Суперзарядник. Типы механических нагнетателей

2008-12-23 21:53 16 8563 Нравится 9

Американцы и англичане называют его «supercharger». Немцы окрестили его «kompressor». Нашему же человеку этот сумасшедший катализатор энергии более известен как механический нагнетатель. О нем мы сегодня и поговорим.

«Стоп, а кому вообще нужен этот нагнетатель, если человечество уже давно познало все прелести турбонаддува?» — спросите вы. В том-то и дело, что, преследуя по сути одну и ту же цель — увеличение мощности двигателя — нагнетатель и турбина исповедуют два абсолютно полярных подхода к этому вопросу. Работа турбины полностью зависит от потока выхлопных газов, отчего сама турбина отличается особой инертностью и порождает ненавистный эффект турбоямы. Нагнетатель, напротив, «питается» непосредственно от работы двигателя, потребляя часть его мощности, но при этом отдавая гораздо больше взамен.

Хотя, безусловно, сходства у этих устройств тоже присутствуют. Оба предназначены для предварительного сжатия воздушного потока, оба под высоким давлением подают смесь в камеру сгорания, повышая эффективность работы двигателя и увеличивая тем самым его тягу и мощность.

Принцип работы нагнетателя

Работа нагнетателя сильно влияет на физические процессы, происходящие внутри цилиндра. В обычных условиях, во время первой фазы (впуске) поршень, двигаясь вниз, образует вакуум, в результате чего воздух из-за перепада давления попадает в незаполненное пространство. Затем фаза сжатия смешивает воздух и топливо в необходимых пропорциях, а в результате фазы сгорания и выделяется та самая энергия, необходимая для движения автомобиля. Казалось бы, почему бы просто не повысить количество впрыскиваемого в цилиндр топлива? Больше топлива сгорает — больше энергии выделяется. Ан нет. Проблема всех «атмосферников» как раз и состоит в том, что при неизменном давлении и, соответственно, объеме воздуха при впуске, должна сохраняться оптимальная пропорция воздушно-топливной смеси (14:1).

Вот тут на передний план и выходит нагнетатель, форсирующий подачу воздуха в цилиндр и обеспечивающий большее количество эффективно сгорающего топлива за один такт. Средняя «накрутка» плотности воздуха достигает полутора атмосфер, в результате чего использование нагнетателя поднимает мощность двигателя на 46%, а показатели крутящего момента увеличиваются на 31%.

Так же как и в случае с турбонаддувом, нагнетатель при форсировании воздушных потоков разогревает их, уменьшая тем самым плотность попадающего в камеру сгорания воздуха. Поэтому эффективность работы любого нагнетателя завязана на использовании интеркулера, охлаждающего воздушные потоки и повышающего эффективность воздушно-топливной смеси.

Типы нагнетателей

В отличие от турбонаддува, исповедующего один-единственный принцип и форм-фактор «улитки», нагнетатели можно разделить на несколько категорий, отличающихся как принципом работы, так и эффективностью.

Нагнетатель Roots

Это самый эффектный, самый древний и самый простой тип нагнетателей, известных человечеству. Еще в 1860 году братья Филандер и Фрэнсис Рутс запатентовали этот роторный вид нагнетателя, основная цель которого состояла в вентиляции шахт. Вентиляция шахт продолжалась вплоть до 1885 года, в котором ушлый немецкий инженер Геттлиб Даймлер заполучил патент на нагнетатель собственного производства, работавший по принципу нагнетателя братьев Рутс. Уже в 1900 году на серийном авто Daimler-Benz красовался первый нагнетатель типа Roots.

В чем их преимущество? Во-первых, этот тип нагнетателей, в отличие от центробежных (о них чуть позже), «схватывает» уже при низких оборотах и продолжает, не снижая эффективности, нагнетать воздух. Подобная «отзывчивость» сделала нагнетатели Roots любимцами фанатов маслкаров. Во-вторых, торчащий из крышки капота какого-нибудь хот-рода, Roots выглядит сногсшибательно.

