Механический нагнетатель или Supercharger. Компрессор механический


Как установить механический нагнетатель на "Ладу"?

Нагнетатель— компрессор, который увеличивает мощность двигателя, посредством сжатия соединения воздуха с топливом, попадающего в камеры двигателя внутреннего сгорания. Особенно нагнетатели востребованы в гоночных автомобилях и авиационных двигателях.

Знаете ли вы? Первый нагнетатель сконструировал немец Готтлиб Даймлер. В 1885 году он был установлен на автомобиль.

Компрессор или турбина

Чтобы установить что лучше, нужно разобраться в характеристиках обоих устройств.

Поскольку нагнетатель появился в жизни автомобилей раньше турбин его можно считать классикой компрессоров. Его работа, грубо говоря, заключается в том, чтобы окислять кислород, способствуя сжиганию большего количества топлива.

Конструкция этих механизмов довольно прочна и может прослужить до конца срока службы автомобиля. Нагнетатели не требуют смазки двигателя и большой температуры для работы. Компрессор будет работать и на невысоких оборотах и покажет хороший результат при разгоне, но при этом расходует большое количество топлива.

Установить приводной компрессор на машину ВАЗ, например, не сложно самому. Он не занимает много места и располагается рядом с двигателем. Если ваша машина работает на бензине, вам не нужны проблемы с обслуживанием, и вы любите скорость – нагнетатель это ваше.

Цель работы турбины и нагнетателя одна, но устройство разное. Тюнинговать турбо таз своими руками проблематично.

Кроме самой турбины, устанавливаемой в двигатель, необходимо подводить провода для смазки. Турбины работают при высоких температурах, поэтому для охлаждения понадобится дополнительный охладитель. Положительным моментом является более высокая мощность мотора и меньший расход топлива. Так, что если вы обладатель дизеля, то турбина однозначно ваш вариант.

Важно! Турбины требуют частой диагностики. Настройкой агрегата должен заниматься профессионал в специализированной мастерской.

Преимущество использования компрессора

В настоящем времени чаще всего используются центробежные нагнетатели. Основное достоинство нагнетателей - нет провала мощности при переходных периодах на больших оборотах.

Невзирая, на то, что часть силы тратится на работу самого компрессора, мощность двигателя может увеличиться почти вдвое. Компрессоры не требуют вашего внимания достаточно длительный период обслуживания, не потребляют много топлива. Нагнетатели небольшого размера, имеют малый вес и не производят много шума и вибрации.

Помните! Если нагнетатель ставится на ВАЗ с инжекторами, то потребуется изменение прошивки.

Недостатки механических нагнетателей

К недостаткам компрессорного наддува относятся затраты мощности мотора на привод нагнетателя, из-за этого падает КПД двигателя. Кроме того устройство зависит от оборотов коленвала двигателя, его скорости. Интенсивность разгона также невелика, но поддержка скорости выравнивает ситуацию.

Учитывая дополнительную нагрузку, которую создаёт компрессор (суперчарджер, как его ещё называют), автопроизводители совершенствуют и усиливают конструкцию двигателей, что в свою очередь влияет на цену автомобилей. Также многие производители рекомендуют использовать только горючее с высоким октановым числом, а это делает дороже эксплуатацию машины.

И всё же, компрессор по-прежнему вне конкуренции на гоночных авто. Если вы любитель острых ощущений, то можете смело устанавливать суперчарджер на свой автомобиль, будь то ВАЗ 2106, например, или другой автомобиль.

Кит-комплект для двигателя ВАЗ

Кит–комплект представляет собой набор, состоящий из самого компрессора и всех необходимых составляющих для его сборки и установки. Современные Кулибины наловчились собирать наборы из бывших в употреблении компрессоров и прочих комплектующих. Возможно, по цене они более привлекательны, однако скупой платит дважды.

