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!
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.
Внешне центробежные выглядят очень схоже со своими ближайшими родственниками - обычными турбинами. Действительно, между двумя системами подачи воздуха в цилиндры много общего, но тем не менее отличий у них не меньше.
Использование принудительной индукции для получения большей мощности с единицы объема двигателя может быть достигнуто несколькими различными способами. Одним из таких способов является применение нагнетателя центробежного типа, использующего механическую мощность двигателя, а не , для того чтобы загнать больше воздуха в цилиндры, сжечь больше топлива и получить больше мощности. Но как именно работает центробежный нагнетатель? Небольшой ликбез ниже.
Центробежный нагнетатель очень похож на турбокомпрессор, если посмотреть на него со стороны такого технического элемента, как диффузор компрессора. В простонародье его называют «улиткой» за схожий внешний вид, и это не случайно.
Как в турбине, он использует крыльчатку для сжатия воздуха, поступающего извне, и принудительно направляет его в цилиндры двигателя. Главное конструктивное отличие, как вы уже догадались, заключается в отказе от использования выхлопных газов для раскручивания крыльчатки - центробежный нагнетатель вместо этого использует шкив, приводимый в движение двигателем механически. Поэтому он относится к типу приводных нагнетателей.
Плюс. Поскольку вращение компрессора центробежного типа зависит от оборотов двигателя, центробежная турбина не будет нагнетать такое же количество воздуха на низких оборотах, как и на высоких. Это хорошо при обыденной эксплуатации автомобиля, например, в городе, в пробках или при вялотекущем движении. Пиковая мощность не будет достигаться до тех пор, пока вы не раскрутите до более высоких оборотов. Значит, будет экономиться топливо.
Минус. В то же время моторы с установленными на них центробежными нагнетателями будут выдавать максимальную мощность на самых высоких оборотах, что создаст определенный дефицит энергии при начале разгона.
Таким образом, у двигателя с центробежным наддувом будет больше энергии на высоких оборотах. Это является одним из главных недостатков центробежных нагнетателей - у них достаточно узкий диапазон работы, стремящийся к максимальным оборотам двигателя.
Минус. Также центробежные отличаются более сложной конструкцией и повышенными оборотами вращения крыльчатки. В конструкции появляется такой элемент, как повышающий редуктор (это лишний вес), а скорость вращения выходного шпинделя будет катастрофически огромной, вплоть до 250.000 оборотов в минуту! От таких нагрузок страдают конструктивные элементы, надежность падает.
Минус. Еще одним минусом можно назвать забор мощности турбины от двигателя. Она ведь приводится механически, а значит, мотору приходится трудиться за двоих.
Плюс При этом жесткая сцепка дают положительный результат. Отзывчивость становится практически моментальной, «турбоямы» для этой конструкции не известны.
По этой причине такая система принудительного увеличения мощности подойдет не каждому автомобилю. Впрочем, автопроизводители повсеместно все чаще начинают использовать именно нагнетатели, предпочитая устанавливать их на свои новые модели автомобилей вместо классических турбин. Это обусловлено, в первую очередь, возможностью его тонкой настройки, скажем, при помощи бортового компьютера, который сможет включать и отключать турбину при изменениях исходных данных. Хотя практической необходимости с ПЦН в этом нет.
Небольшое видео на тему (для комфортного просмотра включите перевод субтитров)
Новые автомобили все реже оснащаются двигателями без наддува, благо турбины позволяют развивать большую мощность при малом объеме. Российские водители, тем не менее, относятся к турбомоторам с опаской. И очень зря.
Разница в том, каким образом в цилиндры двигателя поступает воздух.
Воздух идет сам туда, где ниже давление. У атмосферного мотора воздух идет в цилиндры под действием создаваемого на такте впуска разрежения - поршень опускается и втягивает за собой воздух. Проще не бывает.
