Турбо или компрессор?

Сейчас стало очень модно увеличивать мощность своего автомобиля. И делают это не только любители гоночных машин, но и владельцы обычных транспортных средств. И тут перед автомобилистом возникает дилемма: что лучше турбина или компрессор?

Оба механизма предназначены для увеличения продуктивности работы двигателя, но каждый из них имеет свои особенности. Различия этих устройств закачаются не только во внешнем виде, но и в принципе работы, что является ключевым фактором для покупателя.

Для того чтобы ответить в чем отличие турбины от компрессора сначала давайте разберёмся в их устройстве.

Турбина

Турбокомпрессор – это сложно устроенный механизм, который предназначен для нагнетания сжатого воздуха в двигатель. Его особенность заключается в способе привода. Турбокомпрессор преобразует кинетическую энергию выхлопных газов в механическую за счет вращения ротора.

Ротор турбины раскручивается до безумных значений, порядка 20 – 24 000 оборотов в минуту. И под давлением подает максимально много воздушной смеси в цилиндры двигателя. Это означает что при прочих равных в одном и том же объёме двигателя можно сжигать намного больше топливно-воздушной смеси, что напрямую влияетна мощность двигателя.

Турбонагнетатель состоит из корпуса, вала, подшипников, перепускных клапанов и двух турбин, жёстко сидящих на валу.

Первая вращается от давления отработанных газов, которые идут через глушитель, второй передается это вращение.

Подшипники вала смазываются маслом двигателя (помимо смазывания, оно забирает и лишнюю температуру); чтобы масло не уходило в отсеки с крыльчатками, за подшипниками есть специальные изоляторы, которые тормозят его расход.

Инженеры довольно давно попытались создать турбокомпрессор, но у них это долгое время не поучалась, поскольку уровень обработки и качество материалов было не на высоте. За последние сто лет все изменилось. Появилось множество видов турбин, но в процессе доработки конструкции они все пришли стандартизировались и внешне стали очень похожими. Сегодня турбины получили широкое применение в качестве основного элемента привода для разнообразных транспортных средств. Для нормальной эксплуатации устройства обязательно необходимо использовать интеркулер. Он охладит воздух перед попаданием в турбокомпрессор тем самым сделав его плотнее и убережёт агрегат от перегрева.

Компрессор

Компрессор — это механизм, который также предназначен для сжатия и подачи воздуха, но его привод осуществляется от коленчатого вала.

Сейчас различают всего три вида компрессоров: роторные, винтовые и центробежные. Первые два варианта нагнетают воздух при помощи определенных цилиндрических роторов или «лопастей», последний работает как кулер, то есть нагнетает лопастями.

Роторные компрессоры применяются достаточно широко. Основной плюс это средняя цена, большой строк службы, высокая частота подаваемого воздуха, плавность и стабильность работы, быстрый отклик на частоту вращения коленчатого вала.

Воздух в этой системе не сжимается, он как бы заходит внутрь, а дальше в двигатель его нагнетают лопасти, которые сделаны в виде ротора. Поэтому они получили название – компрессор с внешним сжатием. Минусом является то, что при повышении давления на впуске, падает КПД.

Строение чаще всего состоит из двух роторов, на впускном и выпускном окне, смотрим фото. Располагаются они поперечно.

Недостатками этой конструкции можно назвать:

1) КПД зависит от зазоров между валами и другими деталями.

2) Самый большой нагрев из всех других типов.

3) Сильный шум и вибрацию валов.

4) Не особо сильное давление около 0,7 бара максимум.

Если подвести итог становится понятно, что этот тип далек от идеала. Некоторые могут задать вопрос —  а почему лопасти винтовые? Тут есть две причины, первая это повышения давления воздуха и вторая уменьшения шума (хотя помогает мало).

Винтовые нагнетатели наиболее совершенны и надежны. Принцип работы здесь также прост – сжатие происходит за счет изменения объема полостей между корпусом и винтами вращения (своеобразными роторами). Воздух здесь движется диагонально. Большими плюсами этого варианта является высокое КПД до 85%, а также большое давление воздуха (от 1 бара в выше), достигается это большими оборотами иногда до 12 000 об. Именно из-за этого можно сделать корпус более миниатюрным. Нужно сказать этот вариант из-за надежности и небольшого корпуса часто используется на гоночных автомобилях.

Минусами такого механихма являются сложное строение и ремонт, что увеличивает цену конечного продукта, сильный нагрев при работе и высокие требования к чистоте всасываемого воздуха.

