Турбокомпрессор или механический нагнетатель?

Содержание

Несколько слов о разнице оборотов нагнетателя и турбины

Мы неоднократно упоминали о нечувствительности работы механического нагнетателя к текущим оборотам коленвала. В отличие от компрессора, турбина на оборотах менее 3500 работать не будет. Чтобы создать давление большее атмосферного, частота вращения коленвала должна быть выше указанного порога.

При ускорении автомобиля наибольшая эффективность работы нагнетателя будет достигнута на непродолжительное время, вскоре вернувшись к средним показателям. У турбины всё по-другому: в начале разгона будет ощущаться пресловутая «турбояма», но по мере ускорения мощь двигателя будет возрастать в геометрической прогрессии.

Из этого следует, что если вы предпочитаете езду «с ветерком» на автомобиле с бензиновым мотором, турбина будет наилучшим вариантом. Для дизельного двигателя вариант с механическим компрессором вообще отпадает.

Использование нагнетателя позволяет стабилизировать работу двигателя во всём диапазоне режимов, но прирост мощности будет намного меньшим.

Оставим в стороне вопрос обслуживания нагнетателей – у механического здесь бесспорное преимущество, а сосредоточимся на экономичности и динамике автомобиля. Здесь предпочтение уже на стороне турбированного варианта. Если учесть, что нынешние тенденции со стоимостью горючего отнюдь не оптимистичны, несложно предугадать, что в среднесрочной перспективе покупатели будут отдавать предпочтение не прожорливым внедорожникам, а экономичным машинам среднего класса. Что же касается их невыразительной динамики, то использование турбины позволяет полностью решить эту проблему. И снизить при этом потребление горючего. Но зато расходы на обслуживание, скорее всего, полностью «съедят» такую экономию.

Мы надеемся, что описание разницы между турбиной и компрессором поможет вам принять оптимальное решение в зависимости от ваших целей и финансовых возможностей.

Источник

Плюсы и минусы эксплуатации наддува

Изготовлен такой компрессор преимущественно из алюминиевых сплавов, в составе которых есть магний. Из-за высоких нагрузок трением эти насосы недолговечны – это их существенный минус.

Использование нагнетателя заметно увеличивает мощность и оборотистость двигателя. Однако использование компрессора, имеющего именно механический привод, неэффективно. При больших оборотах такие устройства дают слабину и начинают забирать мощность на свой привод. Еще данные системы массивны и шумны.

Основной недостаток любой подобной системы – уменьшение долговечности мотора. При неверных настройках (например, при выходе из строя перепускного клапана) они могут в секунды разрушить двигатель, вызвав эффект детонации. А значит, эти системы требуют повышенного внимания при эксплуатации.

Наддув двигателя механический: что нужно знать

Начнем с того, что установка любого типа нагнетателя (механический или турбонаддув) возможна как на инжекторном, так и на карбюраторном двигателе. В обоих случаях предполагается ряд доработок силового агрегата, однако установить турбину на двигатель несколько сложнее и дороже по сравнению с компрессором.

Становится понятно, что механический нагнетатель является более доступным способом повышения мощности двигателя, такое решение проще установить на мотор, причем работы можно выполнить даже самостоятельно. При этом общий принцип действия нагнетателя достаточно прост.

Устройство фактически можно сравнить с навесным оборудованием (генератор, насос ГУР или компрессор кондиционера), то есть агрегат приводится от двигателя. В результате работы механического компрессора воздух сжимается и поступает в цилиндры под давлением.

Это позволяет лучше продувать (вентилировать) цилиндры от остатков отработавших газов, в значительной степени улучшается наполнение цилиндра, количество воздуха в камере сгорания повышается, что делает возможным сжечь больше топлива и увеличить мощность двигателя.

Также компрессор имеет прямую зависимость от оборотов мотора. Чем сильнее раскручен двигатель, тем больше воздуха подается в камеры сгорания и, соответственно, увеличивается мощность. При этом нет ярко выраженного эффекта турбоямы (турболаг), который встречается на моторах с турбонаддувом. Турбояма проявляется в виде провала на низких оборотах, когда энергии выхлопа еще недостаточно для раскручивания турбины и создания необходимого давления для эффективной подачи воздуха в цилиндры.