Чтобы нагнать в цилиндры больше воздуха, в помощь разнице давлений приходит принудительный наддув. Грубо говоря, на впуске ставят «большой вентилятор». О конструкции таких систем поговорим вкратце чуть ниже.
Чтобы повысить мощность двигателя, нужно сжечь в нем больше топлива - зависимость простая. А вот чтобы сжечь больше топлива, нужно подать в цилиндры много воздуха, почти по кубометру на каждый литр бензина. Вопрос лишь в том, как заставить его это сделать? Основных способов два:
Двигатель W12 разработки Volkswagen Group ставился в разные годы на Audi A8L, Volkswagen Phaeton, Volkswagen Touareg, Bentley Continental Flying Spur и другие премиум-модели. Фото: w12cars.com
В основном используют два способа повысить давление на впуске выше атмосферного.
Мы не будем сейчас вдаваться в достоинства и недостатки каждой из схем, а также описывать историю их создания и развития - это тема для отдельного материала. Здесь нам важно определиться, насколько наддувные моторы хороши.
Высокая максимальная мощность.
Как мы уже поняли, за счет наддува можно увеличить количество сжигаемого топлива, а значит, и повысить мощность мотора при неизменном объеме. Мощность можно увеличить в разы, но обычный показатель - 20–100% для серийных двигателей.
Стабильный крутящий момент.
В обычном атмосферном моторе давление на впуске, а следовательно, и количество сжигаемого топлива меняется в зависимости от оборотов мотора. На каких-то оборотах наполнение максимально, и двигатель работает с полной отдачей. На других наполнение цилиндров хуже, и момент, развиваемый двигателем, меньше.
В современном турбомоторе наполнением цилиндра занимается турбина, а управляет турбиной электроника. Появляется возможность всегда подавать столько воздуха, сколько нужно для максимально эффективного сгорания смеси, и столько, чтобы «железо» двигателя выдержало нагрузку. Это позволяет создавать знаменитую «полку» крутящего момента. Такое название произошло от вида графика момента, который на турбомоторах действительно похож на ровную полку.
Низкий расход топлива.
Казалось бы, парадокс. Наддув позволяет впрыскивать больше топлива, но при этом обеспечивает экономичность. Каким образом? Дело в том, что рабочий объем турбомоторов меньше, и в целом они легче. С наддувом двигатель прекрасно тянет с самых низов, а на малых оборотах меньше потерь энергии на трение и выше КПД. В результате при неспешном движении турбомотор экономичнее. А при большой нагрузке расход топлива никто не считает, не зря же есть выражение «ехать на все деньги», тем более мало кто постоянно ездит в экстремальных режимах.
На графике замера мощности и крутящего момента Skoda Fabia RS TSI видно, что в диапазоне с 2 000 до 4 500 оборотов двигатель развивает 250 ньютон-метров. Это и называется «полкой крутящего момента».
С полной определенностью можно сказать, что двигатели с наддувом стоят на более высокой ступени эволюции, чем «атмосферники». И все-таки на сегодняшний момент большинство выпускаемых и продаваемых авто оснащены именно классическими двигателями, причем не только в «отсталой» России, но и в «просвещенной» Европе, не говоря уже про США. Почему же?
Ресурс турбин невелик.
В среднем турбина на бензиновом моторе служит максимум до 120–150 тысяч километров, а ремонт обходится недешево. Механический приводной нагнетатель в теории «неубиваем», но это умирающий вид, и там, где он применяется, о ресурсе не заботятся.
Двигатель работает в более суровых условиях.
Температура и давление в цилиндрах у наддувных моторов гораздо выше, а значит, и изнашиваются они сильнее. Это компенсируется тем, что турбодвигатели изначально строят с более высоким запасом прочности всех систем.
Впрочем, вполне справедливо, что двигатель сложнее, у него больше датчиков, больше трубопроводов, больше всего греющегося и протекающего, и любая поломка в системе управления может повредить сам мотор или турбину.
