Турбина VS нагнетатель: какое надувательство лучше?

С момента изобретения ДВС технический прогресс улучшал его эффективность и увеличивал мощность. Одним из методов достижения результата было увеличение рабочего объема двигателя. Другой способ – оставлял объем неизменным, но заставлял мотор «вдыхать» больше топливной смеси с помощью турбонаддува или нагнетателя. Какое же из этих устройств предпочтительнее?

Технология принудительного наддува появилась еще в конце XIX века, но стала широко применяться для увеличения мощности легковых автомобилей только в 1980-х годах. Давайте разберемся, как работают турбонаддув и нагнетатель, чем они похожи, различаются, а также рассмотрим их плюсы и минусы.

Как работает ДВС

Перед тем как углубиться в тему, важно понять, как работает двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

В цилиндрах двигателя воздух и топливо смешиваются, образуя топливную смесь, которая затем воспламеняется искрой свечи зажигания. В результате сгорания образуется горячий газ, резко расширяющийся и создающий давление. Эта сила толкает поршень вниз по цилиндру, передавая энергию вращения коленчатому валу, а через него – на трансмиссию и привод. Когда поршень возвращается вверх, он выталкивает отработанные газы через выпускной клапан, и процесс повторяется, обеспечивая непрерывную работу двигателя.

Как работает турбонаддув

Сходство между турбокомпрессором и нагнетателем заключается в том, что оба устройства сжимают воздух, который затем подается во впускной коллектор двигателя. Сжатый воздух становится более плотным и насыщенным кислородом, что позволяет улучшить сгорание и увеличить мощность двигателя. Однако принудительный наддув иногда понимают неправильно.

Многие считают, что увеличение подачи воздуха в двигатель сразу приводит к значительному приросту мощности. Это не так – воздух должен быть сжат до определенного уровня. Обычно в современных серийных автомобилях турбокомпрессор создает давление от 0,6 до 1,4 бар (в США этот диапазон соответствует 9-20 PSI). Такое давление и называют «наддувом» или «давлением наддува».

Главная особенность турбокомпрессора заключается в том, что для создания дополнительной мощности он использует энергию выхлопных газов. Выходя из двигателя, они проходят через турбину, вращая ее колесо (это так называемая «горячая сторона» турбины).

На другой стороне, «холодной», воздух засасывается и сжимается с помощью компрессорного колеса, которое связано с тем же валом, что и турбина. Затем сжатый воздух направляется во впускной коллектор двигателя, где он смешивается с топливом и поступает в цилиндры для сгорания. Это весьма эффективный способ увеличения мощности, поскольку двигатель использует энергию выхлопных газов, которые в противном случае просто выходили бы в систему выпуска.

Как работает нагнетатель

Нагнетатель создает сжатый воздух «более механическим» способом. Его внутренние компоненты связаны с коленчатым валом двигателя ремнем. Когда вал вращается, ремень передает его движение на нагнетатель, заставляя компрессорное колесо сжимать воздух, который затем подается во впускной коллектор двигателя. Существует несколько типов нагнетателей, но все они работают за счет вращения, передаваемого от коленчатого вала.

Итак, основное различие между турбонаддувом и нагнетателем заключается в том, что турбокомпрессор создает наддув за счет энергии выхлопных газов, а нагнетатель — за счет вращения коленчатого вала.

Сходства между турбонаддувом и нагнетателем

И турбокомпрессор, и нагнетатель при сжатии воздуха нагревают его. Это проблема: если горячий воздух поступит в двигатель, это сведет на нет все преимущества принудительного наддува и может привести к серьезным поломкам.

Для решения этой проблемы используется интеркулер, который охлаждает воздух между компрессором и впускным коллектором.

• Воздушно-воздушный интеркулер охлаждает сжатый воздух, используя поток воздуха, проходящего через переднюю часть автомобиля, аналогично тому, как радиатор отводит тепло от теплоносителя.

• Воздушно-водяной интеркулер работает с использованием охлаждающей жидкости и имеет более сложную конструкцию. Насос перекачивает жидкость между интеркулером и теплообменником. В теплообменнике она охлаждается, затем поступает в интеркулер, забирает тепло у воздуха и возвращается в теплообменник для повторного охлаждения.

Оба устройства — турбокомпрессор и нагнетатель — требуют механизма для сброса давления в системе.

В двигателе с турбонаддувом давление наддува регулируется с помощью выпускного клапана (wastegate), который позволяет выхлопным газам обходить турбину, снижая ее скорость и, соответственно, давление наддува. Нагнетатели, не использующие выхлопные газы, таких клапанов не имеют.

Однако в обеих системах используются перепускные или сбросные клапаны. Эти компоненты сбрасывают избыточное давление во впускной системе, когда оно не требуется, например, при отпускании педали газа.

Плюсы и минусы турбонаддува и нагнетателя

Турбокомпрессор:

Преимущества:

• Эффективное использование энергии выхлопных газов.
• Увеличение мощности без значительного увеличения расхода топлива.

Недостатки:

• «Турбо-лаг» – задержка в отклике на нажатие педали газа из-за времени, необходимого для раскрутки турбины.
• Сложность конструкции и необходимость регулярного обслуживания.

Нагнетатель:

Преимущества:

• Мгновенный отклик на нажатие педали газа благодаря прямому приводу от двигателя.
• Простота конструкции по сравнению с турбокомпрессором.

Недостатки:

• Потребляет часть мощности двигателя для своей работы, что может снижать общую эффективность.
• Меньшая эффективность на высоких оборотах по сравнению с турбокомпрессором.

Выбор между турбокомпрессором и нагнетателем зависит от предпочтений водителя и целей использования авто. Если важен мгновенный отклик и мощность на низких оборотах, нагнетатель может быть предпочтительнее. Для тех, кто стремится к максимальной эффективности и мощности на высоких оборотах, турбокомпрессор – лучший выбор.

Стоит отметить, что турбокомпрессоры, как правило, стоят дороже, чем нагнетатели. Это связано с их более сложной конструкцией, а также с тем, что они требуют дополнительного оборудования, такого как системы управления и охлаждения.

К тому же нагнетатели проще в монтаже. Они не требуют изменений в выхлопной системе и могут быть установлены на многие двигатели с меньшими затратами.

Источники: Jdpower.com, Motortrend.com