Другими словами, все работы выполняются комплексно, что в дальнейшем позволяет форсированному силовому агрегату успешно и стабильно работать без значительного сокращения его моторесурса. Теперь давайте рассмотрим некоторые особенности такой установки.

Конструкция и принцип действия турбокомпрессора

Турбокомпрессор состоит из двух турбоэлементов: турбины и собственно компрессора, причем их рабочие колеса установлены на общем валу (см. рис. «Разрез турбокомпрессора, приводимого в действие отработавшими газами» и «Разрез турбокомпрессора, приводимого в действие отработавшими газами, оборудованный перепускной заслонкой» ). Работа турбоэлементов основана на физическом принципе создания момента. Турбина преобразует некоторую часть энергии, содержащейся в отработавших газах, в механическую энергию, необходимую для привода компрессора. Компрессор засасывает свежий воздух через воздушный фильтр и сжимает его.

Таким образом, турбокомпрессор, приводимый в действие отработавшими газами, соединен с двигателем автомобиля только термодинамически, но не механически.

Частота вращения ротора турбокомпрессора не зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, но она в значительной степени определяется балансом энергии, получаемой турбиной и отдаваемой компрессору. Турбина генерирует мощность, необходимую для привода компрессора, которая в основном теряется в подшипниках, и в конечном итоге рассеивается в виде тепла (механические потери).

Способы повышения мощности двигателей

Прежде чем рассматривать разницу между нагнетателем и турбиной с выяснением, какая из технологий лучше, имеет смысл ознакомиться с принципами, используемыми для повышения мощности современных силовых агрегатов.

Схема работы любого ДВС достаточно проста: в качестве движущей силы выступает горючее, вернее, смесь из воздуха с топливом, которая сгорает в цилиндрах, заставляя их выполнять возвратно-поступательное движение. Подача обеих компонентов в двигатель происходит раздельно. Топливо (для конкретики возьмём бензин) подаётся к впускному коллектору по топливопроводу, а его подачу обеспечивает отдельный насос. Воздух же попадает в мотор самотёком, проходя очистку через воздухофильтр. Если он окажется забитым, мощность силового агрегата падает, увеличивая расход.

Но если использовать устройства, которые обеспечивают беспрепятственную подачу увеличенных объёмов воздуха, да ещё под давлением, можно частично решить проблему увеличения мощности мотора без необходимости роста объёма камеры сгорания. Количество кислорода растёт, а значит, путём несложной настройки можно добиться и увеличения подачи бензина, в результате кпд двигателя увеличивается.

Компрессор и турбина как раз и выполняют задачу нагнетания воздуха в цилиндры, по сей день оставаясь самыми доступными и легко реализуемыми устройствами для повышения приёмистости ДВС при тех же габаритах. Разумеется, увеличение размеров всё же имеется – хотя бы за счёт наличия самих дополнительных устройств, но в долевом отношении это не сравнимо с необходимостью увеличивать объём рабочих цилиндров, поскольку это приведёт к необходимости изменения габаритов самого двигателя, включая его корпус как наиболее массивную компоненту всего автомобиля.

Что ж, теперь рассмотрим особенности функционирования устройств обеих типов.

Подробнее о турбокомпрессорах

Вы удивитесь, но первые турбокомпрессоры появились в начале 20 века. Впервые их описал швейцарский изобретатель Альфред Бюхи. Согласно его расчетам, довольно простой механизм мог развивать до 2 тысяч оборотов в минуту. При этом его производительность была очень высокой. В предыдущем разделе мы упомянули, что центробежные нагнетатели очень похожи на турбокомпрессоры. Но было упомянуто одно отличие: привод. Дело в том, что турбины приводятся в действие потоком выхлопных газов. Проще говоря, турбокомпрессор не отнимает у двигателя часть его мощности для осуществления работы.

