Турбокомпресори vs. Суперзарядни устройства: Вашето въведение в принудителната индукция

Турбокомпресорите са навсякъде. Всъщност почти всеки производител на автомобили предлага двигатели с турбокомпресор. Но как точно работят тези малки подобрители на производителността и защо стават толкова популярни?

Директорът

По същество както турбокомпресорите, така и компресорите работят, като доставят повече въздух към двигателя. Кислородът е единият крак на пирамидата на горенето, заедно с горивото и източникът на запалване – известен още като „искра“. За За да се случи горенето най-ефективно, трябва да има внимателен баланс между кислород, гориво и искра.

Намирането на този баланс отдавна е проблем за дизайнерите на двигатели. През по-голямата част от историята на вътрешното горене проблемът беше в доставянето на достатъчно гориво. Благодарение на неотдавнашното развитие на директното впръскване на гориво при супер високо налягане, това в общи линии е решено. Сега става въпрос за осигуряване на достатъчно въздух за дишане на двигателя.

Един наистина високопроизводителен двигател ще трябва да засмуква всяка минута въздух на стойност приблизително една детска спалня – помислете Dodge Hellcat. Законите на физиката обикновено не позволяват това, защото единствената сила, която изтегля въздуха в двигателя, е ниската налягане, създадено, когато цилиндрите на двигателя се изтеглят - точно както това, което се случва, когато буталото се издърпа назад на спринцовка.

Тази сила просто не е достатъчно мощна, за да се справи с количеството гориво, което съвременните двигатели могат да инжектират в своите цилиндри. Турбокомпресорите и компресорите се опитват да се справят с това чрез процес, наречен принудителна индукция, което се равнява на фантастичен термин за принудително вкарване на повече въздух в двигателя. Всеки прави това по различни начини, но с различни предимства и недостатъци.

Турбокомпресори

Най-често срещаната форма на принудителна индукция са турбокомпресорите. Автопроизводителите ги обичат, защото, поне на теория, могат да се използват за подобряване както на мощността, така и на икономичността.

Изглежда, че всичко, което може да направи това, трябва да е невероятно сложно, но турбодвигателите всъщност са измамно прости. Под своите странно изглеждащи като вода черупки, турбокомпресорите са по същество чифт вентилатори, свързани с ос.

Горещите изгорели газове на двигателя завъртат първия вентилатор, който от своя страна задвижва втория, който се използва за компресиране на въздуха. След това този сгъстен въздух се връща обратно в двигателя. Както беше обсъдено по-горе, този добавен въздух означава, че може да се впръска повече гориво и каквото и да е гориво може да се изгори по-пълно.

От гледна точка на ефективността, ползите са ясни. Турбокомпресорите увеличават обема на въздуха, което позволява да се използва повече гориво във всеки цикъл на горене, което води до повече мощност. По същество това позволява на малък двигател да се преструва, че е много по-голям.

Що се отнася до ефективността, предимствата на турбокомпресора са малко по-трудни за разбиране. Като начало, турбокомпресорите могат да предложат някои присъщи предимства. Турбокомпресорите могат да помогнат за подобряване на ефективността, като осигурят достатъчно въздух, за да завърши всяко горене. Те могат също да помогнат за подобряване на термодинамичната ефективност на двигателя чрез повишаване на работната му температура. Най-хубавото е, че тъй като турбодвигателите се задвижват от по същество „безплатна“ енергия (изгорели газове на двигателя), тяхното присъствие изобщо не вреди на ефективността.

Истинската причина автомобилните производители да обичат турбокомпресорите е по-малко свързана с инженерството и повече с човешкото поведение. Средният шофьор използва пълна газ по-малко от един процент от времето. При голям двигател с естествено пълнене това означава, че ще се губи много мощност, докато самият размер на двигателя все още намалява ефективността.

Обратно, турбокомпресорите се задвижват от изгорелите газове на двигателя, които се произвеждат в достатъчни количества само когато двигателят работи усилено. Това означава, че когато водачът не държи силно газта, турбокомпресорът не добавя повече въздух и двигателят не добавя повече гориво. Така че един от начините да мислим за турбокомпресор е като да създадем двигател, който може да бъде толкова голям или толкова малък, колкото ситуацията изисква.