Рассмотрим заводской вариант. Этот кит–комплект компрессор изготовлен и адаптирован под двигатель ВАЗ 2107. Он достаточно прост и любой, кто имеет минимальные понятия в устройстве машины, может самостоятельно установить такую конструкцию. Кроме того на заводскую сборку вы получите гарантию.

Установка компрессора на ВАЗ своими руками

Установка компрессора на ВАЗ 2107 связана с некоторой доработкой двигателя. Кроме нагнетателя понадобятся: силиконовые соединители, патрубки, хомуты, клапан сброса давления, удлинённый ремень привода и набор инструментов.

Кронштейн, на который будет крепиться механизм можно сделать самому с помощью сварочного аппарата. Сначала, закрепите кронштейн и поставьте приводной ремень на его место. Затем присоедините патрубки с помощью силикона. В принципе, работа окончена, осталось, поместить включатель на видном и доступном вам месте.

Если вы решили поставить механический турбонагнетатель на ВАЗ, вам нужно учесть его особенности. Турбокомпрессор работает при большой скорости и на высоких оборотах. В связи с этим он требует осторожности и тщательного ухода. Частицы пыли или грязи, попавшие в компрессор, могут привести его к быстрому износу.

Интересный факт! Первый винтовой нагнетатель был запатентован Альфредомом Лисхольном в 1936 году.

Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.

Была ли эта статья полезна?Да Нет

auto.today

News RusAutoNet » Механический нагнетатель

Механический нагнетатель Механический нагнетательМеханический нагнетатель

Известно, что работа ДВС (двигателя внутреннегосгорания) осуществляется благодаря тому, что топливо взаимодействует с нужнымколичеством кислорода, который играет роль окислителя. Данная «стратегия»позволяет достичь максимальной мощности, которая обеспечивается не толькополным, но и эффективным сгоранием горючего. В итоге, можно сделать короткий,но вполне ясный вывод: чем больше сгорит топлива, тем выше будет мощность.Следует заметить, что объём кислорода в воздухе всего лишь 21% (еслиокруглить), при пересчёте на массу – 23%, при этом параметры могут меняться взависимости от показателей давления и температуры окружающей среды. Длянормального функционирования ДВС пропорции смеси должны быть примерно 1:14,7(топливо-воздух). Допустим, что к стандартному давлению, равному в однуатмосферу, прибавилась ещё одна атмосфера, что удвоило значение, и количествокислорода, которое поступает в цилиндры. В таком случае, мощность двигателявнутреннего сгорания увеличивается в два раза. Таким образом, двигатель собъемом в 1,5 литра может быть эквивалентен примерно трёхлитровому мотору, приусловии, что давление в системе наддува будет больше одной атмосферы.Разумеется, здесь приведён всего лишь пример, не совсем точный. Однако, сутьидеи именно такова, и указанный прирост не является пределом.

Любопытно, что повысить мощность моторов можнодругим путём, увеличив объём двигателей. Наличие большого объёма цилиндраобеспечивает больше топливовоздушной смеси, что приводит к повышению мощности.Указанный вариант является излюбленной «стратегией» американскихпроизводителей. Таким образом, можно получить огромные двигатели с большимобъёмом и с высоким потреблением топлива, но с превосходным крутящим моментом.Более компактные, маленькие и экономичные двигатели производят, как правило, вЯпонии и Европе. Тем не менее, мощные автомобили также востребованы и в этихстрана. Возможно, именно по указанной причине производители занялисьразработкой нагнетателей.

Немного истории

В разработке автомобильныхдвигателей с наддувом первопроходцами и пионерами были такие компании, как «AlfaRomeo», «Sunbeam», «Fiat» и «Mercedes-Daimler». Следует заметить, что послеизобретения двигателя внутреннего сгорания вскоре была предложена идея опринудительном нагнетании воздуха в цилиндры. Таким образом, первый патент нанагнетатель воздуха получает немецкий предприниматель Готтлиб Даймлер ещё в1885 году. В те времена «схема» нагнетателя выглядела примерно так – внешнийнасос или вентилятор нагнетает воздух в двигатель. Спустя семь лет, то есть в1902 году Луис Рено получает патент во Франции на проект центробежногонагнетателя. Интересно, что с таким нагнетателем было выпущено определённоеколичество автомашин, однако, после все работы в указанном направлении былиприостановлены.