Как видно на конструкции два ротора, с зубчатыми спиральными зубьями. Их профили полностью соответствуют друг другу при соприкосновении, что делает конструкцию очень надежной.

Центробежные компрессоры — самые распространенные на двигателях внутреннего сгорания, работают при помощи так называемых лопастей или «лопаток». Если сравнить их двумя предыдущими, то этот тип самый компактный из всех, а также он прост в технологии изготовления, что удешевляет его конечную стоимость. Зачастую его могут путать с ТУРБО вариантом (который работает от выхлопных газов), из-за схожей конструкции, однако это совсем неправильно, это два совершенно разных устройства.

Принцип строения – состоит из входной части, рабочей (лопасти-лопатки) и диффузора, который может быть как лопаточный, так безлопаточный. Обязателен, для установки и воздухозаборник, сделанный в виде «улитки».

Теперь на конкретных примерах сравним турбину и компрессор.

Компрессор Турбокомпрессор
Способ привода От коленчатого вала За счет энергии отработанных газов
Прибавка к мощности Низкие обороты Высокая Низкая
Средние обороты Средняя Средняя
Высокие обороты Низкая Высокая
Задержка нагнетания Нет. Мощность компрессора пропорциональна мощности двигателя. Имеется незначительная задержка именуемая турбоямой.
Расход мощности двигателя для собственного привода До 30% Незначительный
Срок службы Зависит от типа компрессора Средний ресурс около 150 тыс. км
Обслуживание Каждые 10 тыс. км Каждые 7 тыс. км
Стоимость Средняя. Зависит от вида компрессора. Дорогая. Зависит от двигателя.
Сложность установки Простая. Могут справится в практически любом СТО. Варьируется в зависимости от того, предусмотрена двигателем установка турбонаддува. Требуется специальные знания, если вы тюнингуете машину.
КПД в зависимости от увеличения мощности двигателя Падает Растет

Также существуют схемы применения сразу обоих устройств.

Такая схема обеспечивает снабжение двигателя давлением наддува как на низких, так и на высоких оборотах, позволяя двигателю выдавать максимальный крутящий момент практически во всём своём диапазоне работы. На холостых оборотах ни одно устройство не задействуется, однако при разгоне выше холостых оборотов происходит подключение компрессора. Далее при достижении переходного диапазона оборотов, когда турбина ещё не создаёт достаточного давления, компрессор работает в зависимости от оборотов и нагрузки на двигатель. За его подключение и регулировку нагрузки отвечает электромагнитная муфта. Далее при достижении оборотов выше средних, происходит переключение воздушных потоков между компрессором и турбиной с помощью дроссельных заслонок, в итоге весь поток воздуха идёт через турбину, работающую в своём диапазоне оборотов, а компрессор отключается. При отпускании педали газа отключение и подключение механизмов наддува происходит в зависимости от нагрузки на двигатель.

Использование обоих устройств требует щепетильного подхода к изготовлению и материалам, поскольку тепловые и динамические нагрузки на такой двигатель значительно выше чем у атмосферного.

Подытожим

Стоит посмотреть на производителей, сейчас компрессоров вы и не найдете и причина ясна: разделите 200 000 на 12000 = 16, именно во столько превосходит турбина своего соперника по оборотам, а соответственно и выигрыш в мощности будет ощутимый.

Если констатировать, то:

  • Турбина, это мощный, производительный агрегат, который повысит мощность от 30 до 40% (примерно), если вам это важно (гоняете на ралли например), это ваш выбор. Но готовьтесь выкладывать большие деньги за обслуживание (ремонты), частые диагностики, замену масла и т.д.
  • Если не нужна такая бешенная производительность, а хочется процентов 7 – 10 к мощности, чтобы избежать проблем с обслуживанием, хватило на весь срок эксплуатации авто (настроил и забыл), дёшево и сердито, тогда ваш вариант — компрессор.
  • Если же у вас достаточно денег и времени для создания чего-то действительно универсального, стоит задуматься о варианте с обоими механизмами.

Турбо или компрессор?: 2 комментария

  1. так как осевой компрессор имеет более сложную конструкцию и склонность к помпажу. Наименьшие размеры имеют турбокомпрессоры для двигателей легковых автомобилей — диаметр их колёс порядка 50 мм. Наибольшие размеры у судовых турбокомпрессоров — диаметр колёс — до 1,2 м.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *