КАКИМ ОБРАЗОМ турбокомпрессоры и приводные нагнетатели поднимают отдачу мотора? Они “заталкивают” в цилиндры дополнительный воздух, создавая положительное давление на впуске. Стремясь приготовить рабочую смесь оптимального состава, система управления двигателем также увеличивает подачу топлива. Поэтому при сгорании такого состава выделяется больше энергии и повышается мощность двигателя.
“Турбодопинг” позволил поднять мощность 2,3-литровой “четверки” “Mazda 6 MPS” с базовых 160 до 260 л.с.
Обновленный “BMW X3” может похвастать новейшей трехлитровой дизельной “шестеркой” с двойным последовательным турбонаддувом.
ЭТИ УСТРОЙСТВА очень популярны. Их применяют на самых разных автомобилях, начиная с японских городских микролитражек вроде “Mitsubishi i” или “Subaru R1” и заканчивая такими спортивными монстрами, как “Saleen S7”.
В качестве источника энергии в турбокомпрессорах используются выходящие из цилиндров с большой скоростью и давлением отработавшие газы двигателя. Они вращают турбинное колесо, закрепленное на одном валу с насосным, которое, в свою очередь, нагнетает во впускной коллектор дополнительный воздух.
Турбокомпрессоры просты, относительно недороги и обладают высоким КПД, поскольку они не требуют дополнительного источника энергии. У этого вида нагнетателей есть свои особенности. Например, чем быстрее крутится коленвал, тем больше образуется выхлопных газов. Соответственно растет частота вращения турбины. Поэтому, если не ограничить давление наддува, рано или поздно (в частности, при резком закрытии дроссельной заслонки) произойдет поломка двигателя.
Как правило, роль предохранителя выполняет специальный перепускной клапан. При достижении заданного давления он открывает путь выхлопным газам в обход турбины. Регулируя сжатие пружины, можно выбирать момент срабатывания клапана. На современных двигателях обычно эту заботу берет на себя электроника, которая в зависимости от нагрузки на двигатель, его частоты вращения и множества других параметров управляет работой наддува.
Еще турбокомпрессоры отличаются большой инертностью. При малых оборотах коленвала давления выхлопных газов недостаточно, чтобы раскрутить турбину до необходимой для эффективной работы скорости, поэтому при резком ускорении происходит небольшой провал, так называемая турбояма (или турболаг). И только после 2.500-3.000 об/мин наддув “просыпается” и начинает выполнять свои функции.
На моторе “Porsche 911 Turbo” используются турбонагнетатели с изменяемой геометрией.
“MercedesBenz S65 AMG” оснащен двигателем V12, на каждом ряду цилиндров которого установлен свой турбокомпрессор.
Если же применить турбину небольшого размера, с малой инертностью, то ее производительности не хватит на высоких скоростях. Надо увеличивать частоту вращения. А прочность материалов небезгранична…
Поэтому инженерам приходится идти на компромиссы. К примеру, устанавливать на двигатель последовательно два турбокомпрессора: один маленький, другой побольше. Первый работает на малых оборотах, увеличивая крутящий момент и предотвращая появление турбоямы. Более производительное устройство включается в работу при большей частоте вращения, когда потенциал младшего “напарника” иссякает. Есть и переходный режим, когда обе турбины работают одновременно. Подобную схему можно встретить, скажем, на новом “BMW X3”.
Встречаются также моторы с параллельными небольшими турбонагнетателями. В таком случае каждый из них обслуживает только определенные цилиндры: например, один ряд Vобразного двигателя, как у “Mercedes-Benz S65 AMG”.
Другой способ борьбы с турболагом – компрессоры с изменяемой геометрией. В них направление потока выхлопных газов и сопротивление коллекторов их движению регулируется специальными заслонками или диафрагмами. Электроника управляет ими таким образом, чтобы турбина всегда поддерживала оптимальные рабочие обороты. Такое техническое решение применено, например, на “Porsche 911 Turbo”.
Эти меры удорожают и усложняют конструкцию турбокомпрессоров, но на сегодняшний день они пока популярнее приводных механических нагнетателей. Ведь почти все современные дизели оснащены именно турбонаддувом.
Приводные компрессоры “Lysholm” в основном применяются на спорткарах вроде “Ford GT”.
Инженеры “Jaguar” предпочитают увеличивать отдачу моторов с помощью нагнетателей типа “Roots”. На фото – “Jaguar XJR”.
ОНИ ПРИВОДЯТСЯ механической передачей от коленвала двигателя. Соответственно производительность наддува напрямую зависит от частоты вращения мотора. То есть компрессор всегда обеспечивает необходимую подачу воздуха.
Приводные нагнетатели появились больше 100 лет назад, за это время создано множество их типов, но на автомобилях применяются в основном три: роторные (“Roots”), винтовые (“Lysholm”) и центробежные. Первые два подают воздух с помощью двух вращающихся цилиндрических роторов особой формы, а третий – лопатками крыльчатки.
Компрессоры “Roots” просты по конструкции, поэтому широко распространены на легковых машина х от “Mini” до “Jaguar”. Особенно популярны эти нагнетатели у спецов “Mercedes-Benz”, оснащающих ими многие свои модели.. На другой чаше весов – небольшой КПД, шумная работа и сильный нагрев. Поэтому “Roots” используют в основном для создания положительного давления не более 0,5-0,6 бара.
Нагнетатели “Lysholm” высокопроизводительны, компактны, отличаются высокой надежностью и хорошим КПД. Они могут создавать давление до одного бара и даже выше. Этим объясняется их распространенность на мощных скоростных машина х вроде “MercedesBenz SLR McLaren” или “Ford GT”. Но роторы сложной формы дороги в производстве. Кроме того, из-за особенностей конструкции (внутреннее сжатие воздуха) работу нагнетателя сопровождает навязчивый высокочастотный шум.
Центробежные устройства во многом похожи на турбокомпрессоры. Они компактны, недороги и долговечны, но их КПД не очень велик. К тому же на малых оборотах “центробежники” не очень эффективны. На серийных моделях такие устройства используются достаточно редко. Гораздо чаще их применяют тюнинговые ателье и фирмы, производящие эксклюзивные автомобили. Характерный пример – “Koenigsegg”.
Несмотря на определенные преимущества перед турбокомпрессорами, нагнетатели не столь популярны. Главным образом из-за больших размеров (в тесноте подкапотного пространства расположить их непросто), повышенной шумности, а также необходимости специального привода, который забирает часть мощности у двигателя и увеличивает расход топлива.
Последнюю проблему отчасти помогают решить различные муфты, управляемые электроникой. На определенных режимах они отключают коленвал от механического нагнетателя, экономя горючее.
Симбиоз приводного нагнетателя и турбонаддува позволил снять с 1,4-литрового мотора “Volkswagen Golf GT” 170 л.с.
Производителям эксклюзивных автомобилей полюбились центробежные нагнетатели. Компания “Koenigsegg”, например, устанавливает такие на модель “CCR”.
ПОКА двигателисты всего мира спорят о преимуществах и недостатках различных схем наддува, “Volkswagen” выпустил “Golf GT”. Мотор этого автомобиля уникален тем, что оснащен как турбонаддувом, так и приводным нагнетателем типа “Roots”.
На малых оборотах двигателя работает “Roots”, позволяя турбине раскрутиться до рабочих частот. Затем нагнетатель автоматически отключается, передавая эстафету турбонаддуву. В результате “четверка” скромного рабочего объема 1,4 л выдает 170 л.с.!
Похоже, будущее за такими “гибридными” системами, позволяющими соединить положительные качества известных конструкций и устранить их негативные свойства.
