Получить что-нибудь
полезное «из ничего» любит каждый. Особенно в этом плане преуспели
любители тюнинга. Ведь только у них есть возможность прибавить к
подкапотному табуну своего авто десяток-другой голов буквально из
воздуха.
Зачем надувают моторы? Принцип работы двигателя внутреннего сгорания не
менялся со дня его изобретения, но постоянно совершенствовался.
Легендарный 2,9-литровый мотор «Форда-Т» выдавал в свое время всего 20
л.с. Сегодня инженеры способны без особого труда из аналогичного объема
выдавить в 10 раз больше мощности.
Однако, спустя столетие
непрерывных доработок атмосферного двигателя, литровая мощность (с
единицы рабочего объема) вплотную приблизилась к планке, преодолеть
которую можно разве что принципиально новыми средствами.
Одно из них – наддув. Для начала освежим в памяти знания о том, как работает творение Николауса Отто.
Выходная
мощность ДВС напрямую зависит от количества сгораемого топлива. При
этом из ненавистного школьного курса химии каждый помнит, что для
хорошего горения необходим окислитель. Его роль играет кислород,
занимающий 21% объема и 23% массы воздуха (это на уровне моря и при
определенных погодных условиях – давлении и температуре). Соотношение
топливо/воздух для эффективной работы двигателя составляет 1:14,7.
Когда-то горючую смесь засасывало за счет разряжения в цилиндре,
создаваемого поршнем. Но что если подавать ее принудительно под
избыточным давлением?
С топливом выручила система
принудительного впрыска (инжектор), а как же быть с воздухом? Ведь если
к нормальному давлению в одну атмосферу прибавить еще столько же, то
получим в два раза больше воздуха в цилиндрах, а значит, и окислителя.
Эквивалентно возрастет и мощность мотора. Арифметика весьма грубая, но именно эту цель преследовали изобретатели наддува.
Первые серийные образцы появились в Старом Свете отчасти потому, что
заокеанские производители в погоне за мощностью пошли несколько иным
путем.
Американцы банально увеличивали количество цилиндров и
объем двигателя. Больше топлива – больше мощность. Европейцы, а в
особенности японцы, не могли позволить себе так расточительно
обходиться с габаритами автомобиля в силу географических и
архитектурных особенностей своих городов.
Их моторы были гораздо скромнее и экономичнее, но мощность востребована не меньше.
В
20-е годы прошлого столетия на автомобилях компании Mercedes появились
роторно-шестеренчатые компрессоры типа «roots» (от имени разработчиков,
братьев Рутс). Чуть позже, в 1936 году, был запатентован винтовой
компрессор. В силу технологических особенностей популярность к
нагнетателям подобного типа пришла лишь во второй половине XX века.
К этому времени эволюционный процесс естественным образом разделил устройства на механические и газодинамические.
Первые
отбирают энергию у двигателя посредством привода от коленчатого вала, а
вторые используют никому не нужные отработавшие газы – с них и начнем…
Атмосферные явления
Устройства с газодинамическим приводом (турбонаддувы) получили широкое
распространение благодаря компактному размеру и несложному принципу
действия.
Но главное, с турбонаддувом растет КПД двигателя,
ведь помимо прибавки в мощности (на 20-50%) снижается расход топлива
(на 5-20%). Сам «девайс» состоит из двух камер, впускного и выпускного
коллекторов. Благодаря похожей форме их принято называть «улитками».
В
каждой из них расположены крыльчатки, жестко связанные между собой
валом ротора. Вал вращается на подшипниках скольжения в корпусе
подшипников, к которому и крепятся «улитки». Называть подобные
устройства турбинами в корне неверно, поскольку турбина является
составной частью нагнетателя.
В работе эта штуковина выглядит
следующим образом: отработавшие газы из выпускного коллектора попадают
в корпус турбины, отдавая часть своей энергии на раскрутку турбинного
колеса. Оно, в свою очередь, вращает компрессорное колесо, которое
засасывает воздух через центральное отверстие, сжимает и нагнетает его
во впускной коллектор через кольцевой канал (давление воздуха растет на
30-80%).
Вроде бы все просто, но не спеши браться за слесарные
инструменты в собственном гараже. Турбонаддув работает в условиях,
«приближенных к боевым»: высокая температура выхлопных газов и бешеные
скоро0