонаддув не має жорсткого зв'язку з колінчастим валом двигуна, ефективність роботи системи багато в чому залежить від числа обертів двигуна. Чим вище частота обертання колінчастого вала двигуна, тим вище енергія відпрацьованих газів, швидше обертається турбіна, більше стисненого повітря надходить в циліндри двигуна.
В силу конструкції, турбонаддув має ряд негативних особливостей, серед яких з одного боку затримка збільшення потужності двигуна при різкому натисканні на педаль газу, т.зв. «Турбояма» (turbolag), з іншого - різке збільшення тиску наддуву після подолання "турбоями», т.зв. «Турбоподхват».
«Турбоями» обумовлена інерційністю системи (для підвищення тиску наддуву при різкому натисканні на педаль газу потрібен певний час), яка призводить до невідповідності між потрібної потужністю і продуктивністю компресора. Існує кілька способів вирішення даної проблеми:
- застосування турбіни із змінною геометрією;
- використання двох послідовних чи паралельних турбокомпресорів ( twin-turdo або bi-turdo);
- комбінований наддув.
Турбіна зі змінюваною геометрією (VNT - турбіна) забезпечує оптимізацію потоку відпрацьованих газів за рахунок зміни площі вхідного каналу. Турбіни із змінною геометрією знайшли широке застосування в турбонаддуве дизельних двигунів, наприклад турбонаддув двигуна TDI від Volkswagen.
Система з двома паралельними турбокомпресорами застосовується в основному на потужних V-подібних двигунах (по одному на кожен ряд циліндрів). Принцип роботи системи заснований на тому, що дві маленькі турбіни мають меншу інерцією, ніж одна велика.
При установці на двигун двох послідовних турбін максимальна продуктивність системи досягається за рахунок використання різних турбокомпресорів на різних оборотах двигуна. Деякі виробники йдуть ще далі і встановлюють три послідовних турбокомпресора - triple-turbo (BMW) і навіть чотири турбокомпресора - quad-turbo (Bugatti).
Комбінований наддув (twincharger) об'єднує механічний і турбонаддув. На низьких оборотах колінчастого вала двигуна стиснення повітря забезпечує механічний нагнітач . З ростом оборотів підхоплює турбокомпресор, а механічний нагнітач відключається. Прикладом такої системи є подвійний наддув двигуна TSI від Volkswagen.