Работа турбокомпрессора сводится ко все тому же сжатию воздуха и его подаче к двигателю. Эффективность компрессора во многом обусловлена тем, что он не имеет связи с коленчатым валом двигателя – его привод реализован по-другому. Вот как это выглядит:

При работе двигателя он выбрасывает отработавшие газу через специальную систему;
Часть газов перенаправляется на турбинное колесо;
Колесо начинает вращаться внутри корпуса;
Начавшее вращаться компрессорное колесо всасывает воздух;
Воздух, проходя через фильтр, двигается по трубопроводу в цилиндры силового агрегата.

Как и в случае нагнетателей, в тандеме с турбокомпрессорами должен работать интеркулер. Он является тем самым охладителем наддувочного воздуха

Охлаждение здесь особенно важно, так как в турбине воздух нагревается достаточно сильно. Сама же турбина может обеспечить всасывание больших объемов воздуха – это главное ее достоинство

Среди других положительных моментов:

Высокая производительность;
Турбина не потребляет энергию двигателя;
Относительная простота в ремонте и обслуживании.

Не обошлось и без недостатков. У турбин есть свой температурный режим. Они расходуют масло. Турбины имеют не самый большой эксплуатационный ресурс. У турбин есть эффект турболага (турбоямы). К тому же, сами по себе они очень требовательны к качеству топлива, масел и к качеству работы систем, обеспечивающих сгорание топлива и нормирование состава выхлопных газов. Недостатки кажутся существенными, но практика успела показать, что топливная экономичность и хорошие мощностные показатели стоят того, чтобы оснастить автомобиль турбокомпрессором.

Важно отметить, что некоторые автомобили используют систему «Би-Турбо» или «Твин-Турбо». Суть такой системы в том, что в тандеме с обычной турбиной может работать и более простая механическая

Последняя включается в работу только на низких оборотах, тем временем как основной турбокомпрессор подключается только при выходе на средние обороты. Это позволяет решить проблему возникновения турболага. Однако технологии не стоят на месте и на сегодняшний день лучшая реализация наддува двигателя предусматривает использование электротурбины. Она может быть единственной в автомобиле, но зачастую она является лишь частью системы «Би-Турбо».

4 Турбонагнетатель – универсальный наддув своими руками

Как для бензиновых, так и для дизельных двигателей возможно применение турбонагнетателя. Это устройство представляет собой комбинацию компрессора и турбины, которая использует давление выхлопных газов для работы. Последнее устройство создает ряд проблем – турбина должна выдерживать высокие температуры и огромную скорость вращения, а значит, материалы для ее изготовления должны быть сверхпрочными. Некоторую часть нагрузки с турбины снимает компрессор, что и позволяет комплексу в целом справляться со своей задачей.

Впрочем, современные агрегаты решают и эту проблему, в основном благодаря наличию дополнительных нагнетателей. В отличие от турбонагнетателя, никакого запаздывания после нажатия на педаль в случае с электрическим компрессором вы не почувствуете – устройство, которое чаще всего комбинируют с центробежной турбиной, начинает работать уже на малых и средних оборотах, а турбина подключается на высоких. Электрический нагнетатель воздуха достаточно прост в реализации – никаких сложных систем и устройств для его установки не потребуется, так что усовершенствовать авто своими руками с его помощью вполне осуществимо.

https://youtube.com/watch?v=LKV2_qEFi04

Как известно, мощность любого атмосферного двигателя сильно зависит от рабочего объема, а также является в достаточной степени ограниченной физическим рабочим объемом ДВС. Если просто, атмосферный мотор «затягивает» наружный воздух благодаря разрежению, которое возникает в результате движения поршней в цилиндрах.

При этом от количества поступающего воздуха напрямую зависит и количество топлива, которое можно в дальнейшем эффективно сжечь. Другими словами, чтобы сделать атмосферный двигатель мощнее, необходимо увеличивать рабочий объем цилиндров, наращивать количество цилиндров или комбинировать то и другое.

Среди нагнетателей воздуха следует выделить турбонаддув и механический компрессор. Каждое из решений имеет как свои плюсы, так и минусы, при этом установить механический нагнетатель воздуха своими руками на практике вполне может оказаться несколько проще, чем грамотно выполнить работы по установке турбонаддува. Далее мы поговорим о том, можно ли поставить компрессор на двигатель своими руками и что нужно учитывать в рамках такой инсталляции.

