Хотелось бы разобраться в теории и практике увеличения мощности двигателя с помощью этих девайсов. Нужны ответы на несколько вопросов.

Как работает автомобильный компрессор и что он дает
Как работает турбина и что она дает
Какие недостатки и преимущества у того и другого решения
Насколько компрессор и турбина безопасны для двигателя
Цена установки и обслуживания

00. Введение. Для чего вообще нужен компрессор или турбина?
Стандартный двигатель засасывает порцию свежего воздуха самостоятельно. Поршень, уходя вниз на такте всасывания, работает как шприц, которым набирают лекарство. Для того, чтобы увеличить количество воздуха (а значит, подать в цилиндр больше горючей смеси), нужен наддув, то есть подача воздуха под давлением в цилиндры. Для этого используют либо компрессор (механический), либо турбину (турбонаддув).
Конструкцию турбомоторов довели до ума уже давно, а в последнее время их популярность возросла еще больше. Причём турбокомпрессоры оказалось перспективным не только в смысле форсирования моторов, но и с точки зрения повышения экономичности и чистоты выхлопа. Особенно актуально это для дизельных двигателей. Редкий дизель сегодня не несёт приставки «турбо».

01. Как работает автомобильный компрессор и что он дает

1. Объемные нагнетатели. Подают воздух в двигатель примерно равными порциями вне зависимости от скорости. В этом главное преимущество. Т.е, на низах они уже эффективно качают.

1.1 Внешнего сжатия

1.1.1 Roots – (Рис. 1) – Классика жанра, простой, надежный, эффективный (для определенных областей применения – где надо много воздуха на низах – соревнования тракторов, например). Минусы – учитывая, что давления он сам никакого не создает, то воздух под давлением в трубопроводе может через этот компрессор легко выйти наружу, создается т.н. обратный поток. ПОЭТОМУ НА ТАКИЕ КОМПРЕССОРЫ НЕ СТАВЯТ БАЙПАССНЫЕ КЛАПАНЫ. Такое сжатие, кроме того, отличается низким КПД. А большое количество воздха на малых оборотах при закрытом дросселе приводит к дополнительному перегреву всей системы наддува, что плохо сказывается на эффективности. ПОВЫСИТЬ эффективность такого компрессора установкой БОЛЬШЕГО приводного ШКИВА так же не удастся, по причине стабильности и ограниченности производительности. Повышение эффективности достигается увеличением длины роторов и уменьшением скорости вращения.

1.2 Внешнего+внутреннего сжатия

1.2.1 Lysholm (Как на мерседесах) (Рис. 2) – Все как у Рутс, но эффективнее на верхах и со значительно меньшим эффектом обратного потока. В связи к высоким требованиям к точности изготовления (маленькие зазоры между роторами) дорого стоит и при перегреве может заклинить. При работе забавно свистит.

1.2.2 Спирального типа (G-Lader) (Рис. 3) – Использовался на Polo GT G40, Corrado, Golf в конце 80-х – начале 90.. Вот и все про него..

2. Динамические нагнетатели (Увеличивают скорость потока воздуха с последующим торможением, что приводит к повышению давления, но у же в самом нагнетателе, и, очевидно, являются часиным случаем внуиреннего сжатия)
Работают только после выхода на определенные обороты, зато очень эффективно.

Компрессоры могут иметь разную конструкцию (сдвоенный вентилятор Roots, центробежный насос, насос с эксцентриковым приводом и т. д.). Они крутятся от коленчатого вала двигателя с помощью привода (дополнительными шестернями или зубчатым ремнем). В результате число оборотов компрессора напрямую зависит от числа оборотов двигателя, и он начинает работать уже с холостого хода.
То есть компрессор дует с переменным давлением, в зависимости от оборотов. Для хорошего сгорания топлива нужен хороший приток воздуха, ну и продувка цилиндров от остатков отработанных газов.

02. Как работает турбина и что она дает


Турбина

Схема устройства турбо-наддува

2.1 Центробежный нагнетатель – половина турбины, редутор (иногда с несколькими передачами) и приводной шкив.

2.2 Любой турбокрмпрессор, в свою очередь, по компоновке
2.2.1 Одна турбина
2.2.2 Двойной (Twin Turbo) – две одинаковых поменьше, зачастую раскручиваются и дуют в разные цилиндры
2.2.3 Последовательный (по включению в работу – сначала сугубо одна, потом, по мере раскрутки двигателя начинает работать вторая и схема становиться аналогичной двойному).
2.2.4 Ступенчатый – Турбина поменьше дует в турбину побольше
В турбонаддуве в качестве источника энергии используются отработанные газы автомобиля. Турбокомпрессор является комбинацией турбины и центробежного компрессора. Выхлопные газы в выхлопной трубе, с большой скоростью вращают колесо турбины, которое находится на валу. На другом конце вала размещено еще одно колесо (центробежный насос), нагнетающее воздух в цилиндры. Для охлаждения сжатого турбиной воздуха дополнительно устанавливают радиатор (интеркулер).

03. Какие недостатки и преимущества у того и другого решения
Турбина более эффективна для обогащения топливной смеси кислородом. Но в ней есть и недостатки. Турбина – стационарное устройство, требующее плотной привязки к двигателю (подвода масла под давлением). На небольших оборотах турбина не развивает большой мощности, но зато после 4-5 тыс она как бы выстреливает свою мощность. Эта особенность называется “турбо яма” и чем мощнее турбина, тем мощнее этот эффект. Сейчас уже существуют более совершенные турбины, работающие и на низких оборотах, но это вопрос денег. Компрессор более прост в установке и эксплуатиции и начинает работать уже на низких оборотах. Он требует минимальных усилий по обслуживанию, т.к. он независимый агрегат.
Для настройки турбины потребуется опытный специалист, который сможет правильно настроить работу под топливную смесь. Настройка компрессора – намного проще и не требует больших познаний, подстраивается посредством топливных жиклеров.
Кроме того, турбо нагнетатель сильно греется, так как скорость его вращения достигает десятков тясяч оборотов. Необходим дополнительный радиатор – интеркуллер.
“Мерседес”, например, уже давно определился с выбором и устанавливает нагнетатели с механическим приводом на машины с бензиновыми двигателями, а турбокомпрессоры – на дизели. Дело в том, что у приводных (жестко связанных с валом двигателя) нагнетателей давление наддува не зависит от оборотов, благодаря чему машина быстро реагирует на нажатие педали акселератора. Особенно ценно это качество при разгоне. Также в их активе простота конструкции. Но, естественно, есть и другая сторона медали: расход топлива у моторов, оборудованных нагнетателями с механическим приводом, выше, а КПД ниже, чем у двигателей с турбонаддувом.
По типу привода:
1. Компрессор крутится от коленвала. Скорость равна скорости двигателя
2. Турбо-нагнетатель от выхлопных газов – плюсы:
1) отсутсвие потерь энергии на приведение в действие компрессора
2) Отсутсвие связи с коленвалом и возможность раскручивать центробежный компрессор до значительной скорости и, следовательно, получить действительно эффективный наддув (нигде не нашел, но где то вроде читал, что до 100 000 оборотов/мин).

04. Насколько компрессор и турбина безопасны для двигателя

05. Цена установки и обслуживания
Любые турбины из-за своих технических особенностей дорогие. К тому же устройство сделано так, что требует дополнительных механизмов, например выпускной коллектор, сигнализацию с турбо-таймером.

я не разбираюсь в механических тонкостях

Смотря на обстоятельства.

ни то и не другое.

вентилятор

турбина