Продувать или не продувать?

мотоцикл

Прежде чем прикидывать, как бы половчее загнать побольше лошадей в двигатель любимого аппарата, невредно задуматься о последствиях прибавки 40-50 (в «гражданских» условиях это предел) процентов мощности. И уж коли на одной чаше весов лежит увеличение тяги, на второй, как это ни печально, кроме денег — еще и ресурс движка: чем больший прирост мы хотим получить, тем меньше нам на этом приросте останется кататься.

Главный враг — не только возросшие нагрузки на детали ЦПГ, но и возможность выхода на режим детонации, а чем выше давление наддува, тем вероятнее этот губительный для движка процесс. Ведь чем больше топливо-воздушной смеси попадает в цилиндры, тем сильнее она сжимается перед воспламенением и тем выше ее склонность к мгновенному взрывоподобному сгоранию (напомним, скорость химической реакции пропорциональна концентрации участвующих в ней компонентов), что по степени тяжести последствий для мотора сопоставимо с отсутствием масла или антифриза.
Если же глаза (уши, нос и голова) боятся, а руки все равно просятся делать, — дерзайте! Но слепо доверять расчетам не стоит — ни один из них не может точно смоделировать режим работы нагнетателя (что объемника, что центробежника) — уж очень сильно реальные условия влияют на результат, и в процессе установки компрессора придется подбирать давление наддува.

Параметр, без которого не обходится ни один расчет, коэффициент наполнения цилиндров. Это величина (в наших расчетах будем именовать ее буквой «К»), описывающая отношение объема всасываемой за время, пока открыт впускной клапан, смеси к объему цилиндра. Из-за того что наполниe цилиндра происходит очень быстро, рабочей смеси в нем обычно оказывается куда меньше того, что он мог бы вместить. Так, у какого-нибудь древнего «Харлея» с двухклапанными головками и большим ходом поршня коэффициент наполнения, дай Бог, дотянет до 0.8, а у прошлогодней Yamaha R1 с системой резонансного наддува за счет переменной длины впускных патрубков эта величина в некоторых режимах превышает единицу. Но все моторы одинаковы в том, что в верхнем сегменте скоростного диапазона коэффициент наполнения уменьшается (чем выше частота вращения коленвала, тем меньше время открытия впускных клапанов).
Так все-таки, сколько «наддувать», дабы мотор не загнулся от детонации, и какой использовать бензин?

Соответственно, если мы имеем мотор с геометртеской степенью сжатия 10 и дуем туда компрессором 0,6 бара, то приведенная степень сжатия равна 12 ,6. При этом уже потребуется бензин с октановым числом более 98, однако в реальности не все так драматично. Не все те 0,6 бара избытка долетят до камеры сгорания, особенно на больших оборотах -противный коэффициент наполнения никаким нагнетателем из цилиндров не вьдуть. Поэтому даже моторы современных спортбайков со степенью сжатия около 11 вполне безболезненно выдерживают до 0,6 бара «буста» на больших оборотах (а ну-ка вспоминаем, компрессоры какого типа у нас лучше дуют на верхах?) на 98-м бензине. Думаете, мало? Ошибаетесь — даже такая невысокая, по гоночным меркам, величина избыточного давления при грамотной настройке мотора обеспечивает прибавку по силам примерно вполовину от стока. Если требуется еще больше, для ухода от детонации есть два пути: либо «разжимать» мотор (каким-либо образом уменьшать степень сжатия), либо применять авиационный (или гоночный, он же «из бочки») бензин с высокой стойкостью к детонации (0Ч 102 и выше). Тут, как в известной песенке: «думай-те сами, решайте сами!»

Вот мы и подошли непосредственно к расчету параметров наддува.
Производители нагнетателей всегда снабжают свои изделия так называемым «картами», на которых кроме зависимости производительности компрессора от частоты вращения, отмечены области наивысшего КПД. Чем он больше, тем меньше нагнетатель отбирает мощности у двигателя и больше этой же мощности «надувает», соответствено, нам и нужно попасть в область минимальных затрат и максимальной отдачи.

К примеру, мы хотим наддуть 0,5 бара (самая распоостраненная величина) в литровый спортбайковский мотор. Величина давления наддува (в наших расчетах «Р», измеряется в барах) есть отношение объема топливовоздушной смеси, закачиваемой в цилиндры к объему, который мотор бы засосал при работе в обычном атмосферном режиме. В нем за один оборот литровый мотор теоретически засасывает поллитра смеси, ведь в четырехтактном моторе фаза впуска в цилиндре -один раз за два оборота. А почему теоретически? Потому что величну расхода (обозначим ее буквой «С» — как это принято в газодинамике, и будем мерить в литрах в секунду) нужно еще помножить на коэффициент наполнения «К», о котором мы уже говорили.
Соответственно получаем, что в безнаддувном режиме при частоте вращения коленвала в 12 000 об/ мин и коэффициенте наполнения (усредненно) 0,9, мотор расходует 5400 литров в минуту (многие производители компрессоров обозначают производительность не в литрах в секунду а в килограммах в секунду так что не стоит забывать, что при комнатной температуре масса татра воздуха — примерно 1,3 грамма). Соответственно, давление наддува можно выразить через соотношение расходов воздуха между компрессором и мотором.

Тут уже нетрудно догадаться, что при желаемом давлении наддува 0,5 бара, компрессор должен «выплевывать» не 5400, а 8100 литров в минуту, то есть в полтора раза больше, чем рабочий объем движка. Смотрим на карту характеристик «рутса» Eaton М45 и видим, что при расходе 8100 л/мин (135 л/с) и давлении 0,5 бара, мы попадаем в область 55-60% КПД и частоту вращения входного вала компрессора чуть более 12 000 об/мин. Негусто, скажете вы и будете абсолютно правы Но вспомните, о чем мы говорили: «верхи» — не конек «объемников» Стоит с максимальных оборотов сбросить до половины шкалы тахометра (до 6000 об/мин), как Eaton будет работать уже на пике эффективности в 67-68% при том же давлении.
rotrex
Rotrex C15-16 самый маленький из доступных нагнетателей и Rotrex30-64 отлично подойдет для умеренного наддувания литровых спортбайковских моторов.

В оппоненты объемнику Eaton М45 возьмем центробежник Rotrex С30-64. При том же режиме и давлении мы попадаем в область 70%-ного КПД, но при этом не имеем сильного «прихода» на малых оборотах. Стоит упомянуть, что крыльчатка Ротрекса должна при этом вращаться с частотой около 80 000 об/мин., что соответствует частоте вращения входного вала редуктора компрессорного агрегата 8400 об/мин.

Но как показывает практика зарубежных инсталляций в «лайт-режиме», то есть без «разжатия» моторов и давлении не более 0,6 бара (больше всего успехов с Ротрексами добились англичане из TTS-Performance), тюнингерами больше полюбилась «младшая» модель С15-60 (мой Gold Wing, кстати, «наддут» именно им) за лучший «продув» на средних оборотах и более компактный размер. В вариантах «хард» (например, Suzuki Hayabysa с 300 силами на колесе и давлетем наддува 1,3 бара) используют уже большие «улитки» вроде Rotrex СЗО-74 или Vortech V5.
Подытожим эту серию мозговзрыва тем, что какими бы ни были расчеты, точными или не очень, при установке нагнетателя в попытках поймать золотую середину между «приходом» и расходом, придется перебрать несколько вариантов с передаточными числами между коленвалом и входным шкивом компрессора, так что зту возможность надо заложить в конструкцию привода.

0 комментариев

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.