Турбокомпрессоры - это ключевые компоненты многих современных двигателей, способные значительно увеличить их мощность и эффективность. Существует несколько различных видов турбокомпрессоров, каждый из которых имеет свои особенности и преимущества. Давайте рассмотрим некоторые из них и их характеристики.
Виды турбин
Turbo, Twin Turbo, Bi-Turbo
Турбокомпрессоры бывают различных видов: одиночные (Turbo), двойные (Twin Turbo), и би-турбо (Bi-Turbo). Каждый из них имеет свои особенности, преимущества и недостатки. Одиночные турбокомпрессоры обычно применяются в компактных и экономичных автомобилях, обеспечивая хорошую производительность при невысоких оборотах двигателя. Двойные и би-турбо турбокомпрессоры используются в более мощных автомобилях для повышения общей производительности и улучшения отклика на нагрузку.
Twin-scroll турбокомпрессоры
Twin-scroll турбокомпрессоры используют два раздельных входа для выхлопных газов, что позволяет улучшить разделение газовых потоков и уменьшить турбулентность. Это приводит к более эффективному использованию энергии выхлопных газов и повышению производительности двигателя.
Электрические турбонагнетатели
Электрические турбонагнетатели представляют собой новое поколение турбокомпрессоров, которые не зависят от выхлопных газов для своей работы. Вместо этого они используют электрический двигатель для привода компрессора, что обеспечивает более быстрый отклик и улучшенную производительность при низких оборотах двигателя.
Преимущества и недостатки
Каждый тип турбокомпрессора имеет свои преимущества и недостатки. Например, одиночные турбокомпрессоры обычно более просты в установке и обслуживании, но могут оказаться менее эффективными при высоких оборотах двигателя. Двойные и би-турбо турбокомпрессоры обеспечивают более высокую производительность, но могут быть более сложными в настройке и требовать дополнительного обслуживания.
Twin-scroll турбокомпрессоры улучшают распределение выхлопных газов и обеспечивают более плавный отклик на нагрузку, но могут быть дороже и сложнее в установке. Электрические турбонагнетатели обеспечивают быстрый отклик и улучшенную производительность при низких оборотах двигателя, но требуют дополнительного источника питания и могут быть дороже в обслуживании.
Одиночный турбокомпрессор
Этот базовый тип турбокомпрессора применялся в период, когда концепция наддува находилась на ранних стадиях развития. Однако у простого турбокомпрессора имеются ограничения в настройке двигателя. Как уже отмечалось, турбокомпрессор использует энергию выхлопных газов. Малогабаритный турбонагнетатель обладает низкой инерцией, поэтому для запуска турбины требуется минимальное количество энергии отработанных газов.
Двигатель, оснащенный таким турбонагнетателем, обеспечивает значительный крутящий момент на очень низких оборотах, что делает его идеальным для использования при низких скоростях. Однако на высоких оборотах его мощности недостаточно, так как турбина стремится вращаться быстрее, но достигает своей максимальной скорости. Следовательно, небольшой турбонагнетатель достигает своей максимальной скорости при более низких оборотах двигателя по сравнению с моделью большего размера.
Напротив, большой турбокомпрессор работает на высоких оборотах двигателя. Это означает, что чем выше частота вращения двигателя, тем больше его мощность. Таким образом, двигатель с данной моделью турбонагнетателя функционирует с определенной скоростью, аналогичной работе двигателя без наддува. Тем не менее, при превышении определенного диапазона скоростей он обладает очень быстрым и энергичным откликом.
Доступная цена
Высокая надежность
Простая конструкция
Недостатки:
Выраженный турболаг
Необходимость находить компромисс между мощностью двигателя и его гибкостью
Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией лопатки
Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией лопатки - это инновационное решение, которое использует подвижные лопасти для регулировки потока воздуха к турбине. Это позволяет имитировать работу турбокомпрессора оптимального размера по всей кривой мощности. В результате получается турбокомпрессор, который практически не заметен, что является важным преимуществом.
Однако этот тип турбокомпрессора наиболее эффективно применяется в двигателях с воспламенением от сжатия. Это связано с тем, что подвижные лопасти чувствительны к высоким температурам, которые характерны для выхлопных газов бензиновых двигателей. Важно отметить, что хотя это тип турбокомпрессора преимущественно используется в дизельных двигателях, но иногда его можно встретить и в автомобилях с бензиновым двигателем.
