Системы наддува могут иметь разную конструкцию, но задача у них общая: повышение давления воздуха во впускном коллекторе, которое, в свою очередь, оборачивается повышением КПД двигателя. Наиболее распространенным на сегодняшний день является турбонагнетатель, использующий для работы энергию потока отработанных газов.
В процессе сжатия с увеличением плотности воздух подвержен нагреву - из-за термодинамического эффекта и контакта с горячими элементами компрессора. Однако, чем выше температура воздуха, тем меньше его плотность и, следовательно, эффективность турбины. Поэтому перед подачей в цилиндры воздух пропускают через интеркулер - по сути, дополнительный радиатор, отбирающий избыточное тепло и отдающий его в атмосферу.
Для повышения эффективности наддува используют также перепускные клапаны. Клапан wastegate в выпускном коллекторе при повышении оборотов сверх определенного показателя открывает обводной канал, направляя часть отработанных газов мимо турбинного колеса, чтобы поддерживать оптимальное давление наддува. Клапан bypass в тракте высокого давления впускного коллектора позволяет при сбросе газа направлять часть потока обратно на вход компрессора. Делается это для борьбы с худшим побочным эффектом турбины - т.н. турбоямой.
Выхлопные газы раскручивают вал турбины до очень высоких скоростей - порядка 150-250 тыс. об/мин. И в силу инерции, особенно на низких оборотах, для раскрутки требуется время.
Из-за инерции эффективность компрессора, а значит и давление наддува, растут постепенно и становятся ощутимы задержки в реакции двигателя на нажатие педали газа. В турбомоторах 30-летней давности максимального давления удавалось достичь на 3000 об/мин, что нивелировало ценность всей концепции для простых гражданских автомобилей. В наши дни с турбоямой борются разными способами: используют низкоинерционные турбины, турбины с изменяемой геометрией, две последовательно установленные турбины (первая, маленькая, работает на низких оборотах до раскрутки большой) и т.н. комбинированный наддув, схожий с последовательной схемой, только вместо маленькой турбины - механический компрессор.
Кулачковы нагнетатель (Roots)
Исторически, механический нагнетатель является первой изобретенной и реализованной на практике системой наддува для ДВС. Конструктивно она заметно отличается от турбонагнетателей - к примеру, здесь нет турбины, а вал компрессора приводится в движение непосредственно от коленвала двигателя, либо от него же, но с помощью ремня, цепи или зубчатой передачи. Сам компрессор бывает трех основных разновидностей: кулачковый нагнетатель (он же Roots) имеет пару роторов с 3-4 кулачками, расположенными по спирали и создающими повышенное давление воздуха. Конкуренцию ему составляет винтовой нагнетатель, похожий на Roots, только вместо кулачковых роторов используются шнеки, более всего похожие на сверла. Третий тип - уже привычные улитки, то есть центробежные нагнетатели, аналогичные используемым в системах турбонаддува.
Роторы винтового нагнетателя
Механические нагнетатели позволяют не переживать по поводу турбоям, но у них есть свой серьезный недостаток: на раскрутку приводного вала тратится непосредственно мощность двигателя и потери могут составлять 10-20%. Выигрыш за счет давления наддува, впрочем, все равно больше, поэтому компрессорные моторы все еще широко распространены.
И последний, пока что довольно экзотический, вид наддува - электрический. При наличии достаточно мощного источника электропитания появляется возможность приводить компрессор с помощью электродвигателя. Таким образом гарантированно получится не угодить в турбояму и достичь максимальной точности управления давлением наддува.
Прокомментируйте первым