Что лучше: турбина или механический компрессор?

Чем отличаются

Конструкцией

Турбокомпрессор – это устройство, в народе именуемое турбиной. Состоит из двух частей: турбоустановки и компрессора, соединенных одним валом. Первая часть раскручивается за счет внешнего воздействия, вторая – сжимает, закачивает воздух из атмосферы в двигатель автомобиля.

Внешний вид турбокомпрессора, она же турбина

Механический компрессор – это устройство, которое подает воздух в цилиндры силового агрегата под давлением. Оно тоже сжимает воздух, но в этом устройстве нет турбины, которая бы раскручивала бы его.

Он бывает нескольких типов:

  • Роторный;
  • Центробежный.

Какие бывают механические компрессоры двигателей автомобиля

Отличия в конструкции. В центробежном используется лопасти. Создается давление за счет центробежной силы вентилятора. В роторном компрессоре вместо лопастей применены два ротора. Они, вращаясь, сжимают воздух. Чем-то конструкция напоминает ротор бытовой мясорубки.

Принципом действия

Точнее сказать, как происходит передача энергии от двигателя, за счет чего раскручиваются его лопасти или ротора.

В случае с турбокомпрессором, турбина вращается за счет энергии выхлопных газов. Так как она находится на одном валу с компрессором, она передает энергию вращения ему. Он нагнетает воздух в мотор.

Как работает турбокомпрессор в автомобиле, принцип работы турбины

Механический компрессор связан жестко с ДВС ременной или шестеренчатой передачей. Количество оборотов напрямую передаются от двигателя к нему. То есть, он физически завязан с мотором. Из этого следует его главный недостаток. Сейчас об этом поговорим.Механический компрессор жестко связан с мотором автомобиля ремнем или шестернями

Разница оборотов

Одно важное отличие от остальных это, то что компрессор может работать на низких и минимальных оборотах, а турбина вовсе нет. Как правило, для нее необходимы обороты от 3500 об/мин. для создания давления. Но компрессор не способен экономно расходовать топливо. При разгоне эффективность компрессора будет видна не так долго как хотелось бы. Турбина начинает работать немного позже, так как замечается «яма» при старте, но после небольшого разгона все исчезает.

Р

Что такое турбо-яма?

Стоит добавить, что крыльчатка турбокомпрессора способна развивать до двухсот тысяч оборотов в минуту, благодаря чему данное устройство отличается большой инерционностью или, говоря иначе, имеет «турбо-яму», которая проявляется при резком нажатии на педаль газа. В этот момент крыльчатка медленно приводится в движение, и приходится некоторое время ждать, чтобы автомобиль начал набирать скорость.

Этот эффект имеет продолжительность всего несколько секунд, но, тем не менее, он не доставляет особого удовольствия при разгоне машины. На сегодняшний день производители, так или иначе, смогли устранить эффект «турбо-ямы» путем установки двух перепускных клапанов. Один предназначен для выработанных газов, задача второго состоит в том, чтобы перепускать избыток воздуха в трубопровод турбокомпрессора из впускного коллектора.

Благодаря этой системе обороты крыльчатки при сбросе газа уменьшаются в замедленном темпе, в то время как при резком нажатии на педаль акселератора происходит поступление воздушной массы в двигатель в полном объеме.

Функция турбины, настройка и ее дефекты

Функция турбокомпрессора заключается в том, чтобы увеличивать выходную мощность и крутящий момент двигателя. Благодаря турбине производители могут уменьшать количество рабочих цилиндров в двигателе без снижения мощности и крутящего момента.

Например, только трехцилиндровый 1,0 литровый турбомотор может выдавать мощность в 90 л.с. Добиться такой же производительности обычный бензиновый трехцилиндровый мотор без дорогостоящих модификаций не сможет ни один автопроизводитель.

Также 1,0 литровый турбированный трехцилиндровый двигатель имеет более низкий расход топлива и небольшой уровень выхлопных газов СО2.

Именно поэтому турбированные моторы стали очень распространенными в малолитражных бензиновых автомобилях за последние несколько лет.

Также все чаще стали выпускаться дизельные двигатели с двумя турбинами (Bi-Turbo), что позволяет производителям не только добиваться потрясающий мощности от дизельных автомобилей, но снижать уровень вредных веществ в выхлопе до рекордных значений.

В большинстве случаев работа современных турбокомпрессоров основана на тех же принципах, которые создал Швейцарский изобретатель Альфред Бучи. То есть большинство турбин в современных автомобилях работают от давления, образующего от выхлопных газах в камере сгорания двигателя.