Говорят, что у турбина дает нестабильную тягу.
Действительно, на старых наддувных моторах турбина «отзывалась» не сразу - нужно было время на то, чтобы выхлопные газы раскрутили крыльчатку, и получалось то, что назвали «турболагом». Теперь, с внедрением новых технологий (о них подробнее расскажем позже), эта проблема решена. «Пуристы», поборники атмосферных двигателей утверждают, что все равно нет идеальной связи между движением педали газа и тягой, но для рядовых водителей эти тонкости будут неочевидными.
Говорят, что турбированные моторы звучат менее «благородно», чем атмосферные.
Действительно, турбина делает звук выхлопа не столь ярким и «породистым». Но в полной мере это можно отнести разве что к «большим» моторам - рядным шестеркам или V8. Их звучание признается за некий идеал, и добавление к ним турбокомпрессора резко меняет звук.
По мнению аудиофилов, «от выхлопа» звук становится нечетким и размазанным. Турбина работает как глушитель, сглаживая пики давления выхлопных газов и создавая свои собственные гармоники. Если речь об обычных рядных «четверках», то нельзя сказать, что выхлоп такого мотора изначально звучит особенно хорошо, с добавлением к нему турбины он становится тише, но вряд ли теряется уникальность.
На помощь фанатам хорошего звука мотора приходят специалисты по акустике выхлопа. Выхлопные системы современных машин, что с наддувом, что без - плод серьезной работы, и особенности звука в первую очередь зависят от качества настройки системы и пожеланий покупателя.
Действительно, без турбин и нагнетателей прекрасно обходятся такие «уважаемые» автомобили, как Toyota GT86, Renault Clio RS и Honda Civic Type R. Основных причин на то несколько:
Впрочем, мало-помалу наддув отвоевывает место под капотом спортивных автомобилей. Сначала Формула-1 отказалась от «атмосферников», а в марте 2014 года дебютировала первая в современной истории турбированная модель Ferrari - California T, которая получила «улитку» после долгого перерыва со времен 288 и F40.
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.
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.
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. 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.
Конец рабочего дня, ничего не предвещало беды. Как в одном из боксов среди механиков разразился спор. Извечная тема, давно поросшая мхом вновь явила собой жаркое противостояние адептов компрессора и турбины. Надо сказать, что в нашем сервисе постоянно возникают стычки между поклонниками немецких и японских авто, любителей гаджетов Apple и приверженцев устройств на андройде, вот теперь очередь дошла и до нагнетателей воздуха. Да что собственно удивляться, каждое устройство по своему хорошо, имеет ряд преимуществ друг перед другом, но и не лишен недостатков. Выход из создавшейся ситуации был только один, каждая сторона должна была предоставить веские доводы в пользу своего устройства и оппонировать другой стороне с помощью минусов их «гаджета». Третейским судьей выступил я, ибо для меня нет ничего лучше огромного по литражу «атмосферника» без дополнительных нагнетателей.
Плюсы:
Турбина - это двигатель преобразующий кинетическую энергию газа в полезную механическую. Говоря простым языком, выхлопные газы раскручивают ротор турбины, засасывая воздух извне в камеру сгорания, повышая тем самым взрывную мощь мотора. Особенность в том, что турбина устанавливается на выходе из коллектора выхлопа, требует подключения к системе смазки двигателя и установки дополнительного охлаждения воздуха - интеркулера. По сути турбонагнетатель зависимый агрегат, внедренный в конструкцию ДВС, коэффициент полезного действия которого весьма велик и не ограничен потенциалом двигателя. Поэтому их используют на магистральных грузовиках и самосвалах.
Плюсы:
Компрессоры предполагают размеренное увеличение мощностных показателей с запуском двигателя и так же затухают при достижении пика раскрутки. Он действует в диапазоне рабочего цикла ДВС и КПД падает в зависимости от увеличения мощности.
