Турбонаддув и компрессор — отличия
Основное различие турбины и компрессора — это принцип работы. Турбина приводится в движение отработанными выхлопными газами, в то время как компрессор раскручивается самим двигателем, от чего его также называют механическим нагнетателем. Именно с особенностями работы и связаны преимущества и недостатки двух устройств, устанавливающихся с целью увеличения производительности силового агрегата.
турбина
Более простой по своей конструкции компрессор чаще всего вращается ременным приводом от двигателя. Наиболее распространенные центробежные нагнетатели при помощи крыльчатки прогоняют воздух через свой корпус и отправляют его через впускной коллектор в цилиндры, чем и добавляют двигателю мощности. Главное достоинство такого типа нагнетателя — это постоянная работа, вне зависимости от оборотов мотора. Кроме того среди плюсов можно выделить неприхотливость работы, более низкую стоимость по сравнению с турбиной, относительную легкость монтажа и широкий ассортимент в выборе.
компрессор
К минусам можно отнести ограниченную мощность и более низкий процент КПД при одновременном увеличении расхода топлива, так как мотор будет тратить дополнительную энергию на привод компрессора. rnrnБолее сложный турбонагнетатель состоит из двух крыльчаток. Первая крыльчатка крутится за счет выхлопных газов и через вал обеспечивает движение второй, которая и всасывает воздух. Основное преимущество данного устройства в том, что оно обладает большим процентом КПД и позволяет значительно увеличить мощность силового агрегата, при этом его расход топлива останется неизменным.
Самый же главный недостаток заключается в наличии так называемого турболага или турбоямы, при котором на низких оборотах работа турбины не ощущается. Связано это с тем, что низкий поток выхлопных газов не способен достаточным образом раскрутить крыльчатку, а потому воздух либо не всасывается, либо всасывается в недостаточном объеме. Дороговизну и сложность конструкции также можно отнести к недостаткам турбонагнетателей. Данная статья опубликована в паблике MOTOR. Если вы видите эту статью в другом сообществе, значит ленивые администраторы других сообществ нагло копируют материал у нас и даже не читают его.Особенности конструкциями турбины также является необходимость использования качественного масла, постоянный контроль его уровня и своевременная замена. После работы, особенно долгой или в режиме повышенных оборотов, турбированный двигатель требует минутного отдыха на холостых оборотах.
В настоящее время автопроизводители научились совмещать компрессоры и турбины в одном двигателе, где их симбиоз позволяет избавиться от эффекта турбоямы.
Кроме того для борьбы с этим недостатком могут использоваться две или более турбины разных размеров (малые работают на низких оборотах, а большие — на высоких) и турбины с изменяемой геометрией.
Чем отличается турбонаддув от турбокомпрессора?
В общем двигатели с установленными турбонаддувом или турбокомпрессором называют в просторечье «турбодвигателями«, «турбированными моторами» и подобными названиями, где, главным образом, фигурирует часть «турбо». Турбрированный двигатель производит гораздо больше мощности в общем зачёте при том же режиме работы, чем аналогичный двигатель без турбонаддува или компрессора.
Типичный дополнительный (к стандартному атмосферному давлению) импульс давления, подаваемый турбокомпрессором или нагнетателем в цилиндры, составляет примерно от 0,4 до 0,55 бар (или почти столько же атмосфер). При нормальном атмосферном давлении в 1 атмосфер Вы можете видеть, что двигатель таким образом получает дополнительно приблизительно на 50 процентов больше воздуха. Таким образом, можно было бы ожидать получить 50-процентное увеличение мощности двигателя, не правда ли? Но подаваемый под давлением воздух, к сожалению, не настолько эффективен, хотя, впрочем, получить 30-процентный прирост мощности — это нормально для современных автомобилей. Давайте теперь перейдём к главному вопросу: чем отличается турбонаддув от турбокомпрессора?
