Как наддувить воздух, поступающий в двигатель, без нагнетателя

Sep 11, 2023

Открытие капота нового Mercedes-Benz 300SL Gullwing, должно быть, было настоящим испытанием для большинства энтузиастов пятидесятых годов. Во-первых, 3,0-литровый рядный шестицилиндровый двигатель сидел под углом в пятьдесят градусов. Над холмом — огромный литой алюминиевый впускной коллектор без карбюратора. Длинные впускные каналы «Крыла чайки» не были похожи ни на что другое, использовавшееся в то время, и служили образцом высокопроизводительных двигателей внутреннего сгорания.

Во впускной коллектор автомобиля воздух попадает под атмосферным давлением и с огромной скоростью устремляется к впускным клапанам. Но когда впускные клапаны полностью закрываются, набегающий воздух заходит в тупик и эффективно возвращается назад, создавая волну давления. Если вы правильно рассчитаете частоту этой волны и время открытия клапанов, вы сможете заставить эту волну давления направиться к впускному клапану в момент его открытия. Это позволяет воздуху, попадающему в камеру сгорания, создавать давление, превышающее атмосферное давление. Это давление не на тонну выше, но его достаточно, чтобы создать эффект «наддува», улучшая объемный КПД головки.

При коротком впускном канале волна давления на впускном клапане прыгает вперед и назад с высокой частотой, создавая эффект наддува при повышении оборотов двигателя. При более длинном бегуне волне давления приходится преодолевать большее расстояние, создавая более низкочастотный импульс воздуха.

«По сути, чем длиннее, тем больше мощность на низких оборотах, а короче — больше на высоких», — говорит Стив Динан, давний тюнер BMW и европейских автомобилей, а также гоночный инженер. «Причина в том, что при более высоких оборотах у вас меньше времени [на то, чтобы импульс сжатого воздуха достиг быстро закрывающегося клапана]. Поэтому вам нужно сделать впускной коллектор короче, чтобы импульс мог добраться туда». По данным Autozine, гонщикам на 300SL пришлось помочь с низкой мощностью. (Помните, что это была адаптация 3,0-литрового большого седана «шестерки от Мерседеса», а не высокооборотный гоночный скример.)

Если вы хотите воспользоваться эффектом наддува в более широком диапазоне оборотов двигателя, в идеале вам потребуются впускные каналы разной длины. В пятидесятых годах Mercedes получил патент на систему впускного коллектора переменной длины, а в майском выпуске журнала Road & Track за 1966 год мы подробно описали ряд экспериментальных систем впуска переменной длины. Однако только в восьмидесятые годы автопроизводители начали использовать впускные коллекторы переменной длины.

Отличным ранним примером является Porsche 928 S4. При частоте вращения ниже 3500 об/мин 5,0-литровый двигатель V-8 питался через более длинный впускной тракт. При скорости выше 3500 об/мин — и в зависимости от положения дроссельной заслонки — открывается дроссельная заслонка с вакуумным приводом, и двигатель дышит через более короткий тракт. Это дало 928 S4 крутящий момент не менее 300 Нм в диапазоне от 2700 до 4500 об/мин. Porsche сделал нечто подобное с 911-м 964-го поколения, хотя вместо использования направляющих разной длины они использовали трубы разного диаметра, соединяющие камеры над каждым рядом цилиндров. Эти трубы создавали разные резонансы, которые помогали увеличивать мощность в разных точках диапазона мощности.

В одной из последних версий оппозитного шестицилиндрового двигателя с воздушным охлаждением 911 Carrera 1996 года получила новую систему впуска под названием Varioram, которая сочетала в себе резонансную систему Porsche с трубами разной длины. Это дало двигателю три различных режима впуска. Ниже 5000 об/мин двигатель дышит через более длинные трубы; Выше 5000 об/мин двигатель переходит на более короткие трубы и открывается клапан для заполнения резонансной системы; При частоте вращения выше 5800 об/мин резонансная система открывается, чтобы подавать в цилиндры еще больше воздуха. Как отметил Поль Фрер в своей тотемной истории Porsche 911, Varioram обеспечивал значительное увеличение крутящего момента в среднем диапазоне, но система была сложной. Porsche отказалась от Varioram и перешла на оппозитные шестицилиндровые двигатели с водяным охлаждением. В оппозитных шестицилиндровых двигателях M96 и M97, которые появились в моделях 911 поколений 996 и 997, а также в Boxster/Cayman поколений 986 и 987, использовалась резонансная система впуска всего с двумя трубами разной длины, которые соединяли две камеры сгорания.