Что такое «turbo lag», или задержка отклика турбонаддува?

За редкими исключениями (небольшие двигатели малого рабочего объёма и мощности) турбокомпрессор сегодня является практически стандартом для повышения производительности двигателей внутреннего сгорания, как бензиновых, так и дизельных.

Если вам доводилось водить автомобиль с турбомотором, вы наверняка замечали в некоторых ситуациях небольшую задержку между моментом, когда вы нажимаете на педаль газа, чтобы получить больше мощности, и моментом, когда она действительно появляется. Именно этот эффект известен как «turbo lag», или задержка отклика турбонаддува.

Чтобы лучше понять, в чём заключается «turbo lag», полезно знать хотя бы основные принципы системы наддува двигателя с помощью турбокомпрессора.

Так работает турбокомпрессор

Турбокомпрессор — один из типов механизмов, позволяющих наддувать, то есть принудительно подавать воздух в камеру сгорания двигателя. Он состоит из компрессора и турбины (название происходит от сочетания этих двух слов), соединённых валом и вращающихся внутри общего корпуса.

Отработавшие газы, образующиеся в самом двигателе во время его работы, приводят в движение турбину, которая, в свою очередь, раскручивает компрессор. Именно компрессор сжимает впускаемый воздух до максимального давления, ограниченного перепускным клапаном. Сжатый воздух поступает в камеру сгорания, повышая отдачу двигателя.

Почему возникает turbo lag?

Задержка отклика, характерная для некоторых двигателей с турбокомпрессором, возникает, когда отработавшие газы должны преодолеть инерцию турбины, которая находится в покое или вращается на низких оборотах. Учтите, что для того чтобы компрессор вращался с нужной скоростью и мог сжимать впускаемый воздух, турбину необходимо раскрутить достаточно быстро.

Если поток отработавших газов невелик, например при разгоне с низких оборотов, турбине будет трудно преодолеть свою инерцию и начать вращаться. Точно так же, если турбокомпрессор очень большой, чтобы создавать более высокое давление наддува, турбина будет крупнее и её сложнее раскрутить.

Раньше, когда двигатели не отличались электронной сложностью, которая есть сегодня, в спортивных автомобилях часто использовали крупные турбокомпрессоры, чтобы добиться заметного прироста мощности. Такие турбокомпрессоры создавали большое сжатие — и, следовательно, позволяли двигателю развивать гораздо большую мощность — только при высоких оборотах.

Но на низких оборотах, когда поток отработавших газов невелик, они долго «раскручивались», из-за чего водителю приходилось заранее думать о разгоне, а вся мощность появлялась практически внезапно.

Как бороться с turbo lag

Логично, что для борьбы с turbo lag используют небольшие турбокомпрессоры, в которых раскрутить турбину как можно легче, либо турбины, изготовленные из лёгких материалов.

Проблема в том, что небольшой турбокомпрессор ограничивает возможности системы наддува по повышению производительности. С другой стороны, высокие температуры и частота вращения турбокомпрессора (до 300 000 об/мин) требуют применения специальных материалов, например титана или керамики.

Тем не менее существуют различные технологии, которые позволили сократить задержку отклика турбированных двигателей. Наиболее распространённые из них следующие:

• Турбокомпрессор с изменяемой геометрией. Лопатки турбины не зафиксированы, а могут менять положение, изменяя угол, под которым на них попадают отработавшие газы, благодаря чему турбина раскручивается быстрее.
• Турбокомпрессор с двумя входами Twin-Scroll. Не следует путать технологию Twin-Scroll, или турбины с двумя входами, с двойным наддувом. В турбине Twin-Scroll используются два отдельных входа для направления отработавших газов на турбину, благодаря чему цилиндры, создающие давление, отделяются от тех, которые могли бы снижать его, «пере засасывая» отработавшие газы.
• Двойной наддув. Эта технология позволяет использовать турбокомпрессор меньшего размера для мгновенного отклика на низких оборотах и более крупный для создания большего давления и получения большей мощности при высоких оборотах двигателя. Такие системы могут использовать два (или больше) турбокомпрессора разных размеров. Также применяются преимущества других видов наддува, например объёмных компрессоров или электрических компрессоров, которые обеспечивают быстрый отклик на низких оборотах и комбинируются с обычным турбокомпрессором.

«Bang-bang»: «anti-lag» старых гоночных автомобилей

До появления всех этих систем на старых гоночных автомобилях, использовавших огромные турбокомпрессоры для получения большой мощности, пилотам приходилось сталкиваться с огромной задержкой отклика на педаль газа. Чтобы решить эту проблему, инженеры разработали систему anti-lag, которую быстро стали называть «Bang-bang» из-за её характерного звука.

Она заключалась в задержке зажигания, чтобы искра на свече проскакивала чуть позже, что слегка замедляло сгорание, и благодаря этому в выхлопных газах создавалось большее давление за счёт воздуха на впуске, поступавшего в цилиндры. Это было остроумное и технически простое в реализации решение, но для автомобиля, предназначенного для дорог общего пользования, оно не подходило из-за высокого расхода топлива и проблем с надёжностью двигателя, которые оно вызывало бы.

Вам может быть интересно

• Как ухаживать за турбиной автомобиля
• Самые опасные поломки из-за невнимания к моторному маслу
• Турбина или компрессор: системы наддува и их работа