KNOW-HOWПРИВОДНЫЕ НАГНЕТАТЕЛИ*ПаЦаНские ПЫЛЕСОСЫтекст Льва ГАРЯЕВА, фото автора и из архива редакцииИдея увеличить мощность мотора, затолкав в него дополнительную порцию воздуха и топлива, стара как мир. И достичь этого можно, если создать на пуске давление больше атмосферного. Именно для этого и применяют нагнетатели. Их множество моделей, но в «Мото» №№ 8 и 9 (Horex и я со своей бешеной «голдой») мы говорили о центробежных. Если кратко, это высокоскоростные вентиляторы, а если образно,Сама идея принудительного нагнетания воздуха в цилиндры была предложена вскоре после изобретения самого ДВС. Уже в 1885 году Готтлиб Даймлер получил немецкий патент на нагнетатель. Идея заключалась в том, что некий внешний вентилятор, насос или компрессор нагнетает в двигатель увеличенный заряд воздуха. В 1902 году во Франции Луи Рено запатентовал проект центробежного нагнетателя. Но после выпуска нескольких автомобилей, все работы в этом направлении свернули – несовершенство технологий и материалов вываливало на чаши весов больше «против», чем «за». Аббревиатура ПЦН (приводной центробежный нагнетатель) укоренилась в обиходе мотористов в 30-е годы ХХ века – правда, только в авиации. Внедрение ПЦН позволило убить сразу двух зайцев: повысить удельную мощность и снизить падение мощности на больших высотах. (С ростом высоты плотность воздуха падает, соответственно, в движок его попадает меньше, и для сохранения мощности приходится загонять окислитель силком.) Все нагнетатели, устанавливаемые на двигатели внутреннего сгорания, по принципу работы можно разделить на две основные группы: центробежные и объемные. А по типу привода – на приводные (с приводом от коленвала) и газотурбинные (использующие энергию отработавших газов).* «Мото» начинает цикл материалов о наддувных силовых агрегатах. И если с первого взгляда их количество ничтожно мало, то это только с первого. Со второго становится понятно, что мы уже одной ногой в плотном мирке моторов с принудительным кормлением.Что же такое ПЦН? Давайте окунемся в детство и вспомним юлу. Что будет, если на раскрученную юлу сверху плеснуть воды? Правильно, вода разбрызгается по сторонам под действием сил инерции (центробежной силы), а юла останется почти сухой. Так и в центробежном нагнетателе: роль юлы выполняет крыльчатка, а роль воды – молекулы воздуха. Думаю, в детстве каждый заглядывал внутрь пылесоса и видел за решеткой отсека пылесборника странный диск с лопастями и гаечкой посередине. Это и есть простейший центробежный нагнетатель, только работает он на отсос, а не на создание избыточного давления. А что будет, если подсоединить шланг к пылесосу, но с той стороны, откуда он выдувает воздух? А если его еще и внедрить во впуск двигателя?..Крыльчатка настоящего ЦН имеет довольно сложную конусообразную форму, а лопатки – сложный профиль и изгиб. От их геометрии зависит производительность и эффективность всего нагнетателя. (Скажем, чем больше диаметр крыльчатки, тем большее давление она может дать на тех же оборотах, но в то же время кушает больше мощности; или при увеличении количества лопастей растет давление, но падает производительность.) Воздух, пройдя по воздушному каналу в нагнетатель, попадает на радиальные лопасти крыльчатки. Лопасти отбрасывают его к периферии кожуха через тонкую щель. Там воздух тормозится в улиткообразном диффузоре, его скорость падает, а давление растет. Фактически ПЦН – половинка уже привычного в мире авто тур-бокомпрессора, только вместо «горячей» (турбинной) части – механический привод от коленвала. В силу самого принципа работы у центробежного нагнетателя есть один существенный недостаток. Для эффективной работы крыльчатка должна вращаться не просто быстро, а очень быстро. Производимое центробежным компрессором давление пропорционально квадрату скорости крыльчатки. Соответственно, отсюда и основной недостаток центробежников: узкий рабочий диапазон. Но этот теоретический минус на практике оборачивается плюсом. Ведь если нагнетатель будет все время насильно пичкать мотор воздухом, то это приведет к росту тяги во всем диапазоне оборотов, и совладать с таким «фруктом» на низах будет тяжело. Другое дело, если избытокВеличина зазора между лопастями крыльчатки и корпуса – основной параметр, влияющий на эффективность компрессора. Rotrex в разборе (слева) и его масляная система (справа). Планетарный редуктор с гладкими роликами работает главным образом благодаря специальному маслу, циркулирующему по системе. Поэтому, в отличие от шестеренчатых собратьев, которые смазываются от общей системы смазки мотора, у Rotrex’a свой масляный контур с радиатором и фильтром.Rotrex применяет планетарный редуктор, только от привычного он отличается тем, что все вращающиеся элементы – гладкие.Наиболее распостраненная «начинка» приводного центробежника – повышающий редуктор. Однако встречаются и прочие типы.72moto.zr.ru ноябрь 2010 Количество лопастей и их профиль подбираются в полной гармонии с частотой вращения на рабочих режимах.Чтобы избавить воздушный поток от лишних завихрений на лопастях крыльчатки, на вал часто устанавливают «кок».