Развитие газотурбинного наддува дизельных двигателей тесно связано с именем и патентами швейцарского инженера Альфреда Бюхи. С приоритетом от 16 ноября 1905 г. Бюхи получил патент DRP № 204630 на машинную установку, в которой общим валом соединены друг с другом многоступенчатый осевой компрессор, четырехтактный дизель и многоступенчатая турбина, работающая на выпускных газах дизеля (рис. 2.9).

Засасываемый снаружи воздух должен был сжиматься в осевом компрессоре до давления 3—4 кгс/см², а выпускные газы должны были сжиматься до давле­ния, равного давлению конца расширения в цилиндре, т. е. при­мерно до 16 кгс/см². Благодаря этому должен был достигаться вы­игрыш работы, которая обычно у двигателя внутреннего сгорания терялась вследствие неполного расширения. Хотя теоретически это возможно, в практике сжатию до давления конца расширения препятствуют два фактора. Во-первых, сильно увеличивается ра­бота выталкивания, из-за чего значительная часть выигрыша мощ­ности в турбине снова теряется, и, во-вторых, указанное сжатие увеличивает (если не предпринимать особых мер) количество оста­точных газов в цилиндре и тем самым существенно уменьшает ко­личество заряда.

Первые испытания Бюхи проводил с 1911 по 1914 г. на заводе фирмы «Зульцер» в Винтертуре. На рис. 2.10 изображена схема опытной установки. Чтобы получить научные выводы, бази­рующиеся на возможно более широкой основе, компрессор приво­дился от постороннего источника, отработавшие газы дизеля на­правлялись в газовую турбину, которая тормозилась отдельно от двигателя. Благодаря этому можно было устанавливать любые давления наддува, количество воздуха, температуры и исследовать их влияние на мощность и к. п. д. Идеи Бюхи сначала не находили практического использования. Но опыт, накопленный Бюхи во время испытаний, помог ему прийти к несколько измененному спо­собу наддува, который он запатентовал в Швейцарии в 1915 г. Отличительными чертами этого способа были давление наддува, более высокое при полной нагрузке, чем давление газов перед тур­биной, и применение перекрытия клапанов, т. е. одновременного открытия впускного и выпускного клапанов. С помощью этого перекрытия клапанов и благодаря перепаду между давлением перед турбиной и давлением наддува остаточные газы должны в конце хода выпуска удаляться из цилиндра. Кроме того, здесь Бюхи отказался от общей связи двигателя, нагнетателя и турбины, меха­нически соединены только турбина и нагнетатель. Этот способ, защищенный германским патентом DRP.No 454107 (с приоритетом от 2 ноября 1915 г.), Бюхи не смог применить на практике во время и после первой мировой войны.

В 1923 г. вопрос о газотурбинном наддуве был поднят герман­ским министерством транспорта по инициативе министерского советника Лаудана. В этом же году министерство транспорта выдало заказ на два пассажирских судна для эксплуатации в Во­сточной Пруссии (речь идет о судах «Пройсен» и «Ханзаштадт Данциг»). Каждое судно было оснащено двумя десяти­цилиндровыми четырехтактными двигателями, построенными по лицензии фирмы MAN на верфи «Вулкан» в Штеттине, мощность двигателей должна была быть повышена за счет применения газотурбинного наддува с 1750 до 2500 л. с.

Построенные по проекту Бюхи на верфи «Вулкан» в Гамбурге турбокомпрессоры (рис. 2.11) были установлены на основании отдельно от двига­телей, каждый двигатель имел один неразделенный выпускной трубопровод. Посредством переключающей заслонки в выпуск­ном трубопроводе турбокомпрессоры могли отключаться и дви­гатели соответственно работать без наддува. Так впервые успешно был применен газотурбинный наддув. Среднее, индикаторное давление достигало 11 кгс/см², увеличение мощности составляло свыше 40%, двигатели обладали хорошей способностью выдержи­вать перегрузку и, кроме того, был получен важный вывод о саморегулировании турбокомпрессора. Несмотря на этот успех, для турбонаддува «лед еще не был сломан».

При малой разности между давлением наддува и давлением выпуска затрудняется продувка остаточных газов, при неудов­летворительном к. п. д. турбокомпрессора необходимый положи­тельный перепад давлений вовсе не будет достигнут. Согласно швейцарскому патенту № 122664 от 30 ноября 1925 г. (ЭИР № 568855), выпускному трубопроводу между двигателем внутрен­него сгорания и турбиной, а также входному сечению последней следует придавать такие размеры, чтобы после начала выпуска из цилиндра двигателя давление перед турбиной повышалось и перед его окончанием понижалось. Это достигается разделением выпускного трубопровода на отдельные ветви сравнительно ма­лого сечения таким образом, что в одно и то же ответвление вы­пускают отработавшие газы только цилиндры с определенным минимальным интервалом между вспышками.

Отдельные ветви трубопровода подводятся в разделенные сопловые камеры газо­вой турбины (рис. 2.12). Таким образом достигается следующее: во-первых, вследствие повышения давления при выпуске уменьшаются потери на расширение газов при переходе в выпуск­ной коллектор и тем самым подводится большая энергия газо­вой турбине, чем это было бы при постоянном давлении;

во-вторых, как раз во время периода продувки в выпускном коллекторе понижается давление, что используется для очистки цилиндра от остаточных газов и для продувки камеры сгорания воздухом. Влияние разделения выпускного трубопровода на изме­нение давления поясняет рис. 2.13.

Когда теперь говорят о наддуве Бюхи, то обычно подразуме­вают эту систему с разделенным выпускным трубопроводом.

В 1926 г. Бюхи производил испытания этой системы наддува на Швейцарском локомотиво- и машиностроительном заводе в Винтертуре. Первая установка показана на рис. 2.14.

От двигателя отработавшие газы направляются через четыре отдельных трубо­провода в выпускной коллектор, расположенный у подножия двигателя, а оттуда — к турбине; уже был предусмотрен также охладитель наддувочного воздуха. Сконструированный и по­строенный фирмой «Броун Бовери» турбокомпрессор имел осевую активную турбину и двухступенчатый центробежный компрес­сор (рис. 2.15), он располагался отдельно от двигателя на фунда­менте. Позднее испытания были продолжены на шестицилин­дровом двигателе, на котором отработавшие газы из каждых трех цилиндров объединялись в двух размещенных внизу вы­пускных коллекторах и направлялись в раздельные сопловые камеры турбины (рис. 2.16).

Испытания были очень успешными, легко достигалось 50%-ное повышение мощности, кратковременно наддув двигателя мог составлять 100%. Двигатель в г. Винтертуре обстоятельно исследовал проф. Стодола (профессор Швейцарской технической высшей школы в Цюрихе), и результаты этих исследований были опубликованы в 1928 г. в журнале Союза немецких инженеров. Уже в 1926 г. хорошие результаты испытаний сыграли решающую роль в образовании синдиката Бюхи, в котором объединились Альфред Бюхи, Швейцарский локомотиво- и машиностроительный завод (г. Винтертур) и «Броун Бовери» (г. Бадей). Синдикат Бюхи в последующие годы продал лицензии на способ наддува большому количеству фирм в раз­личных европейских странах и за пределами Европы. В процессе дальнейшего развития вскоре был сделан вывод о том, что вы­пускные трубопроводы должны иметь не только малые сечения, но также быть короткими, чтобы лучше использовать при им­пульсной системе наддува колебания выпускных газов. Турбоком­прессор располагался все ближе к двигателю и, наконец, стал размещаться непосредственно на двигателе — как это повсюду принято в настоящее время.