Суперзарядник

«Стоп, а кому вообще нужен этот нагнетатель, если человечество уже давно познало все прелести турбонаддува?» — спросите вы. В том-то и дело, что, преследуя по сути одну и ту же цель — увеличение мощности двигателя — нагнетатель и турбина исповедуют два абсолютно полярных подхода к этому вопросу. Работа турбины полностью зависит от потока выхлопных газов, отчего сама турбина отличается особой инертностью и порождает ненавистный эффект турбоямы. Нагнетатель, напротив, «питается» непосредственно от работы двигателя, потребляя часть его мощности, но при этом отдавая гораздо больше взамен.

Хотя, безусловно, сходства у этих устройств тоже присутствуют. Оба предназначены для предварительного сжатия воздушного потока, оба под высоким давлением подают смесь в камеру сгорания, повышая эффективность работы двигателя и увеличивая тем самым его тягу и мощность.

Принцип работы нагнетателя

Работа нагнетателя сильно влияет на физические процессы, происходящие внутри цилиндра. В обычных условиях, во время первой фазы (впуске) поршень, двигаясь вниз, образует вакуум, в результате чего воздух из-за перепада давления попадает в незаполненное пространство. Затем фаза сжатия смешивает воздух и топливо в необходимых пропорциях, а в результате фазы сгорания и выделяется та самая энергия, необходимая для движения автомобиля. Казалось бы, почему бы просто не повысить количество впрыскиваемого в цилиндр топлива? Больше топлива сгорает — больше энергии выделяется. Ан нет. Проблема всех «атмосферников» как раз и состоит в том, что при неизменном давлении и, соответственно, объеме воздуха при впуске, должна сохраняться оптимальная пропорция воздушно-топливной смеси (14:1).

Вот тут на передний план и выходит нагнетатель, форсирующий подачу воздуха в цилиндр и обеспечивающий большее количество эффективно сгорающего топлива за один такт. Средняя «накрутка» плотности воздуха достигает полутора атмосфер, в результате чего использование нагнетателя поднимает мощность двигателя на 46%, а показатели крутящего момента увеличиваются на 31%.

Так же как и в случае с турбонаддувом, нагнетатель при форсировании воздушных потоков разогревает их, уменьшая тем самым плотность попадающего в камеру сгорания воздуха. Поэтому эффективность работы любого нагнетателя завязана на использовании интеркулера, охлаждающего воздушные потоки и повышающего эффективность воздушно-топливной смеси.

Типы нагнетателей

В отличие от турбонаддува, исповедующего один-единственный принцип и форм-фактор «улитки», нагнетатели можно разделить на несколько категорий, отличающихся как принципом работы, так и эффективностью.

Нагнетатель Roots

Это самый эффектный, самый древний и самый простой тип нагнетателей, известных человечеству. Еще в 1860 году братья Филандер и Фрэнсис Рутс запатентовали этот роторный вид нагнетателя, основная цель которого состояла в вентиляции шахт. Вентиляция шахт продолжалась вплоть до 1885 года, в котором ушлый немецкий инженер Геттлиб Даймлер заполучил патент на нагнетатель собственного производства, работавший по принципу нагнетателя братьев Рутс. Уже в 1900 году на серийном авто Daimler-Benz красовался первый нагнетатель типа Roots.

Суть работы нагнетателей Roots состоит в следующем: в немалых размеров корпусе расположены два ротора особой формы, при помощи шестерен соединенные с ведущей шестеренкой нагнетателя. Та, в свою очередь, через ось связана со шкивом, приводимым в движение коленчатым валом посредством ременчатой передачи. В теории звучит суховато. На практике же вращающиеся в противоположных направлениях роторы буквально «засасывают» воздух через входное отверстие, проталкивая «заряженные» воздушные потоки в т. н. распределительный отсек

В чем их преимущество? Во-первых, этот тип нагнетателей, в отличие от центробежных (о них чуть позже), «схватывает» уже при низких оборотах и продолжает, не снижая эффективности, нагнетать воздух. Подобная «отзывчивость» сделала нагнетатели Roots любимцами фанатов маслкаров. Во-вторых, торчащий из крышки капота какого-нибудь хот-рода, Roots выглядит сногсшибательно.