Интересно, что ещё в 1859 годубратья Рутс спроектировали и разработали объёмный нагнетатель – компрессорытипа «roots», которые представлены в виде роторно-шестерёнчатых устройств.Сегодня указанные нагнетатели называют компрессорами типа «roots». Правда, наавтомобилях нагнетатели указанного типа появились лишь в начале прошлогостолетия, примерно в 1920-ых годах, и только благодаря корпорации «Mercedes».Швейцарский изобретатель, известный как Альфред Бюхи, спроектировал изапатентовал турбонагнетатель, который работал на энергии выхлопных газов, ещёв 1905 году. В 1936 году был разработан винтовой компрессор, патент на которыйполучил главный инженер \»Svenska Rotor Maskiner AB» (SRM) – Альф Лисхольм.

Можно заметить, что в прошломстолетий, как и в конце позапрошлого века, нагнетатели воздуха были менее«популярны», чем в настоящее время. Впрочем, в сегодня данные устройства довольнораспространены и классифицируются на две большие группы: механические и турбо.К первой группе относятся устройства с приводом от коленвала, а ко второй – сприводом от выхлопной трубы. Несмотря на некоторые противоречия, будторазделение является условным, последняя группа всё же довольно обособленнаяветвь. Что ж, никакие суждения и споры не помешают рассмотреть более детальновсе варианты нагнетателей.

Центробежный нагнетатель

Нагнетатели данного типа получили наибольшуюпопулярность среди любителей тюнинга. По конструкции центробежные нагнетателиблизки к системе турбонаддува, так как имеют практически одинаковый принципдействия. Различие заключается в основном в системе привода. Таким образом,принцип действия заключается в следующем.

Механический нагнетательМеханический нагнетательМеханический нагнетатель

Основной деталью нагнетателя является крыльчаткаили рабочее колесо. Крыльчатка имеет достаточно сложную конструкциюконусообразной формы. Наиболее важную роль играют лопатки данной детали. Нужносказать, что именно от качества производства и конструкции лопаток зависит,насколько эффективным будет действие нагнетателя. Таким образом, поток воздуха,проходя по равномерно сужающемуся каналу нагнетателя, попадает непосредственнона лопасти крыльчатки, расположенные радиально. Далее лопасти закручивают потоки отбрасывают за счет центробежной силы к периферической части кожуха, вкотором располагается диффузор. В свою очередь, диффузор также может иметьлопатки, нередко с возможностью регулирования угла атаки, чтобы снизитьвозможные потери давления. После чего поток воздуха выталкивается ввоздухосборник, который в большинстве случаев имеет форму улитки, благодарячему удается создать нужное давление воздуха на выходе. Так, в кольцах улиткипоток вначале имеет высокую скорость, однако, давление остается невысоким. Помере расширения колец улитки, скорость воздуха начинает снижаться, а давлениеувеличиваться, до уровня необходимого для накачки цилиндров.

Но в самой конструкции и принципе работыцентробежного нагнетателя имеется существенный недостаток, который заключаетсяв том, что для создания необходимого давления крыльчатка должна вращатьсякрайне быстро. Если быть точнее, то давление производимое нагнетателемпропорционально квадрату скорости, с которой должна вращаться крыльчатка. Такимобразом, скорость может достигать 40 тысяч оборотов/минуту и выше, а в случаевысоконапорных нагнетателей дизельных двигателей, скорость может достигать200000 об/мин. Учитывая, что привод нагнетателя осуществляетсянепосредственно от коленвала, за счет ременной передачи, то следует ожидатьвысокий уровень шума при работе устройства. Проблема износа ресурса и шумарешается за счет дополнительного мультипликатора.

