Форум истории автоспорта > История
Механический нагнетатель (наддув)
Владимир Коваленко:
В отличие от турбонаддува, в механическом нагнетателе насос, закачивающий в цилиндры воздух под давлением, приводится в действие от коленвала двигателя. По хорошему, начинать надо с механического нагнетателя, а про турбонаддув говорить, что это он - "в отличие". Механический нагнетатель тратит на себя часть мощности двигателя, которую можно было бы пустить на движение самого автомобиля, а в турбонаддуве используется энергия выхлопных газов, поэтому турбонаддув гораздо более эффективен.
Должен признать, что сейчас не готов расписать устройство механического нагнетателя так же, как и турбонаддува, так как в интернете информации гораздо меньше. Надо рыться в книгах и журналах. Возможно, Влад подключится.
Как пишут умные книги, первый нагнетатель в соревнованиях появился в 1908 году в Америке, это был автомобиль "Чадвик". В Европе в 1922 году "Мерседес" с нагнетателем стартовал в "Тарга Флорио". В 1923 году наддувный ФИАТ стартовал в "Большом призе АКФ", а в сентябре выиграл "Большой приз Италии". Вот отправные точки.
Для начала можно сказать, что отвод мощности для нагнетателя осуществлялся, насколько я могу судить, в трёх местах: перед двигателем, посередине блока цилиндров и за двигателем.
Перед двигателем ("Бентли"):
Посередине ("Альфа-Ромео"):
За двигателем ("Ауто-Унион"):
Влад Шайхнуров:
Механические нагнетатели существуют трех типов (скажем так, прижились всего четыре типа):
1) нагнетатель системы Рутса (roots blower/charger). Был наиболее распространен в те годы, да и по сей день в 99% случаев используют именно эту конструкцию;
2) нагнетатель пластинчатого типа (наиболее удачной конструкцией были компрессор компании "Цоллер"), английский вариант названия vane-type charger;
3) нагнетатель спирального типа. Я знаю только один случай использования - на "Фольксвагенах" конца 80-х с обозначением G60;
4) центробежный нагнетатель. О нем отдельно.
Компрессор системы Рутса. Изобретатли - братья Филандер и Франсис Мэрион Рутс, основатели компании Roots Blower Company (Connersville, Indiana) в 1860 г. запатентовали конструкцию компрессора. В 1900 г. Готлиб Даймлер запатентовал конструкцию автомобильного двигателя с использованием нагнетателя Рутса.
Компрессоры этой системы отличаются компактными размерами, но огромными механическими потерями, сложностью проектирования, подбора передаточных отношений от вала двигателя до вала компрессора (редко когда компрессор устанавливался на коленвал напрямую, без передачи). Еще одним недостатком являются немалые габариты в плане длины, поэтому конструкторы всегда искали варианты убрать их с передней крышки двигателя. На "Альфа Ромео" классической схемой было расположение компрессора с левой стороны двигателя (с приводом от гитары шестерен или от шестерни, расположенной в середине коленвала). На ЕРА Джеймисон поставил компрессор вертикально с приводом через конические шестерни от переднего носка коленвала. На "Ауто-Унион" была применена аналогичная схема, но привод осуществлялся от шестерни на маховике.
У компрессоров Рутса был большой недостаток - их производительность напрямую зависела от геометрических параметров, т.е. от габаритов. Решением была установка двух компрессоров последовательно, т.н. двухступенчатый нагнетатель. "Поженить" два нагнетателя - это был высший пилотаж для конструктора. Коломбо где-то (не вспомню книгу) писал, что приходится решать уравнение, в котором переменными были диаметры роторов того и другого компрессора, их длина, передаточное отношение к каждому из них.
Итак, компрессор Рутса способен давать в двухступенчатом исполнении давление наддува до 1,8...2 бар (в одноступенчатом - не более 1,4 бара). В те годы компрессоры использовались без применения промежуточных охладителей (как правило радиатор "воздух-воздух"), но и топливо было тогда иное - на основе метилового спирта, октановое число которого достигало 152 (по моторному методу!). Компрессоры системы Рутса применяются и сейчас: "Мерседес" с середины 90-х лет десять массового ставил эти агрегаты на 4-, 6- и 8-цилиндровые двигатели. Основным изготовителем компрессоров Рутса в наше время является американская компания "Итон" (EATON).
Для справки: на пике своих возможностей двигатель "Альфа-Ромео 158" развивал на стенде 425 л.с. Реально мощность двигателя на валу была намного выше: две ступени компрессора отнимали порядка 120 л.с. Представляете: 550 л.с. с полутора литров объема! И это в 1951 г.!
PS: забыл написать, что компрессоры бывают двух вариантов в зависимости от расположения карбюратора ("мокрый" тип, когда карбюратор стоял на входе в компрессор и "сухой" тип, когда карбюратор устанавливался между нагнетателем и впускным коллектором).
Влад Шайхнуров:
Нагнетатель пластинчатого типа. В гоночных автомобилях применялся главным образом в автомобилях ЕРА (тип C, D и Е):
У компрессора этой системы еще больше недостатков: и кпд ниже, и абсолютные механические потери просто огромные. Но основной - габариты и фрма: он смахивает на полковой барабан, который спереди расположить просто негде, а сзади эта дрянь торчит между ног гонщика. Тем не менее, этот компрессор позволил Бертону снять с 1,5-литровых моторчиков образца 1933 года более 240 л.с. против 185 л.с., которые были на автомобилях с компрессором Рутса. Главным образом за счет увеличения давления наддува.
Когда в моду стал входить двухступенчатый наддув, о компрессорах "Цоллера" (а именно так они назывались по имени фирмы, которая "проталкивала" эту конструкцию на рынке) стали забывать. Хотя часто мне приходилось видеть фото даже мотоциклетных двигателей с таким компрессором, тогда как Рутс применялся много реже.
Влад Шайхнуров:
Компрессор центробежного типа.
По сути представляет из себя насосную часть турбонагнетателя, у которой привод осуществляется не турбиной за счет выхлопных газов, а от вала двигателя. В ц/б компрессоре велики потери давления за счет перетечки воздуха между корпусом и торцами лопаток (ротор=лопатки должны вращаться без прямого контакта со стенкой, т.е. присутствует зазор). Чем больше размеры компрессора, тем меньше влияние перетечек, т.к. величина зазора по отношению к диаметру ротора стремится к нулю. Основным недостатком является невыгодная характеристика производительности компрессора, которая при низких оборотах вала компрессора почти нулевая. Поэтому между валом двигателя и валом компрессора устанавливается повышающая передача, дабы раскрутить ротор компрессора до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту (понятно, что зависит от диаметра ротора. Пороговым значением является скорость на конце лопатки 400 м/с. Дальше начинается разрушение).
Такая схема была применена все тем же Питером Бертоном с помощью специалистов из "Роллс-Ройса" на двигателе БРМ-Р15. Но если в авиации, откуда она пришла, ее можно было назвать единственно правильным вариантом, то на гоночном автомобиле ей было совсем не место. Все гонщики жаловались на отсутствие мощности при выходе из медленных поворотов и пугающий подрыв после 4500 об/мин.
Как я уже писал, в авиации подобная схема применялась активно и успешно, поскольку авиационный двигатель работает в относительно узком диапазоне оборотов. В гоночных автомобилях я знаю только два примера использования: на рекордно-гоночном "Мерседес-Бенц" с двигателем М163 и уже упомянутом БРМ-Р15.
Владимир Коваленко:
Supercharged Grand Prix Cars 1924-1939 (full version)
Навигация
Перейти к полной версии