Преимущества данного типа турбокомпрессора включают:
Работу в широком диапазоне оборотов двигателя.
Сопоставимую с простым турбокомпрессором цену.
Однако следует учитывать и некоторые недостатки:
Меньшую надежность по сравнению с одним турбонагнетателем.
Ограниченное применение в основном для двигателей с воспламенением от сжатия, что требует использования дорогостоящих и более долговечных материалов, особенно в случае бензиновых двигателей.
Двойной турбонаддув
Двойной турбонаддув, также известный как Twin-Turbo или Bi-Turbo, представляет собой систему, включающую два турбонагнетателя, работающих параллельно или последовательно. В параллельной конфигурации оба турбонагнетателя имеют одинаковый размер. Один из них приводится в действие одной половиной выхлопных газов, а другой - другой половиной, при этом оба работают одновременно. Это особенно полезно для двигателей с большим числом цилиндров.
Благодаря низкой инерции, небольшие турбонагнетатели требуют небольшого количества выхлопных газов для запуска турбины. Поэтому часто используют два небольших турбонагнетателя вместо двух крупных.
В последовательной конфигурации, которая наиболее распространена, более мелкий турбонагнетатель работает на низких оборотах, оба работают на средних, а только большой функционирует на высоких оборотах двигателя.
Системы последовательного турбонаддува удовлетворяют требованиям как по высокой производительности, так и по низкоскоростному вращению двигателя. Однако такая конструкция требует сложных трубопроводов для подачи воздуха к обоим турбонагнетателям.
Соответствие высоким эксплуатационным требованиям и гибкость на низких оборотах двигателя.
Исключение турбозадержки.
Недостатки включают:
Высокую стоимость.
Комплексную конструкцию.
Повышенные расходы на обслуживание.
Турбонагнетатель с двойной спиралью
Турбонагнетатель с двойной спиралью является особым типом турбокомпрессора, обладающим двумя выхлопными каналами в секции турбины. Этот дизайн позволяет эффективно направлять выхлопные газы из цилиндров в соответствующие турбо каналы, минимизируя потери энергии и повышая производительность. Например, если зажигание в цилиндрах имеет порядок 1-3-4-2, то выводы из цилиндров 1 и 4 направляются в один канал, а выводы из цилиндров 2 и 3 - в другой. Таким образом, цилиндр 3 не будет получать энергию от выхлопного газа из цилиндра 1, что уменьшает потери энергии.
Преимущества данного типа турбокомпрессора включают сопоставимую с одним турбонагнетателем цену, высокий КПД и надежность работы. Однако у этого дизайна есть и недостатки. Требовательная конструкция выпускного коллектора и сложность в установке на двигателях с большим числом цилиндров ограничивают его применимость. Тем не менее, при правильной установке и обслуживании турбонагнетатель с двойной спиралью может значительно увеличить производительность двигателя.
Электрический турбокомпрессор
Электрический турбокомпрессор, отличается от обычных турбонагнетателей, поскольку не требует энергии отработанных газов для своего функционирования. Вместо этого он оснащен электродвигателем и специальной батареей для обеспечения питания. Такой подход придает электрическому турбокомпрессору несколько преимуществ, наиболее значимым из которых является полное устранение явления турболага. Электрический турбокомпрессор способен регулировать скорость своей турбины, изменяя скорость электродвигателя, и не требует дополнительного оборудования, такого как продувочный клапан, перепускная заслонка или регулируемые лопатки, для контроля над наддувом.
Тем не менее, следует отметить, что электрический турбонаддув не применяется в качестве единичного источника наддува для двигателя. При высоких оборотах двигателя энергии, получаемой от специальной батареи, недостаточно для обеспечения достаточной скорости вращения турбины. Установка более мощного аккумулятора или дополнительных батарей приводит к значительному увеличению стоимости электрического турбокомпрессора, превышая стоимость всего автомобиля. В результате электрический турбонаддув функционирует только на низких и средних оборотах двигателя, выходя из работы на более высоких оборотах.
Преимущества данного типа турбокомпрессора включают полное отсутствие турболага, отсутствие необходимости в дополнительных устройствах контроля давления наддува и устойчивость к высоким температурным нагрузкам. Однако следует учитывать его высокую стоимость, вопросы надежности и необходимость специальной батареи для его питания.