Читайте в этой статье

Что лучше?

Стоит посмотреть на производителей, сейчас компрессоров вы и не найдете. ТОЛЬКО – ТУРБИНА! Почему да очень просто, 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 реально 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 геморроя с обслуживанием не было, хватило на весь срок эксплуатации авто (настроил и забыл), чтобы сам мог поставить причем дешево – ТОГДА компрессор.

Может вы рядовой парень, на ПРИОРЕ, и хотите установить себе нагнетатель своими руками (да еще и дешево), чтобы повысить мощность на 10%, причем вам важна надежность – то однозначно компрессор.

Турбина вам не по плечу, потому как придется перелопатить устройство мотора, ставить всякие даунпайпы, лезть в смазку вашего агрегата, да еще много всяких приколов. Причем стоимость будет в разы больше.

Тут как говорится – что кому нужно! А я надеюсь, что моя статья вам помогла, сейчас смотрим видео.

Теперь ребят попрошу проголосовать, что вы себе поставили?

А вот теперь заканчиваю, думаю было полезно, читайте наш АВТОБЛОГ.

(6 голосов, средний: 4,67 из 5)

Как работает турбина

То, что называется турбиной, по сути, является беспрерывно работающим ротационным двигателем. Она представляет собой ротор или ее рабочий орган, который вращается под воздействием воды, пара или газа. В обобщенном виде их именуют рабочим телом. Такое воздействие осуществляется посредством закрепленных по окружности ротора лопаток или лопастей на которые падает поток рабочего тела. В результате кинетическая или внутренняя энергия рабочего тела преобразуется в механическую, вращая соединенные с ротором агрегаты. Сегодня турбина — обычное явление, однако только в XIX веке появились первые работоспособные образцы.

Турбина автомобиля

На современных турбинах имеются две главные части. Это подвижное рабочее колесо, состоящее из установленных на роторе лопаток. Именно оно напрямую создает вращение. К неподвижной части турбины относится сопловый аппарат, состоящий из лопаток, обеспечивающих рабочему телу необходимое направление потока при его воздействии на лопатки рабочего колеса. Этот поток может перемещаться вдоль или перпендикулярно валу турбины. Отдельным типом турбин выделяют турбокомпрессоры.

Как работает турбина

Для повышения эффективности турбин в условиях значительных тепловых перепадов могут создаваться турбины с несколькими контурами. Они могут иметь от одного до трех валов с разным расположением и оснащаться общим редуктором. Все турбины оснащаются регулятором безопасности, который в автоматическом режиме регулирует частоту вращения рабочего органа.

Сфера применения турбин чрезвычайно широка. Они являются составной частью приводов морских и воздушных судов, некоторых автомобилей, работают в различных гидронасосах и гидродинамических передачах. Турбины выступают приводами генераторов. вырабатывающих электрическую энергию на гидро, тепловых и атомных электростанциях. Все большее распространение получают турбинные устройства в двигателях внутреннего сгорания.

В соответствии с типом рабочего тела турбины подразделяются на паровые. газовые и гидротурбины. На их основе созданы газотурбинные и турбореактивные, турбовентиляторные двигатели. Почти все боевые корабли имеют турбинные двигательные установки. Они состоят из компрессора для нагнетания воздуха, камеры сгорания, газовой турбины и различного вспомогательного оборудования.

Принцип функционирования компрессора

При использовании методов увеличения мощности силового агрегата за счёт нагнетания в цилиндры большего объёма воздуха первыми начали использоваться не турбокомпрессоры, а механические аналоги, или просто нагнетатели.

Эти агрегаты, в отличие от турбины, в качестве движущей силы используют коленвал, вращение которого передаётся на вал компрессора с использованием ременной/цепной передачи, то есть чисто механически.

Принцип работы нагнетателя основан на увеличении количества подаваемого в камеру сгорания воздуха, что позволяет уплотнить топливовоздушную смесь. Чем больше плотность – тем мощнее будет воспламеняться ТВС, передавая на коленвал большее количество энергии и повышая КПД силового агрегата.

