Механический нагнетатель и турбокомпрессор долгое время находились в жесткой конкуренции. Оба создавали повышенное давление воздуха в цилиндрах, но использовали для этого принципиально разные принципы работы. Хотя компрессор с его мгновенным откликом долгие годы считался эталоном отзывчивости, к началу XXI века автопроизводители массово перешли на турбины. Интересно, что причина была вовсе не в технических преимуществах.
1. Принцип работы и ключевые различия
Двигатель с наддувом
Механический нагнетатель и турбокомпрессор делают одно и то же — нагнетают в двигатель дополнительный воздух, чтобы сжечь больше топлива и повысить мощность. Главное различие между ними — принцип работы. Вращательный момент для компрессора обеспечивает коленчатый вал, поэтому тот может работать на самых низких оборотах. Турбина же использует выхлоп, который раскручивает крыльчатку. Она имеет большую эффективность, но при этом имеет задержку отклика, то есть турбояму.
Использование компрессора по прямому назначению
Существуют три основных типа механических нагнетателей. Классический нагнетатель Рутса и более совершенный винтовой дают ровную тягу с холостых оборотов, создавая давление за счёт перемещения воздуха между роторами. Центробежный тип работает по принципу турбины, нагнетая воздух крыльчаткой, но обладает высокой скоростью отклика. Турбокомпрессор конструктивно сложнее — две крыльчатки на общем валу работают в двух контурах: горячем (от выхлопных газов) и холодном (нагнетание воздуха). Главное различие — характер мощности. Компрессор даёт предсказуемую линейную тягу, пропорциональную оборотам двигателя. Турбина поднимает мощность после некоторого порога оборотов, что долгое время создавало проблемы с управляемостью. Именно эти особенности и определили их сферу использования.
2. Сильные стороны компрессора
У турбокомпрессора есть свои преимущества
Главное преимущество механического нагнетателя — практически мгновенная реакция на нажатие педали акселератора. Поскольку привод осуществляется напрямую от коленвала, система не требует времени на раскрутку, и нагнетание воздуха начинается с холостых оборотов, обеспечивая ровную и предсказуемую тягу. Это особенно ценно в случаях, где важна точность управления — при обгонах, выходе из поворотов или движении в горной местности.
Некоторые их ставят даже на Ниву
Линейность мощности компрессорных моторов создаёт уникальные ощущения от вождения. В отличие от турбированных двигателей с их характерным подхватом на определённых оборотах, компрессор обеспечивает постоянное и предсказуемое ускорение. Водитель точно знает, как автомобиль поведёт себя в любой момент; ему не нужно планировать манёвры и учитывать задержку отклика. Это качество особенно ценилось в спортивных автомобилях и машинах класса люкс. Большим преимуществом является независимость от выхлопной системы. В то время как эффективность турбины напрямую зависит от температуры и давления выхлопных газов, компрессор работает стабильно при любых условиях. Эта особенность сделала его популярным в технике, где важны стабильные характеристики и постоянная мощность. Яркими примерами служат легендарные Mercedes-Benz с компрессорными моторами серии AMG, а также американские маслкары.
3. Цена преимуществ
Ими оборудуют мощные грузовики
Мгновенная реакция компрессора имеет свою цену — значительные паразитные потери мощности. Поскольку нагнетатель постоянно связан с коленчатым валом, он отбирает у двигателя от 15% до 30% мощности в зависимости от типа и режима работы. Эта энергия расходуется не на движение автомобиля, а на «внутренние нужды». На практике это означает, что при равной выходной мощности компрессорный мотор будет всегда менее экономичен, чем турбированный аналог. Постоянная нагрузка на двигатель приводит к существенному росту расхода топлива. В отличие от турбины, которая активируется только при достаточном потоке выхлопных газов, нагнетатель работает даже на холостых оборотах и в режимах частичных нагрузок. С ужесточением экологических норм эта особенность стала критической.
Компрессор даёт большую мощность с плавным ходом
Тепловая нагрузка — ещё один существенный недостаток. При сжатии воздуха температура резко возрастает, что требует установки интеркулера и сложной системы охлаждения. Это приводит к проблемам с компоновкой и необходимости создания сложных многоконтурных систем охлаждения. Турбина же, использующая энергию выхлопных газов, создаёт меньшую дополнительную тепловую нагрузку на двигатель. Экологические ограничения окончательно определили судьбу компрессоров в массовом автопроме. Современные нормы Euro 7 и аналогичные стандарты делают практически невозможным сертификацию двигателей с постоянными паразитными потерями. Даже использование обходных клапанов, отключающих нагнетатель на малых нагрузках, не позволяет достичь требуемых показателей экономичности и экологичности. На этом фоне турбированные моторы оказались практически идеальными.
4. Триумф турбины
Нагнетатели дешевле, меньше и проще
В итоге автопроизводители стали массово переходить на турбонаддув, повысив таким образом эффективность использования двигателя. Интересно, что при равной мощности расход топлива у турбомоторов на 15-20% меньше, чем у компрессорных аналогов. Есть ещё один момент: ставшее модным уменьшение объёма мотора с сохранением мощности как нельзя лучше подошло к турбонаддуву. Небольшой двигатель 1.0-1.5 литра с турбиной может выдавать характеристики уровня трёхлитровых атмосферных моторов. Благодаря этому производители смогли снизить расходы на производство, а потребители — снизить эксплуатационные расходы.
Турбины используют даже в гибридах
Технологии тоже не стояли на месте — с их помощью удалось компенсировать главный недостаток турбин — турбояму. Современные системы с изменяемой геометрией, двойными наддувами и электрическими актуаторами обеспечивают отклик, сопоставимый с нагнетателями. Электронные системы управления сделали наддув более предсказуемым. Турбированные двигатели стали восприниматься как более современные и технологичные, а производители смогли создавать целые семейства моторов, изменяя их мощность за счёт настроек турбонаддува.
5. Гибридные системы
Современные экологические требования не означают полного отказа от преимуществ механического наддува. Инженеры нашли компромисс в гибридных системах типа twincharge, где компрессор и турбина работают совместно. На низких оборотах мгновенный отклик обеспечивает механический нагнетатель, а при достижении эффективного диапазона подключается турбокомпрессор, что устраняет турбояму.
Новое слово в технологиях - twincharge
Дальнейшим развитием стали электрические нагнетатели (e-booster). Они используют отдельный электромотор для вращения компрессора, что позволяет включать наддув только при необходимости. Электрический нагнетатель не создаёт паразитных потерь в обычных режимах работы, но обеспечивает мгновенный отклик при разгоне. Они особенно эффективны в гибридных силовых установках, где электромотор может компенсировать провалы тяги, а компрессор обеспечивает резерв мощности. Хотя доля нагнетателей уменьшилась, полностью они не исчезли. Часть из них перешла на новый уровень технологичности, а часть по-прежнему используется в мусоровозах, тягачах, в спецтехнике и в спортивных автомобилях.
Ещё интересное с нашего канала:
Рыбный день: зачем его придумали в СССР и почему он был именно в четверг
Сейчас производители ставят турбонаддув в большую часть своих машин, увеличивая мощность двигателей, который изначально имеют небольшой объём. Нагнетатель уже превратился в стандартное оборудование современной машины, а многие даже забыли, что его использование имеет свою цену – повышенную нагрузку на двигатель и ускоренный износ.