Но есть и несомненные недостатки. С ростом оборотов двигателя возрастает скорость вращения роторов, и в результате чересчур интенсивной закачки воздуха возникает обратный эффект: воздух начинает проникать обратно! Так, с определенного уровня оборотов Roots полностью перестает выполнять свою функцию и начинает потреблять мощности двигателя больше, чем способен отдать в ответ. Второй недостаток Roots — из-за специфичной формы роторов воздух подается отдельными прерывистыми порциями (но не равномерными потоками), понижая общую эффективность нагнетателя.

Центробежный нагнетатель

История данного типа нагнетателей берет свое начало в 1902 году. Именно тогда француз Луи Рено запатентовал первый в мире центробежный нагнетатель. С тех пор этот тип нагнетателей завоевал свое законное место в сердцах поклонников и в моторных отсеках их машин. И вот почему.

Центробежные нагнетатели — одни из лучших по соотношению цена/качество — по сути являются полным антиподом нагнетателям Roots. Сами нагнетатели выполнены в форме «улитки» и обладают примерно теми же свойствами, что и турбины.

Воздух, попадая в корпус нагнетателя, подхватывается лопастями рабочего колеса и, раскручиваясь, в зависимости от оборотов двигателя, до 40 000 — 50 000 об/мин, центробежными силами прижимается к внешним стенкам корпуса. На этом этапе воздушный поток достигает бешеной скорости, но пока его давление слишком мало. Вот здесь в дело вступает диффузор, при помощи которого достигается обратный эффект: при выходе из нагнетателя скорость воздушного потока уменьшается, а давление, наоборот, возрастает, за счет «поджимающего» сзади воздуха

По сравнению с Roots, эффективность центробежных нагнетателей прямо пропорциональна оборотам двигателя. На низких оборотах прирост мощности практически не ощущается (хотя он и больше, чем у той же турбины), зато на средних и высоких мощность взмывает вверх! А сопровождается все это отличительной чертой любого центробежного нагнетателя — приятным посвистыванием. Плюс к тому, этот вид нагнетателей, в противовес Roots, компактен и легок, пусть и не так эпатажен.

Винтовой нагнетатель

Это, пожалуй, наиболее продвинутый и самый эффективный тип нагнетателей, выпускаемых на данный момент. Первый в мире винтовой нагнетатель был изготовлен и запатентован шведским инженером Альфом Лисхольмом в 1936 году и с тех пор успел прочно обосноваться на технологической вершине компрессорного Олимпа.

По своей форме и структуре винтовой нагнетатель очень похож на Roots, но на поверку отличается от него кардинально. Да, он точно так же построен по принципу двух роторов в одном корпусе, но при этом их формы более заострены, а сами они напоминают саморезы. При вращении роторов воздух, попадающий внутрь нагнетателя, прогоняется через этот конвейер спиралей и к выходу из корпуса уже находится в сжатом состоянии. Вот и еще одно существенное отличие винтового нагнетателя от Roots: воздух сжимается уже внутри устройства, а это значит, что неоткуда будет взяться тем силам противодействия, что выталкивают воздух обратно в случае с Roots.

Что из этого следует? Следует то, что винтовой нагнетатель демонстрирует невероятную эффективность на всем диапазоне оборотов и сохраняет неплохую компактность. Хотя и его некоторые умудряются вынести выше уровня крышки капота

Но есть и подводные камни. Самый большой и неприятный из них — цена. Во-первых, трудоемка сама технология производства столь своеобразных роторов. А во-вторых, при работе винтовые нагнетатели производят довольно много шума, поэтому дополнительные расходы уходят на обеспечение их максимальной бесшумности.

Выводы

Какой нагнетатель выбрать, если вы все-таки задумались о покупке? Все зависит от ваших желаний и возможностей. Если вам нужен многолитровый драгстер, чья стихия — 402 метра и ни шагу в стороны — Roots подойдет вам как нельзя кстати. Зато если важно поддержание мощности на высоких оборотах, то компактный центробежный нагнетатель — ваш выбор. Ну а если вы хотите и того, и другого в одном лице, да еще и в состоянии себе это позволить, берите винтовой.

Но, помимо новеньких «бустеров», следует готовиться и к другим затратам — усовершенствование выхлопа, системы охлаждения и замена «родных» поршней и шатунов коваными: заводские детали могут не выдержать того давления, что будут постоянно оказывать на них подобные устройства.