К ПРЕИМУЩЕСТВАМ ЦЕНТРОБЕЖНИКОВ МОЖНО ОТНЕСТИ ПРОСТОТУ КОНСТРУКЦИИ, КОМПАКТНОСТЬ И МАЛЫЙ ВЕС. А ТАКЖЕ ОТСУТСТВИЕ ЖЕСТКОЙ НЕОБХОДИМОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ИНТЕРКУЛЕРОВ, ИБО ГРЕЮТ ВОЗДУХ ОНИ НАМНОГО МЕНЬШЕ, ЧЕМ ЛОПАСТНЫЕ НАГНЕТАТЕЛИ И ТУРБОКОМПРЕССОРЫ.давления во впуске начинает зарождаться на средних оборотах и достигает пика на высоких, когда наполнение цилиндров ухудшается за счет потерь на трение о впускной тракт воздушно-топливной смеси (этим обуславливается заваленный вниз хвостик кривой крутящего момента в области высоких оборотов на многих дино-графиках). Центробежник здорово «наддувает» именно верхи, помогая смеси поступатьв цилиндры в должном объеме. Именно поэтому отпадает необходимость отключать нагнетатель на малых оборотах, как это приходится делать с объемными компрессорами. Все здорово, но неоспоримые недостатки есть у центробежников. Главный – нужно раскрутить крыльчатку до бешеных оборотов, поэтому приходится применять повышающий редуктор, у которого на выходном валу 50–150тыс. об / мин (у некоторых ПЦН этот показатель доходит до 250 тысяч!). Редкие подшипники и сальники могут выдержать такое, а потому вопрос ресурса и КПД зачастую оказывается актуальнее прибавки мощности. Да и общая эффективность двигателя снижается за счет того, что нагнетатель отжирает мощность прямо с коленвала. Но из каждой ямы проблем можно выбраться по тонкой веревкетехнологических решений. Например, BRP на своих спортивных гидроциклах приводит нагнетатель прямо от шестерни маховика коленвала, а от губительных для шестеренок рывков спасается применением фрикционного демпфера на валу нагнетателя. Yamaha приводит «улитку» через промежуточный вал. Если обратить взор на тюнинговые узлы, то видим, что, например, в Rotrex (который обожают европейские мототю-ноябрь 2010 moto.zr.ru73 KNOW-HOWПРИВОДНЫЕ НАГНЕТАТЕЛИснаряды и прочие болиды для рекордных заездов по прямой; там «турболаг» обычно компенсируется «антилагом» (системой, позволяющей резко повысить температуру газов перед турбиной – диким варварством, оправданным только полнейшим наплевательством на ресурс). Впрочем, не будем говорить «никогда» – вон, французы из Yam74, наэкспериментировавшись с ПЦН на Tmax, в конце концов все же перешли на «турбу», и небезуспешно. А потому подождем развития событий.выпускного коллектора; кроме нингеры, и ваш покорный слуга того, у двигателя появляется в их числе) применяют фрикци«турболаг» или «турбояма» (когонный роликовый редуктор, да крыльчатка, не имея механив котором вал крыльчатки зажат ческой связи с коленвалом, не усмежду сателлитами планетарной певает раскручиваться вслед за передачи и не нуждается в подоткрытием дросселя, что обусшипниках. Американцы из ProCharger, выведя на рынок кит для лавливает кратковременный провал в тяге – полную антитезу выHarley-Davidson, делают упор на ражения «идти за ручкой»). Из-за точность изготовления редуктовсего перечисленного появившира, их коллеги из Powerdyne еся было в начале 80-х турбомолюбят «наддувать» снегоходы тоциклы (скажем, Yamaha XJ650 и используют в качестве мультиTurbo) дружно потерпели фиаско пликатора дополнительную рена рынке, и сейчас ни конструктоменную передачу. ры серийных аппаратов, ни Но все-таки почему не турбо? тюнингеры не спешат «втыкать Ведь в мире автомобилей все больше и больше производителей улитку» в мотоциклетные моторы. Исключение – драгрейсинговые оснащают свои машины турбонаддувом. Увы, «турба» не только поднимает мощность, но и создает соА ВОТ САМОДЕЛЬНЫЙ противление на выпуске, НАГНЕТАТЕЛЬ, ПОСТРОЕННЫЙ здорово греет воздух на НА БАЗЕ ОТЕЧЕСТВЕННОГО впуске не только за счет ТУРБОКОМПРЕССОРА, его сжатия, но и за счет У КОТОРОГО «ГОРЯЧУЮ» ЧАСТЬ близости раскаленногоИ снова вспоминаем детство, а также, кто помнит, физику. Когда мы накачивали свои велосипеды, мопеды и мотоциклы насосами типа «качок», помните, как нагревался шланг, идущий к колесу? Правильно, больше давление – выше температура, выше температура – меньше плотность воздуха, а значит, количество молекул кислорода на единицу объема. Чтобы скомпенсировать это уменьшение плотности, сжатый воздух необходимо охладить. Как? Так же, как и антифриз или масло – в радиаторе, а точнее, в интеркулере (по-научному, охладителе наддувочного воздуха). Интеркулеры в основном бывают типа воздух-воздух (на вид простой радиатор с более толстыми каналами) и воздух-жидкость, когда между компрессором и впускным коллектором стоит компактный «радиатор наоборот», который отбирает тепло от сжатого воздуха в жидкость, а потом сбрасывает его в атмосферу через дополнительный радиатор.ЗАМЕНИЛ РЕДУКТОР.Выемка на крыльчатке – следствие балансировки: металл срезали не с лопасти, а оттуда, где выемка не создаст завихрений воздушного потока.Наши «кулибины» применили редуктор «наизнанку» – и компактно, и масло само расходится по зубцам за счет центробежной силы.Планшайба соединяет «улитку» и редуктор. В ней же установлен подшипник и сальник вала крыльчатки.74moto.zr.ru ноябрь 2010