Как суперчарджеры повышают эффективность и мощность двигателя

Суперчарджер — это устройство для поршневых двигателей внутреннего сгорания, предназначенное для повышения их рабочей эффективности. Это воздушный компрессор, увеличивающий давление или плотность воздуха, поступающего в камеру сгорания двигателя, что обеспечивает более интенсивную работу.

Как известно, механическое движение автомобильного двигателя получается за счёт сгорания топливно-воздушной смеси в камере сгорания. Установка суперчарджера для повышения давления входящего воздуха также увеличивает количество топлива, которое можно смешать и сжечь, что ведёт к значительному повышению мощности двигателя.

Что такое суперчарджер?

Суперчарджер — это механически приводной компонент, используемый в поршневых двигателях для закачки прессованного воздуха в впускной коллектор с помощью воздушного компрессора или бловера. Повышенное давление увеличивает количество воздуха, поступающего в цилиндр во время впускного хода.

Суперчарджеры позволяют двигателю сжигать больше топлива и выполнять больше работы, так как каждый впускной цикл получает больше кислорода. Эти силовая агрегаты приводятся механически через шестерню, ремень, вал или цепь, соединённые с коленчатым валом двигателя.

Именно здесь у другого компонента — турбонаддува — есть преимущество. Хотя термин «суперчарджер» подразумевает принудительную закачку воздуха, турбонаддув называется турбосуперчарджером или просто турбо. Он получает энергию от турбины, приводимой в движение отработавшими газами в конце такта сгорания.

Таким образом, одно из главных различий между суперчарджером и турбонаддувом — источник энергии. Суперчарджер приводится в движение коленчатым валом двигателя, тогда как турбонаддув работает за счёт энергии отработавших газов, образующихся в процессе сгорания.

Как и другие системы нагнетания, основная функция суперчарджера — увеличить количество воздуха, поступающего в впускной коллектор. Это позволяет сжигать больше топлива и получать большую мощность.

Типы суперчарджеров

Существует несколько типов суперчарджеров, используемых для увеличения мощности автомобильных двигателей:

Центробежные суперчарджеры

Эти суперчарджеры достаточно компактны для установки в качестве доп. оборудования. Они используют центробежный компрессор с переменным передаточным числом, в котором continuamente переменный шкив прикреплён к обычному компрессору.

Заводские суперчарджеры на V-образных двигателях обычно размещаются в долине блока цилиндров, что позволяет сделать их более длинными, низкими и узкими.

Роторные (Roots) суперчарджеры

Роторные суперчарджеры — самый популярный тип. В их конструкции два противовращающихся вала с камами закачивают воздух через себя. Обычно воздух поступает сверху и выходит снизу.

Винтовые (Twin-screw) суперчарджеры

Эти суперчарджеры перемещают воздух от одного конца к другому. Они обеспечивают более плавную подачу воздуха по сравнению с роторными.

Принцип работы суперчарджера

Рассмотрим принцип работы трёх основных типов: центробежного, роторного и винтового. Их различие заключается в способе закачки воздуха под давлением в впускной коллектор.

Центробежные суперчарджеры используют рабочее колесо (импеллер), засасывающее воздух, тогда как роторные и винтовые типы используют зацепляющиеся камы. Все они получают вращательную мощность от коленчатого вала двигателя и создают наддув на разных уровнях.

Роторный суперчарджер — старейший тип, запатентованный в 1860 году Филипландером и Франсисом Рутс для вентиляции шахт. В 1900 году Готлиб Даймлер применил его на автомобильном двигателе.

При работе зацепляющиеся камы роторного суперчарджера вращаются, задерживая воздух в карманах между камами. Воздух удерживается между засасывающим и выдавливающим участками. Большие объёмы воздуха поступают в впускной коллектор и накапливаются, создавая избыточное давление.

Роторный суперчарджер устанавливается в верхней части двигателя из-за своих габаритов. Он наименее эффективен из трёх типов, так как добавляет значительный вес автомобилю. Кроме того, он подаёт воздух дискретными порциями, а не непрерывным потоком.

Сходства и различия между суперчарджером и турбонаддувом

Сходство в том, что оба устройства увеличивают мощность двигателя. У обоих есть компрессор, закачивающий воздух в впускной коллектор. Их цель на автомобильных двигателях одинакова.

Разница в источнике энергии: суперчарджер использует механическую мощность от коленчатого вала (через шестерню, ремень или цепь). Турбонаддув получает энергию от отработавших газов, образующихся в цикле сгорания. Формально турбонаддув тоже является суперчарджером, но источник питания делает их разными.

Что лучше — турбо или суперчарджер? Оба могут экономить топливо и увеличивать мощность, у каждого есть плюсы и минусы. Турбонаддув использует бесплатную энергию отработавших газов, которые иначе ушли бы в атмосферу. Однако турбина создаёт противодавление в выпускной системе, нагружая двигатель, хотя эта нагрузка меньше, чем от суперчарджера.

Механическая нагрузка от суперчарджера значительно выше из-за большого и тяжёлого бловера. На двигателе мощностью 7500 л.с. бловера может потреблять 900 л.с. от коленчатого вала.

Однако преимущество суперчарджера — практически мгновенная реакция на нажатие педали газа, в отличие от турбонаддува, страдающего «турболагом». Двигатель ждёт накопления достаточного количества отработавших газов для раскрутки турбины. Поэтому суперчарджеры всё ещё применяются. Большинство производителей не могут позволить себе тратить драгоценные лошадиные силы на привод бловера, поэтому чаще используют турбонаддувы.

Твинчарджинг (Twincharging)

Твинчарджинг — это система, объединяющая ременной суперчарджер и выпускной турбонаддув. В её конструкции сложная система байпас-клапанов в впускной и выпускной системах, а также электромагнитное сцепление. На низких оборотах наддув создаёт суперчарджер.

На средних оборотах работают обе системы. На максимальных оборотах суперчарджер отключается вместе с соответствующими каналами. Сочетание двух систем устраняет их недостатки.

Преимущества и недостатки суперчарджеров

Преимущества:

• Отличная распыляемость топлива
• Лучшая топливо-воздушная смесь
• Большая выходная мощность
• Улучшенное удаление продуктов сгорания
• Хорошие крутящие характеристики на всем диапазоне оборотов
• Плавное и полное сгорание
• Возможность использования топлива с низкими антидетонационными свойствами
• Меньше дыма в выхлопе
• Повышенная механическая эффективность
• Улучшенный холодный пуск
• Быстрое разгон авто
• Мгновенная реакция на требование мощности

Недостатки:

• Повышенная газовая нагрузка
• Увеличенные тепловые потери из-за турбулентности
• Высокие требования к охлаждению двигателя
• Повышенные тепловые напряжения
• Высокая склонность к детонации в ДВС с принудительным зажиганием

Подводя итог: суперчарджер — эффективное устройство для повышения мощности автомобильных двигателей. Мы рассмотрели определение, функции, типы, принцип работы и сравнение с турбонаддувом.