Нужно понимать, что существует оптимальная пропорция горения смеси горючего и воздуха. Для бензина она составляет 14:1, то есть на одну объёмную часть воздуха должно приходиться одна часть топлива. Таким образом, простое увеличение объема воздуха не только нее приведёт к увеличению мощности взрыва смеси, но даже ухудшит его параметры. А значит, нужно корректировать и подачу бензина, что и осуществляется в автомобилях, двигатель которых снабжён механическим компрессором. Причём такая корректировка производится в автоматическом режиме, с учётом работы нагнетателя.

Прибавка мощности при использовании такого метода составляет порядка 45%, а величина крутящего момента в среднем увеличивается на 30%. Это очень хорошие показатели, учитывая, что в данном случае не требуется вмешательство в ГРМ.

Такой механический нагнетатель начинает работать сразу после пуска двигателя, как только на его вал будет подан момент вращения от коленвала от приводного ремня, одетого на ведущую шестерню коленвала и связанного с шестерней компрессора. Ротор нагнетателя начинает засасывать воздух, сжимает его и направляет под давлением во впускной коллектор. Рабочие скорости вращения компрессора – 50000-60000 оборотов/минуту. Этого достаточно, чтобы увеличить количество подаваемого в цилиндры воздуха на 50%.

Но есть одна проблема: при сжатии воздуха его температура поднимается пропорционально плотности, а это приводит к тому, что при поджоге смеси свечой зажигания она не сможет отдать всю свою энергию. Так что попутно с увеличением количества горючего для сохранения «золотой» пропорции необходимо решать ещё одну задачу: охлаждать смесь. Для этого в составе механического компрессора предусмотрено наличие интеркулера.

Механизм охлаждение может быть реализован несколькими способами: с использованием охлаждающей жидкости или посредством холодного воздуха, набегающего на автомобиль.

Так что схематически разница между компрессором и турбиной минимальна, а вот конструкционно – очень даже существенна.

Признаки того, что турбина «умирает»

Выход турбины из строя во многих случаях происходит очень быстро, причин тому несколько: это может быть, как уже упоминалось, недостаток масла, попадание твердыми частицами по колесу компрессора и по колесу ротора турбины, также к поломке может привести ДТП

Однако чаще турбонагнетатель приходит в негодность постепенно, и у автовладельца есть время обратить внимание и принять необходимые меры по устранению причин поломки либо обратиться к специалистам

Выделяется несколько наиболее распространенных признаков выхода из строя турбины. К ним относятся следующие:

наличие посторонних шумов со стороны турбины во время работы силовой установки (свист либо гул);
появление сизого дыма из выхлопной системы;
резко увеличивается расход масла;
падает давление наддува.

Для определения поломок на ранних стадиях, достаточно внимательно слушать свой автомобиль. Например, у машины упала мощность или она утратила динамику, это говорит о том, что турбина не создает достаточного давления.

Иногда причиной тому служит повышенное противодавление из-за сильного загрязнения катализатора. Также к этому могут привести и неисправности электромагнитного клапана (управляющего вакуумом турбины), что тоже влечет понижение мощности двигателя.

Если же эти элементы работают исправно, тогда стоит проверить перепускную заслонку или изменяемую геометрию. Часто при агрессивном стиле езды поток отработанных газов идет мимо клапана, либо поврежденная изменяемая геометрия, цепляет корпус турбокомпрессора и не направляет воздух на колесо турбины. В таком случае коэффициент полезного действия турбины сильно падает. Если таким образом выявить причину поломки не удалось, тогда потребуется демонтаж турбокомпрессора с силовой установки.

На скорый выход из строя турбину и возможный признак дефекта может также указать дым из выхлопной системы.

Особенности топливной системы при работе с турбиной

Даже если вы устанавливаете самодельную турбину на ВАЗ, необходимо полностью пересмотреть всю топливную систему. Обязательно наличие обратной магистрали и регулятора давления топливной смеси. Можно применить внешний регулятор, но его обязательно нужно подключить при помощи вакуумного шланга к ресиверу, установленному за дросселем.

