Выбор между нагнетателем и турбокомпрессором

Выбор между нагнетателем и турбокомпрессором

К счастью, в последние десять лет в свободной продаже появилось намного больше нагнетателей и комплектов, так что выбрать есть из чего. Возможно, это связано с тем, что некоторые производители выпустили несколько серийных моделей автомобилей, оснащенных нагнетателями. Это очень хорошо хотя бы потому, что все смогли увидеть альтернативу турбокомпрессорам, так как не всегда установка турбокомпрессора является оптимальным решением. Многие предпочли использовать турбокомпрессоры, находясь под впечатлением от успешного применения этого типа наддува в гоночных автомобилях. Однако так же, как и распредвалы с гоночных автомобилей оказываются бесполезными в обычных легковых автомобилях, могут оказаться неэффективными турбокомпрессоры и нагнетатели. Подбирать подобное оборудование необходимо очень внимательно и в соответствии с дорожными условиями, в которых будет использоваться автомобиль.

Лично я не сторонник установки турбокомпрессора на обычные легковые автомобили, использующееся в условиях городского движения, если только вы не хотите получить высокое давление наддува, а в моторном отсеке установлен двигатель большего объема (например, двигатель объемом 2,0 л в автомобиле, который в заводском исполнении оснащен двигателем объемом 1,8 л). К тому же передаточные отношения коробки передач и общее передаточное число должны быть подходящими (см.главы 8 и 24). Турбокомпрессоры будут бесполезны в классах соревнований, где необходима точная реакция дроссельной заслонки, а также крутящий момент при низкой частоте вращения. Поэтому подобное оборудование не предназначено для коротких кольцевых гонок, гонок по склонам (кроме, пожалуй, гонок Pike's Peak), гонок по грунтовым дорогам или раллийных гонок.

Нагнетатели Рутс

Этот монстр – нагнетатель Рутс GM16-71.

Когда речь заходит о нагнетателях, необходимо делать выбор в зависимости от сферы применения. Если вы хотите сэкономить средства и вам не нужно слишком высокое давление наддува (до 0,83 бар), нагнетатели Рутс будут идеальным выбором. Однако они потребляют слишком много мощности и наименее эффективны. Поэтому, если вы собираетесь установить подобный нагнетатель на автомобиль, использующийся ежедневно, стоит обдумать эти доводы. Например, если автомобиль используется для перемещения на короткие расстояния, расход топлива не будет проблемой, однако, если вам приходится проезжать каждую неделю по 1100км, возможно, придется задуматься об установке обходного канала иэлектромагнитной муфты. Также, если вы не хотите тратить свое время и средства на подбор подходящего промежуточного охладителя, возможно, лучше остановить свой выбор на более дорогом нагнетателе.

Тем не менее нагнетатели Рутс можно сделать более эффективными посредством впрыска воды или топлива в нагнетатель. Это закроет зазоры между роторами, а также между роторами и картером, что значительно увеличит объемную пропускную способность. Давление наддува увеличится тоже, поэтому можно будет использовать меньшее передаточное число, что значительно снизит затраты мощности. Испарение воды или топлива будет несколько понижать температуру впускного заряда, обеспечивая эффект промежуточного охлаждения. Метанол с латентной теплотой испарения особенно хорошо подходит в этом случае. Но стоит помнить, что, если вы используете промежуточный охладитель, впрыск воды или топлива нельзя производить перед промежуточным охладителем.

Мало кто сейчас видит смысл в использовании карбюраторов, но, если вы все-таки решились на это, вам, скорее всего, придется использовать нагнетатель Рутс. Но запомните: впускной заряд всегда должен проходить через карбюратор, прежде чем попасть в нагнетатель, а не наоборот. Карбюраторы также будут приемлемо работать со шнековыми нагнетателями, но, если вы можете позволить себе потратить столько средств на покупку достаточно дорогого нагнетателя, зачем ухудшать его технические характеристики, используя карбюратор? Карбюраторы несовместимы сцентробежными нагнетателями, и мой вам совет: даже не думайте об установке подобного типа нагнетателя, если в вашем автомобиле установлен карбюратор.

