Турбіна або суперчарджер?

Турбина или суперчарджер?
Турбіна або суперчарджер?
Турбонаддув - процес роботи відцентрового нагнітача з турбоприводом (який в Росії часто називають просто турбіною), що має своєю метою збільшення обсягу вентиляції двигуна. Кінцевий результат схожий з результатом дії будь-якого нагнітача – збільшення маси потоку повітря до двигуна і пов'язаний з ним приріст потужності. Потужність, як відомо, безпосередньо залежить від того, скільки повітря потрапить у двигун.

Принципова різниця між турбонагнітачем і традиційним нагнітачем з механічним приводом (також, можливо, відомим читачеві під словом «суперчарджер») полягає в способі, яким він приводиться в дію. Всі нагнітачі по суті своїй – насоси. Вони качають повітря і всі вони, природно, вимагають якогось джерела енергії, щоб виконувати цю свою функцію. Нагнітачі з механічним приводом (відцентрові, гвинтового типу або об'ємні нагнітачі Рута) працюють завдяки енергії, одержуваної ними від коленвала через механічне з'єднання – ремінь, зубчасту передачу і т. п. Турбонагнетатели ж витягують енергію для своєї роботи із того, що взагалі-то призначений для викиду назовні – з потоку вихлопних газів. Забавно, але у результаті турбіна, що працює на такому «відпрацьований матеріал», здатна дати будь двигуна більш високий приріст потужності – просто тому, що вона не вимагає додаткових енерговитрат від цього самого двигуна.
До речі, ці енерговитрати набагато більш високі, ніж багато хто думає. Візьмемо, приміром, механічний нагнітач, який теоретично додає до потужності двигуна до 100 кінських сил. До цього він «з'їсть» 25-35 л. с. (якщо двигун не дуже об'ємний). Ця величина, до речі, залежить від ККД самого нагнітача, але це вже тема для іншої статті :) Так от, «від'ївши» від поставляється їм самим потужності ті самі 25-35 л. с., механічний нагнітач залишить двигуну відповідно лише 65-75 «коней». У той же час турбіна, яка розкручується вихлопними газами, а ніяк не коленвалом, дасть двигуну 90-95 л. с. додаткової потужності. При цьому, звичайно, 5-10 «коней» теж загубляться - через протитиску у випускному тракті, - але масштаб все одно не той, чи не правда? В результаті за інших рівних двигун з турбонаддувом отримає потужності на 30-40 відсотків більше, ніж той же двигун з механічним нагнітачем.
Однак багато хто вважає роботу турбонагнітачів якоїсь «чорною магією». Свою частку в захоплене здивування, яке хтось напевно відчуває перед турбінами, вносить поширене оману щодо того, що потік вихлопних газів від двигуна недостатньо сильний для того, щоб привести в дію нагнітач (компресор). Однак це не так. Енергетичний потенціал вихлопу будь-якого двигуна внутрішнього згоряння величезний. Він майже дорівнює тому, що передається через маховик. А все завдяки тому, що енергія горіння в ДВС вивільняється майже в однакових частках трьома шляхами: обертання коленвала, виділення тепла і сила вихлопу. Ця остання сила якраз і змушує обертатися цілі газотурбінні двигуни, що вже говорити про турбочарджерах (а вони являють собою ті ж ВМД, тільки маленькі, і використовують двигун внутрішнього згоряння як топку). Хороший привід задуматися про те, скільки енергії ми витрачаємо даремно, дозволяючи їй просто витікати в атмосферу, хоча вона могла б додати нам трохи додаткових коней під капот :)
Тепер згадаємо шкільний курс математики і трохи поупражняемся на гіпотетичному драгстере, який, припустимо, оснащений суперчарджером і має потужність в 1000 л. с. Припустимо, 500 л. с. з цієї тисячі отримані як раз завдяки суперчарджеру. Трохи відмотавши текст назад і взявши звідти співвідношення 65/100, з яким механічні нагнітачі видають реальну надбавку до потужності, а потім розділивши 500 на 0,65, ми отримаємо 769 л. с. Саме таку потужність має реально видавати суперчарджер, щоб двигун отримав у підсумку 500 л. с. в плюс. А тепер порахуємо, скільки «коней» буде потрібно від турбіни, щоб отримати такий же результат. Взявши вище співвідношення 95/100, отримаємо 526 л. с. З цього випливає, що двигун з механічним нагнітачем повинен виробляти потужність у 1269 л. с. (500 + 769), щоб зрівнятися з турбованим двигуном потужністю в 1026 л. с. (500 + 526) – при інших рівних умовах, безумовно.
Втім, 35 л. с., які втрачає суперчарджер і 5 л. с., які втрачає турбонагнітач – максимальні значення. Візьмемо інше співвідношення: 25 л. с. втрачає суперчарджер і 10 л. с. – турбонагнітач. Співвідношення сил тут все одно не на користь механічного приводу. 1056 л. с. має видати турбодвигун і 1167 л. с. – його побратим з суперчарджером. При цьому турбодвигун, до речі, набагато менше зноситься, що теж деколи має значення. (Примітка: всі наведені тут співвідношення, звичайно, не ідеально точні для двигунів внутрішнього згоряння, але близькі до реальності). Так що, підбиваючи підсумок, можна сказати, що «чорна магія» турбонаддува – не магія зовсім.
07:57
4
RSS