Ключевое различие между турбокомпрессором и турбонагнетателем заключается в системе питания каждого из них. Согласитесь, ведь что-то должно сжимать и затем поставлять сжатый воздух в двигатель, для чего требуется дополнительная энергия! В обоих случаях питанием служит крутящееся движение с вентилятором, который и нагнетает воздух в двигатель. В случае с турбокомпрессором кручение передаётся через ременной привод, который подключается непосредственно к двигателю. Он получает вращение также как, к примеру, генератор. Турбонаддув, с другой стороны, получает питание от потока выхлопных газов: выхлопы проходят через турбину, вращая её, оказывая давление на лопасти, а турбина, в свою очередь, вращает компрессор. Вот чем отличается турбокомпрессор от турбонагнетателя!
Слева: турбокомпрессор, справа: турбонаддув
Есть свои недостатки, преимущества и компромиссы в обеих системах. В теории турбонаддув является более эффективным, так как он приводится в движение с помощью «впустую» расходующейся энергии потока выхлопных газов в качестве своего источника питания. С другой стороны, турбонагнетатель вызывает некоторое количество обратного давления в выхлопной системе и стремится обеспечить гораздо меньший импульс, пока двигатель работает на низких оборотах. С третьей стороны, турбонагнетатели значительно проще в установке, но, как правило, автомобили с турбонагнетателями стоят дороже.
Турбина и компрессор, суперчарджер против турбокомпрессора: полный разбор темы
Многие автолюбители часто путают турбину и компрессор, для них это одинаковые гаджеты. С одной стороны это так, они похожи по своему назначению – сжатие наружного воздуха и повышение его давления перед подачей во впускной коллектор. Но принцип работы, устройство и эффективность у них разная.
Поэтому сегодня подробно разберём различия между ними. И начнем с супердчарджера, так как про устройство и принцип работы турбины в двигателе автомобиля я рассказывал в других материалах.
Что такое суперчарджер
Это механический компрессор в моторе автомобиля, который используется для повышения давления вдуваемого воздуха с целью повышения мощности двигателя. Дословно – суперзаряженный, то есть, делает силовой агрегат заряженным большой мощностью.
Так как это механический нагнетатель воздуха, соответственно, он приводится в работу при помощи привода. В нашем случае – это ремень, который передает крутящий момент от коленвала мотора к валам (лопостям) суперчарджера.
Какие виды бывают
Компрессоры можно разделить на три вида:
- Нагнетатель Рутса;
- Суперчарджер Лисхольма;
- Центробежный. Этот тип отличается от первых двух конструкцией. Он имеет некоторые преимущества перед ними.
Первые два вида похожи между собой по конструкции, но немного различаются по принципу работы. Давайте начнём с устройства компрессоров, чтобы иметь общее представление.
Из чего состоит и как работает
Классический суперчарджер состоит из двух валов (шнеков). Представьте себе мясорубку и шнек в ней, который крутиться и выталкивает фарш. Так вот, в механическом нагнетателе их два. Они плотно прижаты между собой. В зависимости от типа, они могут вращаться во встречном направлении или противоположном.
Это упрощенное описание устройства, но этого будет достаточно для понимания разницы между видами компрессоров. Он соединяется ремнём с коленвалом двигателя. То есть, валы приводятся в движение за счет вращения коленчатого вала. Чем выше его обороты, тем быстрее они крутятся.
При вращении над шнеками создается разряжением. За счет этого происходит всасывание наружного воздуха. Они сжимают его до определенного значения, выбрасывая в нижнюю часть. После этого воздух с избыточным давлением попадает во впускной коллектор.
Кроме этого, механический нагнетатель начинает работать на низких оборотах мотора, что позволяет получить всю мощность силового агрегата сразу при старте. Турбонагнетатель раскручивается за счет выхлопа. Так как скорость выхлопных газов низкая на «низах», то её не хватает раскрутить турбину. Из-за этого при старте наблюдается эффект «турбоямы».
Теперь рассмотрим разницу между суперчарджерами. Какой из них более эффективный и почему.
Компрессор Рутса
В этом типе механического нагнетателя валы вращаются в противоположные стороны. Точнее – друг против друга. Таким образом воздух обтекает их по сторонам. Проходя между ними и стенкой он сжимается.
Такая схема работы компрессора приводит к негативным явлениям:
- Повышенный шум. Мотор с суперчарджером Рутса слышно издалека, особенно, когда он разгоняется.
