Автогипертония
Механический компрессор, турбонагнетатель – слова, ставшие заклинаниями для всех фанатов скорости, готовых пойти на любые жертвы ради лишней дюжины лошадей. Но действующим в жестких рамках автопроизводителям приходится быть куда осмотрительнее и тщательно взвешивать плюсы и минусы каждого варианта наддува.
Текст: Карелов Олег.
Задача любого компрессора – увеличение количества воздуха, подаваемого в цилиндры. А, как известно, чем больше воздуха вберет в себя мотор, тем больше он может сжечь топлива, и тем выше будет его крутящий момент. Однако от современного двигателя требуется не только высокая отдача, но и легкость управления. А на это влияют такие параметры, как четкость откликов на нажатие педали газа, равномерность тяги в широком диапазоне оборотов. И здесь результат уже существенно зависит от вида нагнетателя.
МЕХАНИЧЕСКИЙ КОМПРЕССОР
Идея улучшить наполнение цилиндров с помощью компрессора с приводом (как правило, ременным) от коленчатого вала появилась почти одновременно с рождением самого двигателя внутреннего сгорания, то есть в конце 19-го века. А уже в 20-ых годах следующего столетия были выпущены первые компрессорные автомобили.
Столь быстрому успеху механических компрессоров способствовала их относительная простота и долговечность. При этом наиболее удачным из них оказался нагнетатель, изобретенный братьями Рутс: воздух в нем сжимается двумя роторами, вращающимися в противоположные стороны со скоростью до 20000об/мин.
| В 20-ые годы 20 века механические нагнетатели уже широко применялись на гоночных автомобилях. Например, на этом Bentley 1929 года компрессор Roots (установленный снаружи спереди) позволил с 4,4 литров рабочего объема снять 170л.с. Безнаддувный же вариант выдавал лишь 103л.с.
|
Достоинства и недостатки механических нагнетателей обусловлены их жесткой связью с валом мотора. К преимуществам относится эффективный наддув, начиная уже с холостых оборотов двигателя, а так же постоянное поддержание высокого давления во впускном коллекторе, благодаря которому автомобиль следует за педалью газа без каких-либо задержек.
Главный же недостаток – это отбор мощности у мотора, и, соответственно, увеличение расхода топлива. Причем на мощных компрессорных двигателях эти потери составляют далеко не один десяток лошадиных сил.
Но разве можно считать недостатком потребность устройства в энергии для работы? Оказывается можно, ведь есть турбокомпрессоры!
ТУРБОКОМПРЕССОР
Разумеется, турбонагнетатель – не “вечный двигатель”, но, в отличие от механического компрессора, для сжатия воздуха он использует “бесплатную” энергию выхлопных газов. Действительно, когда в двигателе в конце такта расширения открывается выпускной клапан, то нагретые до 1000 градусов отработавшие газы вырываются из цилиндра под давлением около пяти бар. Поэтому вполне логично поставить на их пути турбину, которая могла бы совершать какую-то полезную работу. Например, нагнетать воздух в цилиндры, как предложил еще 1905 году инженер Альфред Бюи.
Выдвинутый им принцип турбокомпрессора остался неизменным и до сих пор: к турбине через общий вал пристыковывается центробежный воздушный насос, нагнетающий воздух в цилиндры. Соответственно, чем сильнее отработавшие газы раскручивают ротор турбины, тем большее давление обеспечивает компрессор.
Однако в производстве такие агрегаты отнюдь не просты, ведь подшипники вала должны выдерживать крайне высокие температуры и огромные, до двухсот тысяч оборотов в минуту(!), скорости вращения. Из-за этого приходится, например, включать турбокомпрессор в единую систему смазки двигателя.
Другой проблемой турбонаддува является его инерционность, то есть задержки между нажатием водителя на газ и началом интенсивного разгона - драгоценное время уходит на раскручивание турбины.
А при низких оборотах двигателя турбокомпрессор и вовсе оказывается беспомощным –
потока выхлопных газов просто не хватает для интенсивной раскрутки ротора.
ПЕРСПЕКТИВЫ
Одно время механические и турбинные нагнетатели являлись полноценной альтернативой друг другу. Но сейчас, когда счет идет на каждый грамм CO2, их пути расходятся. Турбокомпрессоры перестали быть исключительно средством установления рекордов мощности: теперь они помогают создавать экономичные компактные, но при этом динамичные моторы, такие как, например, агрегаты Audi TFSI. А с врожденными недостатками борются с помощью изменяемой геометрии лопастей, или просто установкой вместо одного большого турбокомпрессора двух маленьких, обладающих существенно меньшей инерционностью.
Что же до механических нагнетателей, то они сдают позиции – уж слишком велики потери мощности. Однако, подключаясь по мере необходимости, они вполне могут дополнять турбонаддув, устраняя задержки и помогая ему на низких оборотах, что и продемонстрировал Volkswagen своим необычным мотором TSI. И если этот двигатель пройдет испытание временем, то, может быть, в будущем давние конкуренты – турбонаддув и механический компрессор - вновь встретятся лицом к лицу, но на сей раз уже в качестве партнеров.
|