Но есть и несомненные недостатки. С ростом оборотов двигателя возрастает скорость вращения роторов, и в результате чересчур интенсивной закачки воздуха возникает обратный эффект: воздух начинает проникать обратно! Так, с определенного уровня оборотов Roots полностью перестает выполнять свою функцию и начинает потреблять мощности двигателя больше, чем способен отдать в ответ. Второй недостаток Roots — из-за специфичной формы роторов воздух подается отдельными прерывистыми порциями (но не равномерными потоками), понижая общую эффективность нагнетателя.

Центробежный нагнетатель

История данного типа нагнетателей берет свое начало в 1902 году. Именно тогда француз Луи Рено запатентовал первый в мире центробежный нагнетатель. С тех пор этот тип нагнетателей завоевал свое законное место в сердцах поклонников и в моторных отсеках их машин. И вот почему.

Центробежные нагнетатели — одни из лучших по соотношению цена/качество — по сути являются полным антиподом нагнетателям Roots. Сами нагнетатели выполнены в форме «улитки» и обладают примерно теми же свойствами, что и турбины.

По сравнению с Roots, эффективность центробежных нагнетателей прямо пропорциональна оборотам двигателя. На низких оборотах прирост мощности практически не ощущается (хотя он и больше, чем у той же турбины), зато на средних и высоких мощность взмывает вверх! А сопровождается все это отличительной чертой любого центробежного нагнетателя — приятным посвистыванием. Плюс к тому, этот вид нагнетателей, в противовес Roots, компактен и легок, пусть и не так эпатажен.

Винтовой нагнетатель

Это, пожалуй, наиболее продвинутый и самый эффективный тип нагнетателей, выпускаемых на данный момент. Первый в мире винтовой нагнетатель был изготовлен и запатентован шведским инженером Альфом Лисхольмом в 1936 году и с тех пор успел прочно обосноваться на технологической вершине компрессорного Олимпа.

По своей форме и структуре винтовой нагнетатель очень похож на Roots, но на поверку отличается от него кардинально. Да, он точно так же построен по принципу двух роторов в одном корпусе, но при этом их формы более заострены, а сами они напоминают саморезы. При вращении роторов воздух, попадающий внутрь нагнетателя, прогоняется через этот конвейер спиралей и к выходу из корпуса уже находится в сжатом состоянии. Вот и еще одно существенное отличие винтового нагнетателя от Roots: воздух сжимается уже внутри устройства, а это значит, что неоткуда будет взяться тем силам противодействия, что выталкивают воздух обратно в случае с Roots.

Но есть и подводные камни. Самый большой и неприятный из них — цена. Во-первых, трудоемка сама технология производства столь своеобразных роторов. А во-вторых, при работе винтовые нагнетатели производят довольно много шума, поэтому дополнительные расходы уходят на обеспечение их максимальной бесшумности.

Выводы

Какой нагнетатель выбрать, если вы все-таки задумались о покупке? Все зависит от ваших желаний и возможностей. Если вам нужен многолитровый драгстер, чья стихия — 402 метра и ни шагу в стороны — Roots подойдет вам как нельзя кстати. Зато если важно поддержание мощности на высоких оборотах, то компактный центробежный нагнетатель — ваш выбор. Ну а если вы хотите и того, и другого в одном лице, да еще и в состоянии себе это позволить, берите винтовой.

Но, помимо новеньких «бустеров», следует готовиться и к другим затратам — усовершенствование выхлопа, системы охлаждения и замена «родных» поршней и шатунов коваными: заводские детали могут не выдержать того давления, что будут постоянно оказывать на них подобные устройства.

Комментарии (3)

Добавить смайл! Осталось 3000 символов
Создать блог

Опрос

Как считаете, инициированные законодательные изменения Владимиром Зеленским это...

ГолосоватьРезультатыАрхив
Реклама
Реклама