Центробежные нагнетатели

Центробежные нагнетатели, как и турбокомпрессоры, обладают высокой эффективностью, но, как и турбокомпрессоры, не обеспечивают достаточное давление наддува при низкой частоте вращения двигателя. И даже если они будут модифицированы с целью увеличения давления наддува при низкой частоте вращения, при высокой частоте вращения давление наддува будет чрезмерным. Некоторые рассматривают эту характеристику центробежного нагнетателя как преимущество, другие – как недостаток. По-моему, все зависит опять же от сферы применения. Приводимые в действие от ремня, эти нагнетатели всегда более чувствительны, чем турбокомпрессоры. Меньшее давление наддува при низкой частоте вращения устраняет проблемы с тяговым усилием, рулевым управлением на переднеприводных автомобилях, а также предотвращает износ компонентов коробки передач и т.д. Их эффективность означает, что, если вам необходимо достаточно низкое давление наддува, двигатель не придется разбирать, чтобы понизить степень сжатия.

Принцип работы центробежных нагнетателей сам по себе выгоден в данном случае. В легковых автомобилях детонация чаще происходит при низкой частоте вращения двигателя на высоких передачах, однако, так как давление наддува ограничено, в целом преодолеть детонацию достаточно просто, используя топливо с более высоким октановым числом и сместив угол зажигания в сторону отставания. Затем при высокой частоте вращения, когда заводские кулачки и система пуска ограничивают наполняемость цилиндров, центробежные нагнетатели создают хорошее давление наддува, компенсируя это, и в некоторой степени работают по принципу двигателя с изменяемой степенью сжатия компании SAAB, учитывая плотность заряда в цилиндре в конце такта сжатия.

Так как обычно центробежные нагнетатели намного дешевле, чем шнековые, они также используются в гоночных спортивных автомобилях. Вбольшинстве видов соревнований в верхней части диапазона мощности двигатель будет работать с частотой вращения 2500–3000 об/мин. Поэтому центробежный нагнетатель можно настроить таким образом, чтобы он обеспечивал максимальное давление наддува в этом диапазоне, анизкое давление наддува при низкой частоте вращения не будет создавать проблем в большинстве соревнований.

Центробежный нагнетатель очень эффективен, по сравнению с другими типами нагнетателей он намного меньше по размерам и легче.

Шнековые нагнетатели Лисхольма

Нам остается рассмотреть шнековые нагнетатели. Как и центробежные нагнетатели, они достаточно эффективны, поэтому промежуточное охлаждение будет не настолько важным, как в случае с нагнетателями Рутс. Они также отлично подходят для создания высокого давления наддува. В некоторых конструкциях давление в 3 бар, а иногда и в 3,4 бар является вполне достижимым. На низкой частоте вращения они создают более высокое давление наддува, чем нагнетатели Рутс, при этом возникает давление наддува уже при частоте вращения 1000 об/мин. Поэтому вусловиях, требующих широкого диапазона мощности, высокой эффективности компрессора и высокого давления наддува (от 0,9 до 2,75 бар), шнековые нагнетатели будут вне конкуренции.

Шнековый нагнетатель Sprintex.

Почему нагнетатели подходят для легковых автомобилей

Сейчас я должен объяснить, почему я предпочитаю использовать нагнетатель в атмосферном двигателе легкового автомобиля, а не турбокомпрессор. Я, конечно, не отрицаю, что турбокомпрессоры быстро развивались и получили широкое распространение в последние десять лет, но, несмотря на все числовые данные, впечатляющие графики мощности и эффективности, факт остается фактом: турбированному двигателю не хватает резвости в условиях ежедневной эксплуатации. Многим автолюбителям нравится «чувствовать» автомобиль, то есть ощущать Шнековые нагнетатели Лисхольма при резком нажатии педали акселератора, даже если выбрана слишком высокая передача. Также им нравится высокая чувствительность дроссельной заслонки, когда педаль акселератора нажимают лишь слегка, чтобы почувствовать сцепление с поверхностью. Вподобных условиях водитель и автомобиль становятся одним целым, при этом кажется, что автомобиль может реагировать на малейшие эмоциональные сигналы водителя так же хорошо, как на движение его правой ноги. Именно этого не хватает легковым автомобилям, оснащенным турбированными двигателями.

