Реклама
Статьи | Транспорт | Плюсы и минусы наддува

Плюсы и минусы наддува

плюсы и минусы наддува

Двигатели с наддувом уже давно известны в автоспорте – можно сразу вспомнить знаменитые в 30-х годах компрессорные Alfa Romeo 8C 2300 и Mercedes-Benz SSK. Однако у таких двигателей есть немало особенностей…

Можно поднять мощность двигателя без увеличения его объема и количества цилиндров, подавая воздух в цилиндры под давлением. Благодаря этому воздух поступает в цилиндры в большем количестве, что улучшает сгорание рабочей смеси и, соответственно, увеличивает отдачу двигателя. Вдобавок ко всему пик мощности достигается при более низких оборотах, чем у "атмосферника" - где-то в районе 5000-7000 об/мин.

Есть два основных способа наддува двигателя. Первый – установка механического нагнетателя (самая известная конструкция – Roots), который приводится в действие от коленвала. Компрессор хорош тем, что его можно отрегулировать таким образом, чтобы давление наддува как можно меньше менялось во всем диапазоне оборотов. Однако такой нагнетатель отнимает часть мощности у двигателя и порой почти весь прирост мощности расходуется исключительно на работу компрессора. Да и не так уж и много автопроизводителей сейчас используют механические нагнетатели в своих машинах – главным образом, это Mercedes-Benz. А уж в современных автогонках компрессорные двигатели практически не применяют.

Более эффективным средством является турбонаддув, когда используется практически даровая энергия выхлопа двигателя. На выпуске устанавливается турбина с двумя крыльчатками – на одну из них поступают отработанные газы и раскручивают турбину, а вторая работает как нагнетатель. Вроде бы КПД такой установки не самый высокий, но турбину можно запросто раскрутить до 200 тысяч (!) оборотов в минуту и давление наддува оказывается весьма приличным. Приходится даже устанавливать во впускном коллекторе специальный клапан, который бы стравливал излишек давления…

Однако при подготовке турбомотора конструкторам приходится решать множество проблем. Прежде всего, это сверхэкстремальные условия работы турбины – температура в выпускном коллекторе обычно составляет около 800-900 градусов! Приходится для производства крыльчаток использовать специальные тугоплавкие сплавы, которые бы выдержали такие адские условия. Необходима также тщательнейшая обработка поверхностей, сверхточная балансировка турбины – иначе на двухстах тысячах оборотов в минуту она просто разлетится на части. А какими должны быть подшипники, чтобы нормально работать при такой температуре и при таких оборотах! Не удивительно, что стоимость турбины для гоночного двигателя достигает многих тысяч долларов или евро!

Серьезным камнем преткновения стала так называемая "турбояма" (turbolag). При сбросе оборотов двигателя снижается скорость истечения выхлопных газов – и сразу же падают обороты турбины. При повторном нажатии на педаль газа турбине требуется какое-то время (порой до двух-трех секунд), чтобы вновь выйти на прежние обороты – ведь турбина не имеет такой жесткой связи с двигателем, как механический нагнетатель. Из-за этого пилотам чаще всего приходилось сбрасывать обороты двигателя еще на подходе к повороту, а при входе в вираж резко газовать, чтобы уже на выходе получить максимальную тягу. Требовалась фантастическая интуиция и колоссальный опыт, чтобы точно работать с педалью газа.. Не рассчитаешь момент сброса оборотов или подгазовки – потеряешь время или попросту улетишь с трассы.

С "турбоямой" боролись самыми разными способами – изготавливали крыльчатки из сверхлегких сплавов, чтобы снизить массу и инерционность турбин, или ставили две маленькие турбины вместо одной большой. Были совершенно неожиданные решения, но самая оригинальная идея принадлежит конструкторам раллийного автомобиля Lancia Delta S4 – двигатель был оборудован как механическим компрессором, так и турбонагнетателем! Компрессор практически ликвидировал "турбояму" на низких оборотах, а на высоких в полную силу работала турбина…

Сейчас же широкое применение получил ALS (Anti Lag System), который позволяет поддерживать высокие обороты турбины независимо от оборотов двигателя. Общий принцип работы антилага относительно прост – при падении оборотов двигателя часть топлива сжигается не в цилиндрах, а в выпускном коллекторе, благодаря чему турбина продолжает работать с прежней эффективностью. Но сам процесс дожигания топлива в выпускном коллекторе происходит по-разному – в зависимости от уровня подготовки двигателя.

Если это серийные автомобили группы N, радикальная модернизация которых запрещена, то проблема турбоямы решается путем настройки блока управления двигателем. При резком сбросе оборотов момент зажигания сдвигается таким образом, чтобы вспышка происходила в момент открытия выпускного клапана – горючая смесь воспламеняется при выпуске и догорает уже в коллекторе… Зато в полноценных гоночных двигателях (например, на WRC) все решено гораздо проще – устанавливается специальная форсунка, которая в нужный момент впрыскивает немного топлива прямо в выпускной коллектор.

Вот только работа антилага, хоть и позволяет сохранить оптимальные обороты турбины, превращается для нее в жесточайшее испытание. Прежде всего, при таком «пинке» температура в выпускном коллекторе мгновенно подскакивает с обычных 800-900 градусов до 1200! А пламя догорающего топлива попросту прошивает насквозь всю систему выпуска – на соревнованиях не раз можно увидеть языки пламени, вырывающиеся из выхлопной трубы, и услышать грохот «выстрелов». А если такое происходит ежеминутно?! Поэтому приходится проектировать турбомотор с колоссальным запасом прочности и температурной стойкости. Иначе такой двигатель долго не продержится…

Есть еще одна специфическая черта всех двигателей с наддувом. В отличие от "атмосферников", степень сжатия в них намного ниже - 8-8,5 против 11-13. Стоит выйти из строя нагнетателю (что механическому, что турбо), как мощность двигателя падает чуть ли не вдвое - ведь это будет тот же самый "атмосферник", только с очень низкой степенью сжатия...

Комментарии
Group B

http://vkontakte.ru/id19755887 | Сайт: gravelforbreakfast.ftes.info

2011 - 2017 год
Управление сайтом Сайт создан Ftes.info счетчик посещений