Това е страхотно на теория, тъй като една кола има потенциала да бъде ефективна и мощна в същото време. Реалността, както често е, не е толкова розова. От двигателите с турбокомпресор може да се очаква да осигурят или мощността, или икономичността, но не и двете едновременно. Карайте с пълна газ на кола с турбокомпресор и икономията на гориво няма да бъде по-добра от кола с по-голям двигател. Карайте го бавно и турбото просто не се използва.

Така че може би най-добрият начин да мислим за турбокомпресорите е като за осигуряване на гъвкавост на водачите. Те могат да избират колко ефективни искат да бъдат и колко забавно искат да се забавляват. За съжаление турбодвигателите не са магия, така че не винаги могат да осигурят и двете едновременно.

Суперзарядни устройства

Суперкомпресорите може да работят на същия принцип като турбокомпресорите, но са малко по-сложни.

Вместо да се задвижват от изгорелите газове, компресорите се задвижват механично. Обикновено компресорите са свързани към коляновия вал на двигателя чрез верига или ремък. След това мощността на двигателя се използва за задвижване на един от двата типа компресор.

Повечето компресори използват някаква вариация на вентилатора тип „Roots“. Тези компресори използват двойни, припокриващи се ротори за компресиране на въздух. Дизайнът на Roots е относително прост и може да бъде направен според голямо разнообразие от спецификации. Усъвършенстваните компресори, създадени от Eton, могат да бъдат намерени на голямо разнообразие от превозни средства, като напускащия Cadillac CTS-V и Audi S4.

По-рядко срещаният дизайн е работното колело "Lysholm". Този дизайн нагнетява въздух между два припокриващи се винта на Архимед, компресирайки го до изключително високи налягания. Нагнетателите на работното колело са ефективни и доставят мощност в широк спектър от обороти на двигателя, но са скъпи за изграждане. Двойните винтове трябва да зацепват идеално, а това изисква невероятно фини производствени толеранси. Поради тази причина компресорите Lysholm обикновено се намират в приложения с много висока производителност, като автомобили Mercedes AMG или Dodge Hellcats.

И в двата случая компресорите осигуряват няколко важни предимства в сравнение с турбокомпресорите, задвижвани от отработените газове. Суперчарджърите нямат забавяне, тъй като се задвижват директно от задвижващия вал. Това е особено важно при нискооборотни двигатели с голям работен обем, поради което високоефективните американски V8 често са с компресор, а не с турбокомпресор.

Суперчарджърите също осигуряват въртящ момент в по-широк диапазон от обороти на двигателя, което ги прави привлекателни от гледна точка на производителността.

За съжаление има и недостатъци. Суперкомпресорите обикновено са механично по-сложни от турбокомпресорите, поради пряката им връзка с двигателя. Просто казано, компресорите използват мощност, за да създават мощност. Освен това те са големи, тежки и обикновено трябва да се монтират директно върху двигателя, което е сериозен проблем за съвременните производители на автомобили, за които пространството е от първостепенно значение.

За разлика от турбокомпресорите, компресорите намаляват ефективността на двигателя, тъй като компресорът постоянно използва част от мощността на двигателя, за да завърти. Когато не е необходима много мощност, тази енергия по същество се губи. Ето защо суперзарядните устройства рядко се намират - ако изобщо се срещат - извън приложенията за производителност.

Заключение

Всеки, който купува кола през следващите няколко години, вероятно ще се изправи пред избора дали да вземе или не модел с турбокомпресор. Няма прост отговор. Струва си да се отбележи обаче, че въпреки че предлагат много предимства, особено по отношение на производителността, те не винаги ще изпълнят обещанието си за ефективност.

Турбокомпресорите може да не са сребърен куршум, но могат да бъдат отличен компромис. Те предлагат допълнителна мощност, когато е необходима — или просто се иска — като същевременно могат да поддържат разхода на мили на галон при нормално шофиране. Суперзарядните устройства, от друга страна, работят 24/7.

За купувачи, които искат да изпитат V8 мощност с голям работен обем, компресорът е отличен вариант. Помислете за момент, че някои от най-вълнуващите автомобили тази година идват с големи вентилатори: новият Cadillac CTS-V, на Corvette Z06, и могъщите Dodge Hellcats.

В крайна сметка решението да вземете турбокомпресор, компресор или нито едно от двете няма да зависи от колата и стила на шофиране на купувача. Независимо от това, принудителната индукция може да предложи много за почти всеки тип шофьор.

Препоръки на редакторите

• Зарядни устройства на Tesla Destination срещу. Суперзарядни устройства: Каква е разликата?