Есть два, а возможно, и три аргумента против использования турбокомпрессоров в легковых автомобилях. Основной проблемой является вес автомобиля. В наше время водители хотят, чтобы их автомобили были оснащены всеми элементами комфорта, чтобы чувствовать себя в них как дома. Мультимедийные системы, электростеклоподъемники, зеркала с сервоприводом и антенны – из-за всего этого автомобиль «прибавляет ввесе». Следовательно, седаны, которые еще 15 лет назад весили примерно 1000 кг, сейчас весят 1250 кг. Автомобили побольше раньше весили 1200 кг, а в наши дни – 1650 кг. Это увеличение веса примерно на 25%. А этот вес подразумевает увеличение крутящего момента на низких оборотах, чтобы заставить автомобиль сдвинуться с места или увеличить скорость после прохождения поворота.

Нагнетатели часто используются на автомобилях, принимающих участие в соревнованиях, например гонках по склонам, где необходима отличная реакция дроссельной заслонки.

Но что происходило в то время, когда автомобили «набирали лишние килограммы»? Производители пришли к выводу, что мощность можно вбуквальном смысле продавать, а журналистов из специализированных журналов приводит в восторг быстрое ускорение при движении по прямой. Именно поэтому они решили модифицировать свои модели. Для этого они установили большие распредвалы, увеличили клапаны иканалы и т.д., но все эти изменения, обеспечив Почему нагнетатели подходят для легковых автомобилей в верхней части кривой, плохо отразились на технических характеристиках при низкой частоте вращения. Установка турбокомпрессоров не улучшила ситуацию. Поэтому многие современные автомобили чувствуют себя крайне неуверенно даже с пятиступенчатой коробкой передач на извилистых дорогах.

Это подводит нас к третьему доводу. Чтобы немного «утихомирить» эти мощные двигатели с высокой частотой вращения, а также чтобы снизить расход топлива, производители постоянно увеличивают передаточные числа, поэтому при движении на крейсерской скорости автомобиль ведет себя вяло. Если только вы не двигаетесь со скоростью 120 км/ч, при подъеме на склон придется понизить передачу, а при обгоне водителю придется переключиться на две передачи вниз. Не слишком хорошее решение для комфортного движения на постоянной скорости.

Открытие компании Porsche

Установка нагнетателя может изменить ситуацию к лучшему. Компания Porsche провела сравнительное тестирование на 16-клапанном двигателе объемом 2,5 л модели 944, на который были установлены нагнетатель Рутс и турбокомпрессор. На рис. 9.4 и 9.5 показаны полученные результаты. Как вы видите, нагнетатели Рутс создавали близкое к максимальному давление наддува примерно за 2,5 секунды после открытия дроссельной заслонки. Турбокомпрессор же за это время не смог создать давление наддува вообще. Чтобы создать то же давление наддува, турбокомпрессору потребовалось около 10 секунд.

Результаты турбокомпрессора были такими же никудышными, если говорить о реальном ускорении. После пяти секунд частота вращения двигателя с нагнетателем увеличивалась с 1150 до 2050 об/мин, а турбокомпрессор практически не увеличивал частоту вращения двигателя. После 10 секунд двигатель с нагнетателем вращался с частотой 2800 об/мин, а двигатель, оснащенный турбокомпрессором, – с частотой 2000 об/мин.

Рис. 9.4. Компания Porsche провела тестирование, которое показало, что при использовании нагнетателя давление наддува создается быстрее, чем при использовании турбокомпрессора.

Рис. 9.5. Тестирование ускорения на четвертой передаче также показало превосходство нагнетателя вобычных дорожных условиях.

Компания Porsche доложила, что нагнетатель при частоте вращения 6000об/мин потреблял 50 л.с. Однако в диапазоне низкой и средней частоты вращения двигатель с нагнетателем имел преимущество в крутящем моменте в 50–70% над двигателем с турбокомпрессором. Только в верхней части диапазона мощность и расход топлива были в пользу двигателя с турбокомпрессором. Максимальная мощность возросла на 19%, а расход топлива снизился на 9%.

Для тех, кто считает, что тест на нажатие педали акселератора в пол при частоте вращения 1150 об/мин на четвертой передаче не является показательным и не может свидетельствовать в пользу нагнетателя, компания Porsche сообщила, что протестировала все возможные комбинации начальной скорости и передачи, но при каждом тесте двигатель с нагнетателем показывал лучшие результаты на 10–40%.