Недавно также стали появляться турбины, которые могут работать, как от электричества, так и традиционно от газа, поступающего из выхлопной системы. Благодаря этому инженеры добились максимальной мощности и крутящего момента при небольших оборотах двигателя. Например, подобная турбо технология используется в дизельном 4,0 литровом моторе Audi V8 TDI, который устанавливается на кроссовер SQ7.

Схема турбины с изменяемой геометрией (VNT)

Она также известна под названием – трубина с переменным соплом. Данный тип турбины используется в дизельных двигателях. Девять подвижных лопастей, установленных в турбокомпрессоре, регулируют прохождение потока газов к турбине. Увеличение и блокировка потока газов достигается при помощи привода, регулирующего угол наклона девяти лопастей. Скорость потока газов и давление нагнетаемого воздуха согласуются с количеством оборотов двигателя во время изменения угла наклона лопастей. 

Следует напомнить о том, что некоторые двигатели используют несколько турбокомпрессоров. Возможно использование двух (Твин Турбо), трех или же четырёх. В таких конструкциях они устанавливаются последовательно. Первый используется при низких оборотах, а второй — при высоких. Также существует схема установки компрессоров, при которой они располагаются параллельно друг другу. Она используется на V-образных двигателях. На каждый ряд цилиндров приходится по компрессору. Бытует мнение, что один большой турбокомпрессор менее производителен, чем два маленьких.

Принцип работы

Действие компрессора основано на выполнении элементами следующих этапов:

  1. Лопатки турбинного колеса принимают выхлопные газы.
  2. Колесо начинает вращаться, постепенно увеличивая скорость оборотов. При необходимости колесо может разогнаться до 250 000 оборотов в минуту.
  3. Через турбинное колесо разогнавшиеся газы переходят в пусковой клапан.
  4. Сжатый воздух попадает на компрессионное колесо, которое равномерным движением перенаправляет его во впускное отверстие внутрь цилиндра двигателя.

С помощью перечисленных выше действий двигатель начинает активно работать, заставляя автомобиль трогаться с места.

Особенности эксплуатации турбин

Если сравнивать действие турбокомпрессора со стандартным нагнетателем воздуха, который работает исключительно от привода коленчатого вала, главными достоинствами первого будут:

  • повторное использование энергии выхлопных газов;
  • небольшая цена;
  • экономия энергии.

Устройство турбины компрессора практически одинаковое как в случае использования на дизельных, так и на бензиновых моторах. Однако предпочтение все же отдают компрессорам для дизельных агрегатов.

Особенность турбокомпрессора заключается в режиме действия. Для бензиновых двигателей устройства выполняют из жаропрочных материалов из-за высокой температуры отработавших газов, которая способна достичь 1000°. У дизеля температура газов меньше, поэтому и материалы в турбокомпрессоре используют менее жаропрочные.

Плюсы и минусы

У турбокомпрессора, как и у любого устройства, имеются свои плюсы и минусы в работе. Для начала стоит озвучить достоинства агрегата, и среди них внимание можно уделить следующи:

  1. Турбокомпрессор считается востребованным агрегатом ввиду возможности увеличения мощности двигателя на 35-40%.
  2. Агрегат не способен навредить двигателю и его работе. Любые поломки мотора, а также выход его из строя никак не связан с воздействием на него агрегата, который отвечает за мощность.
  3. Двигатель, оборудованный компрессором, выбрасывают в атмосферу меньшее количество выхлопов. Объясняется это тем, что турбокомпрессор использует энергию отработавших газов повторно, в связи с чем уменьшается их количество на окончательном выходе из двигателя.
  4. Позволяет уменьшить расход топлива на 5-20%. Подобная характеристика также позволяет увеличить КПД и сделать работу мотора эффективнее.

Также к плюсам можно отнести то, что двигатели, оборудованные турбокомпрессором, лучше работают на высокогорных дорогах, практически не теряя мощность. Наконец, устройство заглушает шум от работы системы выпуска.

Минусы конструкции в:

  • увеличении стоимости обслуживания автомобиля;
  • необходимость в использовании специального моторного масла;
  • постоянной проверке качества топлива и его замене.

Еще один минус в необходимости проработки двигателя на холостых оборотах перед поездкой.

Несмотря на недостатки, турбокомпрессор все же стоит использоваться в автомобилях ввиду перечисленных выше достоинств. Данный агрегат способен заметно улучшить работу двигателя и сделать поездку на автомобиле более комфортной.

Компрессор

Это механический нагнетатель воздуха, который вешается «рядом с двигателем» не вмешивается в его строение. Сейчас на данный момент есть три типа:

  • Роторный
  • Винтовой
  • Центробежный

компрессор

Подробнее про компрессоры читаем здесь.

Нужно отметить, что компрессоры появились раньше, чем турбины, достаточно долго устанавливались на агрегаты внутреннего сгорания, да и сейчас многие народные тюнеры на ПРИОРЫ, КАЛИНЫ ставят именно их. Плюсов — минусов у них предостаточно, пробежимся быстро.

Плюсы:

  • Эффективное нагнетание воздуха, повышение мощности до 10%
  • Надежность, очень прочная конструкция иногда ходили весь срок службы автомобиля
  • Требуют минимум ухода
  • Не вмешиваются в работу и строение двигателя, устанавливается рядом (если можно так выразиться)
  • Нет такого эффекта как турбояма
  • Не работает при высоких температурах
  • Можно установить своими руками
  • Не требует масло двигателя для смазки

Минусы:

  • Нет такой высокой производительности, как у турбины.
  • Устаревшая модель, на многих авто снято с производства

Компрессор зачастую устанавливается на ременную передачу от коленвала двигателя, то есть производительность напрямую зависит от оборотов – малые малая производительность, большие – большая, думаю это понятно. Но вот самым большим минусом является то — что максимальные обороты, равняются максимальным оборотам двигателя – а как мы знаем это 7000 – 8000, ну может чуть больше, но это уже исключение из правил. Таким образом, нагнетание воздуха строго ограниченно, как и производительность (конечно применение шестеренок и правильного передаточного числа дает возможность раскрутки до 10 – 12000 оборотов, но это копейки) — ну не выжмешь ты из компрессора столько сколько из турбины, она его «рвет» по всех характеристикам.

Недостатки компрессора

Теперь о недостатках, из-за которых автомобили с компрессором сейчас практически не выпускаются. Минусов немного, а точнее, один. Это низкая производительность. Благодаря компрессору можно увеличить мощность двигателя только на 10 процентов. В чем разница компрессора и турбины? Устанавливается первый механизм на ременную передачу и приводится в действие от коленвала ДВС. Из-за этого максимальные обороты крыльчатки сильно ограничены. Как следствие, устройство не может загнать такой объем воздуха, как это делает турбина. В то же время компрессорные двигателя будут лучше атмосферных. Здесь нет провалов мощности и больший крутящий момент. А ремонт компрессору может потребоваться на пробегах далеко за 300 тысяч километров. Быстрее потребует внимания сам двигатель, нежели компрессор – говорят владельцы.

Особенности турбины

Чем отличается турбина от компрессора на авто? Данный механизм являет собой тоже механический нагнетатель, однако уже высокотемпературный. Турбина работает не от ременной передачи и коленчатого вала, а от энергии выхлопных газов. Чем компрессор отличается от турбины? Последний механизм имеет две стороны – горячую и холодную.

Внутри первой проходят газы, заставляя вторую по инерции вращаться. В свою очередь, крыльчатка холодной части турбины нагнетает воздух во впускной коллектор. Чем быстрее двигаются отработанные газы, тем выше скорость работы турбины. В среднем, температура горячей ее части составляет 800 градусов. Дабы обеспечить охлаждение агрегату и слаженную работу крыльчатки (которая вращается в 10 раз быстрее, чем на компрессоре), инженеры предусмотрели смазочную систему. Как показывает практика, благодаря турбине можно увеличить мощность двигателя до 40 процентов. Но и здесь есть свои подводные камни, о которых расскажем далее.

Обратный инжиниринг

В автомобильной науке множество условностей и допущений. Можно, конечно, относиться к ним пренебрежительно, называя обратным инжинирингом (это когда решение подгоняется под результат при помощи коэффициентов), но на протяжении многих десятилетий такая методика давала достойный результат. Современные методы вычисления, подкрепленные возможностями компьютерной техники, позволяют досконально проработать все нюансы конструкции. Однако при тюнинге столь громоздкие вычисления не оправданны, поскольку технологические возможности самостоятельных изысканий ограничены.

Ну, в самом деле, как в непромышленных условиях, например, модифицировать инконелевое колесо турбины, даже если благодаря собственным расчетам удалось найти резервы для повышения отдачи мотора. При тюнинге обычно расчеты выполняют для определения параметров выбора из уже существующих типоразмеров, и для этого достаточно упрощенной схемы расчетов, которой пользовались инженеры до появления электронных средств вычислений.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...