В современном мире высоких технологий с экзотическим словом «Суперчарджер» связывают электромобили и белые столбы зарядных станций от «Теслы», но в не столь далёком прошлом всё было по-другому. Оно вызывало стойкие ассоциации с бензиновой вонью, рёвом мощного 8-цилиндрового мотора и со странной конструкцией, торчащей прямо из капота машины. Он превращал машину почти в гоночный болид, но плата за это современному человеку кажется слишком высокой.
Как разогнать мотор
Любой автомобильный двигатель внутреннего сгорания питается не только топливом. Чтобы сжечь всё расходуемое топливо и выжать из него максимум энергии, он должен всасывать в себя огромный объём воздуха. Проще всего этот процесс организован в атмосферном моторе, в котором воздух попадает внутрь за счёт разрежения, создаваемого поршнями во время их работы. Если же этого оказывалось мало, к делу подключали механический нагнетатель: он под большим давлением ежесекундно закачивал в цилиндры большой объём воздуха. Увеличивая таким образом количество кислорода, можно было сжечь гораздо больше топлива за каждый цикл работы двигателя и получить дополнительный крутящий момент. Верхнего предела здесь нет, лишь бы мотор выдержал экстремально высокую нагрузку.
Механический нагнетатель (суперчарджер) оказался чрезвычайно полезным для повышения мощности силовой установки, и не последнюю роль в этом сыграла одна маленькая особенность. В отличие от более привычного турбонаддува, компрессор жестко соединялся с коленвалом двигателя через ремень или шестерёнки. Нагнетатель начинал работать сразу же, как только водитель нажимал на педаль газа, и начинал гнать в двигатель воздух под давлением. Они работали совершенно синхронно.
Суперчарджер имел огромное преимущество перед классической турбиной. Той приходилось ждать, пока двигатель войдёт в рабочий режим, а выхлопные газы смогут раскрутить крыльчатку до нужных оборотов (так называемый эффект турбоямы). При этом сам автомобиль ведёт себя, как норовистая лошадь: после нажатия педали он сначала думает, а потом делает мощный, иногда неконтролируемый рывок вперёд. С суперчарджером этого не происходит, двигатель с самых низов выдаёт нужную мощность и наращивает её постепенно, синхронно с мотором.
В трёх исполнениях
За всё время существования суперчарджера инженеры успели придумать три его вида, а самый распространённый и узнаваемый – механический нагнетатель типа «Рутс». Внутри его корпуса вращаются два ротора сложной формы, своим видом больше напоминающие пропеллеры, которые захватывают воздух и буквально проталкивают во впускной коллектор. Его широко использовали в именитых американских спорткарах, и именно ему они обязаны узнаваемым завывающим звуком на высоких оборотах.
Вторая, более продвинутая модификация нагнетателя работает гораздо эффективнее, её называют компрессором «Лисхольма». Он имеет винтовую конструкцию, его центральная часть – это два шнека, как в мясорубке, а воздух здесь сжимается между движущимися винтами. Особой популярности эти нагнетатели не получили, а главные тому причины – огромная сложность производства и столь же непомерная цена.
Третий вид суперчарджера – центробежный, но он очень похож на обычную турбину, за исключением одной интересной детали. Его круглую крыльчатку-импеллер раскручивают не выхлопные газы, а ременной привод. К тому же он работает гораздо тише, чем две другие модификации, устанавливается легче и не так сильно нагревает воздух. Правда, он нормально может работать только на высоких оборотах.
Плата за мощность
Тем не менее за лишнюю мощность, буквально выжатую из силовой установки, приходилось платить большую цену: серьёзные недостатки крылись в самой конструкции суперчарджера. Механический нагнетатель сам по себе был прожорливым, и для того, чтобы сжимать воздух и обеспечивать дополнительные сотню лошадиных сил, суперчарджер сам потреблял около сорока. Они уходили на вращение тяжёлых роторов и трение. Хоть и кажется, что выигрыш был намного больше, на деле всё оборачивалось огромным расходом топлива. Даже если автомобиль и не нуждался в повышенной мощности, а просто ехал по дороге с самой обычной скоростью, двигателю всё равно приходилось поддерживать работу компрессора и впустую жечь бензин.
Ещё одной проблемой был чрезвычайно сильный нагрев. Виной всему была элементарная физика: воздух разогревался сам по себе во время сжатия и на выходе имел критически высокую температуру. Его плотность была низкой, а значит и кислорода в нём оказывалось гораздо меньше, чем нужно для нормальной работы, что делало само присутствие нагнетателя абсолютно бессмысленным. Чтобы мотор не страдал от неизбежной детонации, инженерам приходилось устанавливать тяжёлые системы охлаждения – интеркулеры. Автомобиль становился сложнее, тяжелее и дороже.
Новые нормы и отказ от суперчарджеров
Несмотря на все свои недостатки, суперчарджеры нашли собственную нишу, но с принятием новых экологических стандартов всё изменилось. Производителям пришлось срочно искать способы, чтобы снизить количество выбросов, уменьшить расход топлива и снизить вес автомобилей. На этом фоне огромные, прожорливые и неэкологичные моторы оказались лишними, а вместе с ними и механические нагнетатели перестали вписываться в установленные рамки.
У больших автомобильных брендов не было иного выбора, кроме как уменьшить объём двигателей и массово использовать турбонаддув, чтобы компенсировать недостаток тяги. Благодаря появившимся новым технологиям инженеры смогли победить эффект турбоямы при помощи турбин с изменяемой геометрией и двойных компрессоров. Работа от бесплатной энергии выхлопных газов внезапно оказалась большим плюсом для силовых установок, в которых считалась каждая лошадиная сила. В настоящее время такой подход считается стандартом, а в результате получается экономичный городской автомобиль с минимальным выхлопом. Поэтому от массового использования механических нагнетателей производители отказались – это слишком накладно и хлопотно. Да и покупатели сейчас предпочитают автомобили, которые не требуют целого состояния только на топливо. Тем не менее о существовании суперчарджеров не забыли, их до сих пор используют, но только на дорогих суперкарах и в поделках энтузиастов.
Помимо производителей разного масштаба и тюнинг-ателье, мощные двигатели используют автомобильные фанаты в собственных штучных проектах. Некоторым для этого даже турбина не нужна, они используют экстремально мощные 12-цилиндровые моторы от танков и самолётов времён Второй мировой войны.
