Как электричество помогло одолеть турбояму

Суть работы любых турбин и суперчарджеров можно описать буквально в двух словах. Во время работы эти устройства существенно увеличивают плотность и давление воздуха, поступающего в цилиндры ДВС. Это, в свою очередь, позволяет сжигать больше топливовоздушной смеси и получать более высокую отдачу без увеличения рабочего объёма. Двигатель получает больше мощности на каждом ходе поршня.

В двигателях внутреннего сгорания используются два принципиально разных типа наддува – плотность воздуха повышается с помощью турбонагнетателя или с помощью компрессора (суперчарджера). В первом случае турбина раскручивается за счёт энергии выхлопных газов, а во втором – приводится в движение ремнём, подключенным к одному из шкивов ДВС. У каждого из этих способов есть как преимущества, так и недостатки. Соль в том, что турбонагнетатель начинает активно раскручиваться не сразу – требуется время, чтобы мотор выдал нужное количество выхлопных газов. Из-за этого возникает ощутимый провал - турбояма. Суперчарджер также не может обеспечить наддув без небольшой временной задержки, кроме того, он обладает меньшим КПД и отбирает мощность с вала двигателя.

Как раз для избавления от этих напастей сметливые инженеры и начали активно внедрять дополнительные нагнетатели воздуха, работающие от электроэнергии, которые вошли в состав гибридных систем наддува. Новая технология стала применяться на автомобилях Audi ещё в 2013 году с одной-единственной целью – чтобы полностью избавиться от турбоямы. Уже тогда седан Audi A6 с битурбированным 3,0-литровым дизелем V6 с гибридным наддувом выдавал 426 л. с. мощности и 650 Нм крутящего момента на 1 450-2 800 об/мин. Впоследствии такой тип наддува появился и на бензиновых ДВС.

Электрический нагнетатель, установленный между интеркулером и впускным коллектором, помогает "вытащить" мотор из турбоямы: он автоматически включается, когда традиционный турбонаддув ещё не может обеспечить нужную плотность воздуха из-за низкого давления выхлопных газов. Как только блок управления понимает, что давление нужно нарастить, система даёт команду на открытие специальных клапанов и запуск электрической турбины. Происходит это почти мгновенно. Наибольшая эффективность достигается на старте и на малых оборотах коленчатого вала. Для раскрутки крыльчатки до рабочих 65-70 тысяч оборотов в минуту электромотору нужно всего лишь 250 миллисекунд. После того как потребность в электрическом нагнетателе исчезает, он отключается, в отличие от продолжающей работу механической турбины.

Для работы электрического нагнетателя требуется мощный электромотор, поэтому для питания обычно применяют 48-вольтовую архитектуру с отдельным аккумулятором. Наибольшая эффективность достигается именно в случае, если электронагнетатель применяется не как отдельная система, а как часть гибридного наддува. Такие типы устройств активно развивают Audi, Mercedes-Benz и Jaguar Land Rover на новом поколении моторов семейства Ingenium.

Электрический нагнетатель позволяет решить целый ряд проблем, присущих традиционным турбонаддувам и компрессорам. Он универсален и не зависит напрямую от работы двигателя, поэтому может подключаться именно тогда, когда это действительно нужно. Нет никаких сомнений, что именно эта система позволит двигателям внутреннего сгорания на протяжении как минимум ещё нескольких лет выдерживать жёсткую конкуренцию с набирающими популярность электрокарами. Электрический наддув не просто наделяет автомобили прекрасной динамикой, но и помогает сократить вредные выбросы, а также минимизирует расход топлива. Более того, он идеально подходит для гибридных машин, располагающих тяговыми батареями и системой рекуперации энергии.