Стандартный бензонасос явно не подойдет, так как у него очень низкая производительность. Желательно использовать бензонасос от автомобилей «Волга», «Газель» либо же производства Walbro — у него производительность свыше 255 л/ч.

Форсунки, которые устанавливаются на двигателях, тоже нужно убрать. Старайтесь применять только экземпляры, которые рассчитаны на работу в двигателях с мощностью более 200 лошадиных сил. Прекрасный вариант — это электромагнитные форсунки производства DEKA-630СС. Всё работы можно выполнять самостоятельно, но если нет желания это делать, то любой сервис окажет вам посильную помощь.

Принцип работы турбины

Большинство транспортных средств оснащаются четырёхтактными моторами, функционирование которых находится под управлением системы впускных/выпускных клапанов. Каждый рабочий цикл современного силового агрегата, как следует из названия, включает четыре такта, или эпизода, в результате которых коленвал двигателя совершает два полных оборота.

Рассмотрим эти такты детальнее:

во время впуска поршни двигаются вниз, при одновременном попадании в камеру сгорания ТВС (у дизельных моторов в КС поступает только воздух);
такт компрессии предполагает сжатие топливовоздушной смеси;
на такте расширения происходит поджог сжатой смеси искрой, генерируемой в определённый момент свечой зажигания (у дизельных агрегатов воспламенение происходит самопроизвольно в результате нагнетания солярки под более высоким давлением). В результате горения происходит взрывоподобное расширение смеси, преобразующейся в тепло и выхлопные газы;
такт выпуска характеризуется освобождением выхлопа с одновременным движением поршня вверх под действием давления выхлопных газов.

Не вдаваясь в подробности, отметим, что такая схема работы мотора предполагает возможность увеличения его эффективности следующими способами:

увеличением объёма КС и всего двигателя;
ростом оборотов коленвала;
установкой турбонаддува.

Первый метод можно реализовать по двум независимым направлениям: посредством увеличения размеров цилиндров или добавлением новых цилиндров. Оба способа применимы, но исключительно за счёт роста массы и габаритов силового агрегата. То есть это явно выраженный экстенсивный тип развития.

Рост числа оборотов коленвала возможен посредством увеличения количества тактов работы поршня, но и этот способ имеет жесткие ограничения по применимости, вызванными как техническими особенностями реализации, как и падением общего КПД мотора в силу неизбежного увлечения потерь, особенно на такте впуска.

Классическая схема работы ДВС предполагает использование воздуха, попадающего в двигатель самотёком. Применение турбонаддува позволяет подавать в цилиндры тот же объём воздуха, но в сжатом виде, то есть фактически увеличить количество кислорода в камере сгорания. А значит, в единицу времени можно подавать и больше горючего, что позволяет увеличить эффективность работы силового агрегата.

Конструктивно эта схема реализуется следующим образом: отработавшие газы, появившиеся в результате сгорания ТВС, направляются на лопасти ротора, вращая вал турбины. Это приводит в движение вал компрессорной установки, которая собственно, и отвечает за подачу в цилиндры атмосферного воздуха под давлением. По пути воздух, нагретый из-за эффекта сжатия, охлаждается интеркулером, что позволяет предотвратить ранее воспламенение горючей смеси по причине повышения её температуры.

Как видим, коленвал автомобиля и турбонаддув напрямую не связаны, однако в действительности скорость вращения коленчатого вала оказывает влияние на работу турбины. Дело в том, что при больших оборотах энергия выхлопа возрастает, что приводит к росту мощности турбокомпрессора.

А теперь рассмотрим, чем отличается механический компрессор от турбины.

Принцип функционирования компрессора

Итоги

С учетом сказанного ясно, что задачи турбины и компрессора идентичны— увеличение мощности и динамики двигателя. Но они имеют разную конструкцию, индивидуальный принцип действия, а также свои плюсы и минусы. Турбокомпрессор позволяет добиться большей мощности, но он дорогой и требует профессионализма при эксплуатации.

Механический нагнетатель, наоборот, отличается более простой конструкцией и возможностью самостоятельного обслуживания, но дает меньшую прибавку. Не удивительно, что многие производители не стали выбирать, а задействовали сразу две системы одновременно.