- Увеличенный износ внутренних частей. При обтекании воздухом лопастей, создается большое трение, что и приводит к быстрому износу.
- Высокая температура сжатого воздуха. Это самая главная проблема компрессоров Рутса.
Минимизировать эти недостатки, призван современный тип механических нагнетателей Лисхольм.
Суперчарджер Лисхольм (Lysholm)
В отличие от Рутса, здесь воздух не обтекает лопасти (валы) компрессора, а он ими зажимается. Это связано с тем, что допасти вращаются навстречу друг другу. Поэтому воздух, попадая на шнеки, проходит между ними. Он сжимается и выбрасывается вниз. Здесь постоянно поддерживается зона с избыточным давлением.
Данная схема обладает рядом преимуществ:
- Температура наддува ниже, чем у компрессора Рутса.
- Плотность воздуха выше, так он проходит меньший путь между лопастями.
- Эффективность выше, чем у Рутса.
- Более тихий.
Центробежный нагнетатель
Это механический компрессор, который напоминает турбину, только в нём нет горячей улитки. Он также приводится в движение ременной передачей от коленвала. А значит, он тоже «съедает» часть мощности двигателя.
Но он обладает рядом преимуществ перед другими типами:
- Меньшие габариты. Его можно установить почти на каждый двигатель, он занимает мало места под капотом.
- В нём меньше трущихся деталей, поэтому, его обслуживать и ремонтировать дешевле. Да и срок службы больше.
- У него большая производительность. Вместе с ним можно установить фронтальный интеркулер. Это охладит воздух, а значит увеличит эффект от наддува.
Совместная установка турбины и компрессора в одном моторе
Такие автомобили есть. В них реализована связка механического компрессора и турбины. Это обеспечивает постоянную мощность двигателю на любых оборотах коленчатого вала.
Это связано с тем, что механический нагнетатель начинает работать на низких оборотах, так как связан с коленвалом ремнем. Он вступает в работу, как только начинает вращаться коленчатый вал мотора.
Турбина раскручивается на высоких оборотах, на «низах» она не работает, так как недостаточно скорости выхлопных газов. Поэтому, мощность двигателю на низких оборотах даёт компрессор, а на высоких – турбонагнетатель.
Такая связка убирает турбояму или турболаг на турбированных моторах.
Так что всё-таки лучше турбина или компрессор
Однозначно лучшим вариантом будет турбокомпрессор. Он обладает рядом достоинств:
- Не крадет мощности у двигателя за счет ременной передачи.
- Он может прокачать через себя больше воздуха.
- Менее шумный.
- С ним устанавливается интеркулер – охладитель воздуха. Это снижает температуру наддува и увеличивает мощность двигателя.
- Не занимает много места под капотом.
Использование одной турбины в турбомоторе не дает прироста мощности на низах. Но это нивелируется установкой турбины с изменяемой геометрией или твинскролл турбокомпрессора.
Чем отличается турбина от компрессора и что лучше?
Увеличение мощности автомобиля — тема не новая, но всегда актуальная. Чтобы решить эту проблему у автовладельца есть два варианта — установить компрессор или турбину. Оба устройства призваны увеличить продуктивность работы двигателя, но каждое имеет свою нюансы и особенности. Ниже рассмотрим, чем отличается турбина от компрессора и установка какого именно устройства будет нужна в конкретных случаях.
Немного теории
Для начала стоит разобраться, каким именно способом увеличивается мощность силового агрегата. Сперва банальное описание, как функционирует ДВС: работает он на воздушно-топливной смеси, которая воспламеняется и сгорает в цилиндрах, обеспечивая мотор необходимой энергией для работы. Смесь состоит из двух компонентов — воздуха и топлива (дизель или бензин).
Для эффективного сгорания топливо-воздушной смеси в цилиндрах требуется определенное количество топлива и определенное количество воздуха. И если с подачей большего количества топлива особых проблем нет, то загнать в цилиндр больше воздуха уже не так просто.
Для решения этой задачи может использоваться турбина или компрессор, которые мы и рассматриваем в данной статье. И хотя оба этих устройства нагнетают воздух в двигатель, работают они по совершенно разным принципам.
Компрессор
Это устройство нагнетания воздуха механического типа, оно появилось раньше турбин, но до сих пор используется как производителями автомобилей, так и тюнинговыми автосервисами. Компрессор монтируется, можно сказать, «рядом с мотором» и напрямую не вмешивается в его конструкцию.
Существует три типа компрессоров: центробежный, роторный и винтовой. Основное отличие между ними заключается в способе сжатия воздуха и его подаче на впуск двигателя.
Принцип работы центробежного, роторного и винтового компрессора
Центробежный компрессор — это крыльчатка, которая вращается с большой скоростью и нагнетает воздух в корпус компрессора. Скорость вращения может достигать 50-60 тысяч оборотов в минуту. При этом воздух, который попадает в центральную часть крыльчатки, смещается к ее краю под действием центробежной силы. В результате воздух выходит из крыльчатки с высокой скоростью, но под низким давлением. Дальше, для повышения давления воздуха используется диффузор, который состоит из расположенных вокруг крыльчатки лопаток. Эти лопатки преобразуют быстрый поток воздуха с низким давлением в медленный поток воздуха, но большим давлением. Данный тип компрессора является самым распространенным и самым эффективным.
Роторный компрессор состоит из двух кулачковых валов, которые вращаются и нагнетают воздух во впускной коллектор. Роторные компрессоры, отличаются большими размерами и располагаются непосредственно над двигателем.
Винтовой компрессор состоит из двух роторов, похожих на набор червячных передач. В результате их движения воздух оказывается между лопастями, таким образом он сжимается и подается на впуск двигателя. Винтовой ротор требует высокой точности при производстве, поэтому он достаточно дорогой.
Какой бы не была конструкция компрессора, он всегда навешивается на ременную передачу коленчатого вала, а значит для сжатия воздуха он использует энергию самого двигателя.
Плюсы компрессора:
- требует минимального сервисного обслуживания;
- долгий срок службы, чаще всего хватает на весь период пользования автомобилем;
- нет вмешательства в строение двигателя;
- не требует моторного масла для смазки;
- эффективно работает на низких оборотах;
Минусы компрессора:
- мощность заметно ниже, чем у турбины;
Читайте также: MPI двигатель — что это такое.
Турбина
Принцип работы турбины
В отличие от компрессора, турбина «встраивается» в двигатель, использует его масло и функционирует от выхлопных газов, то есть происходит «вмешательство» в систему выпуска.
Принцип работы турбины следующий: газы поступают на выпуск двигателя, далее идут на горячее колесо турбины (раскручивая его), энергия вращения передаётся на холодное колесо, которое начинает быстро вращаться и нагнетать воздух на впуск двигателя.
Плюсы турбины:
- более высокая эффективность работы;
- использует энергию выхлопных газов;
Минусы турбины:
- эффективно работает на высоких оборотах;
- присутствует так называемый турболаг или задержка между нажатием на педаль газа и увеличением мощности двигателя;
- использует моторное масло для смазки, а потому двигатель требует более частой его замены;
- повышенный расход масла;
- недолгий срок эксплуатации, в лучшем случае — до 200 тыс. километров;
- высокая стоимость ремонта;
- сложности в установке;
Фактически, главный и единственный плюс турбины — это внушительное увеличение мощности двигателя, дальше идут одни минусы.
Читайте также: Что такое TSI двигатель.
Что лучше турбина или компрессор?
На самом деле всё зависит от того, какой именно эффект нужен автовладельцу, а это всегда строго индивидуально. Можно подвести следующие итоги.
Турбина. Даёт огромный прирост мощности двигателя, вплоть до 40%. Актуально для ралли-заездов или для поклонников стритрейсинга. Правда, придётся серьёзно потратится, как на покупку самого устройства, так и на его монтаж, настройку и техобслуживание. Плюс нужно мириться с большим расходом масла, туролагом и частыми ремонтами.
Компрессор. Подходит водителям, которым не нужна такое внушительное повышение мощности двигателя. При этом автовладелец не хочет иметь проблем с обслуживанием оборудования, поскольку компрессор используется по принципу «поставил, настроил и забыл» — его срока эксплуатации хватит на весь период пользования машиной. Да и стоимость самого устройства в разы ниже.