|
|
В прошлом номере мы изучали анатомию и физиологию «улиток», работающих во благо принудительного наполнения цилиндров. Сейчас посмотрим, как устроены «мясорубки».
Принципиальное отличие объемных нагнетателей от центробежников, рассмотренных нами в прошлый раз, заключается в том, что они изолируют впуск от внешней среды и сжимают воздух не внутри себя в «улитке», а попросту запихивают его в цилиндры порциями. Самой распространенной конструкцией стала та, которую в 1859 году придумали братья Рутс: внутри овального корпуса вращаются два ротора, по форме напоминающие восьмерки, которые и прокачивают воздух (см. рисунок). Основная характеристика такого нагнетателя – производительность, то есть, объем воздуха, подаваемый компрессором за один оборот. Синхронное и равномерное вращение роторов обеспечивает пара шестерен. Роторы не касаются ни стенок, ни друг друга, соответственно, нет и износа. Отсюда и основной недостаток нагнетателя братьев Рутс: при росте разницы давления на входе и выходе компрессора через зазоры между роторами и корпусом просачивается все больше и больше воздуха и КПД падает. Поэтому «рутсы» редко применяют при давлениях выше 0,5 бар – «наддутая» с малой эффективностью мощность в основном тратится на привод компрессора.
От недостатков перейдем к достоинствам: во-первых, производительность объемника, в отличие от центробежника, не зависит от оборотов двигателя, а значит, давление наддува постоянно и обеспечивает ровный «приход» во всем диапазоне оборотов, не нужно ждать, когда мотор раскрутится и компрессор выйдет на режим, во-вторых, отсутствие деталей, вращающихся с космической скоростью, подразумевает менее технологичную конструкцию, меньшую нагрузку на детали, и как следствие, больший ресурс. Дальнейшее развитие таких компрессоров привело к тому, что лопастей на роторах становилось больше, а зазоры между ними – меньше, что повышало КПД. Тем не менее, такие недостатки, как большой размер и пульсации потока (роторы прокачивают воздух порциями, а это приводит к тому, что давление во впуске чуть-чуть «скачет»), не дали им вытеснить центробежники; такие компрессоры больше всего прижились в мире драг-рейсинга (вспоминаем американские muscle-кары с торчащими из капотов компрессорами и смотрим на «драговый» GSX-R 750 на картинке). В наше время наибольшее распространение получили нагнетатели Eaton, «младшая» линейка которых (М45 и другие) по производительности вполне подходит большим мотоциклетным моторам.
За дальнейшее развитие идеи братьев Рутс взялся Альф Лисхольм. В 1936 году он запатентовал винтовой компрессор: засунул в корпус нагнетателя Рутса не прямые роторы в форме восьмерок, а два «зеркальных» шнека, почти как в мясорубке, и перенес впуск с бока корпуса на торец. Получается, что канавки шнеков как бы «раскрываются», засасывая воздух, а затем, когда шнек поворачивается, начинают «закрываться», выпихивая воздух в выпуск. Так как канавок на шнеке много, а зазоры при должном изготовлении меньше и «заковыристее», чем у «рутса», то и КПД такого устройства выше, и работает оно плавно, обеспечивая равномерный наддув без скачков и пульсации. И зачем тогда «рутс», когда «лисхольм» превосходит его по всем параметрам? По всем, да не по всем: ввиду крайне сложной формы «мясорубок», винтовой компрессор при изготовлении обходится минимум в полтора раза дороже, чем обычный с прямыми роторами. Именно поэтому, такие нагнетатели прочно застолбили за собой премиум-сегмент рынка компрессоров, и The Machine Ледокола, построенный Юрием Шифом («Мото» №11-2010) – яркий тому пример: свободное дыхание его четырех цилиндров обеспечивает именно винтовой нагнетатель.
Роторы в нагнетателе Лисхольма внешне действительно напоминают шнеки мясорубки, только толкают они не мясо, а воздух.
Синхронизирующие шестерни – важная деталь компрессора: стоит роторам коснуться друг друга, износ не заставит себя ждать.
Между роторами (1, 3) и корпусом (2) есть крохотные зазоры, и они – основной враг КПД объемного нагнетателя.
По сложности изготовления шнеки компрессора Лисхольма (фото вверху) и рядом не лежали с относительно простыми по форме лопастями нагнетателя Рутса (фото внизу).
Выпускной канал компрессора Eaton M-45 имеет форму треугольника – для снижения шума.
Заслонка, перекрывающая байпасный канал, может иметь как пневмопривод, так и электро.
При постройке The Machine Юрий Шиф не поскупился и использовал нагнетатель Лисхольма.
Но не всегда «приход» нужен – например, на холостых оборотах или в режиме малых нагрузок. Поэтому нагнетатель частенько делают отключаемым, чтобы на малых оборотах двигатель не «плевался» моментом, – на шкив его привода устанавливают электромагнитную муфту, которая включает компрессор по сигналу «мозгов». Но тогда суперчарджер становится непреодолимой преградой для воздуха на впуске – ведь он, в отличие от центробежников, не «продувается»! Чтобы объемник не стал «душилкой», в обход него делают маленькую байпасную магистраль, заслонка в которой открывается при неработающем нагнетателе и мотор работает в атмосферном режиме. Как только нужен «буст», байпасный канал закрывается, компрессор включается и начинает задувать воздух во впуск, и мотор переводится в наддувный режим.
В отличие от центробежников, объемники зачастую используют без интеркулеров – при небольших давлениях наддува (когда их КПД наивысший) до полубара воздух не столь сильно греется. К сильным сторонам объемников можно отнести еще и то, что их всегда ставят за дроссельной заслонкой, ведь они, в отличие от многих центробежников, не боятся работать в режиме разрежения при закрытом дросселе, и при этом практически не «жрут» мощность с коленвала.
Мы описали два основных типа объемных нагнетателей, применяемых сейчас. Можно, конечно, вспоминать про экзотику: и про пластинчато-шиберные, и про «Цоллеры», и про спиральные, но эти устройства остались за бортом нового тысячелетия, и радовать нас им, пожалуй, доведется только в музеях. Вот какая картина вырисовывается в итоге: если вам нужны «низы» и ломовой момент под ручкой всегда и везде, то ваш выбор – объемник; если же милее острый «приход» на верхах под аккомпанемент турбинного присвиста, то стоит обратить взор в сторону центробежника. О том, как определиться в выборе компрессора, рассчитать его параметры и подружить с характеристиками мотора, мы поговорим в следующем номере.
|
|