Необходимо упомянуть о довольноконструктивном предложении компании «Powerdyne», которое заключается в том, чтов корпусе нагнетателя имеется дополнительная ременная передача повышающаяскорость вращения крыльчатки. В итоге, удалось добиться повышения пробега до 80000 километров,снижение передаточное число основной и внешней ременной передачи, что в своюочередь привело к снижению нагрузки.

Естественно, что высокаяскорость вращения требует высокого качества и точности изготовления деталейнагнетателя. Также, к отрицательным качествам можно отнести и задержкусрабатывания устройства. Не стоит забывать, что нагнетатели данного типаэффективны на достаточно высоких оборотах мотора, так как поначалу давление всистеме возрастает незначительно. Максимальных значений давление достигаеттолько на высоких оборотах. В итоге, центробежные нагнетатели эффективны именнов тех случаях, когда играет роль не интенсивность разгона, а поддержаниепостоянно высокой скорости.

Популярности центробежныхнагнетателей способствовала невысокая цена и простота установки. Стоитотметить, наиболее известные компании производящие нагнетатели данного типа – Vortech,RK Sport, ATI ProCharger, Powerdyne Automotive и Paxton Automotive.

ROOTS нагнетатель

Нагнетатели данного типа относятся к классуобъемных компрессоров. Конструкция нагнетателей достаточно проста, в корпусе,имеющем овальную форму, располагаются два ротора, вращающиеся в противоположныестороны. Оба ротора располагаются на осях, которые связываются одинаковыми поразмеру шестернями. Между корпусом и роторами имеется небольшой зазор. Основнойособенностью конструкции является то, что воздух сжимается снаружи, а не внутрикомпрессора, в самом трубопроводе.

Минус подобного метода заключается в том, чтоэффективность работы компрессора возможно только при определенном уровненаддува. Так, с ростом давления в трубопроводе наблюдается утечка воздуха, чтоприводит к снижению КПД. Чтобы увеличить давление воздуха используют наддувы с2 и более ступенями, что приводит к повышению давления в 2-3 раза. Однако,подобные конструкции имеют достаточно большие габариты.

Также, к недостаткам относится тот факт, что внагнетателе возникает турбулентность, которая способствует росту температурывоздуха. Чтобы избежать перегрева воздушного потока, нагнетатели данного типаоснащаются интеркулером, который охлаждает воздух. Нужно заметить, что уровеньшума подобных компрессоров значительно ниже, чем у центробежных нагнетателей,однако, у рутс-компрессоров отмечается пульсация давления. Чтобы снизить шум ипульсацию начали применять в компрессорах трехзубчатые роторы, имеющиеспиральную форму, а выпускное окно делают треугольной формы.

Однако, благодаря тому, что эффективностькомпрессоров данного типа отмечается уже на малых оборотах, рутс-компрессоры сталивсё чаще применяться в тех случаях, когда необходим динамичный разгон. Ещёодним положительным моментом является простота компрессоров. За счет того, чтов конструкции используется небольшое количество вращающихся, трущихся идвижущихся деталей, компрессоры данного типа по праву считаются самымидолговечными и надежными. К сожалению, рутс-нагнетатели достаточно сложны впроизводстве и установке, к тому же весьма дорого стоят, данные факторы в

Винтовые компрессоры или объемные нагнетателитипа Лисхольм

Объёмные нагнетатели воздуха типа Лисхольм иливинтовые компрессоры были названы в честь Альфа Лисхольма, который разработалданное устройство. В принципе, данные нагнетатели немного похожи на компрессорытипа «roots»с роторами спиральной формы. Но больше всего, конструкция винтовых нагнетателейнапоминает мясорубку, правда, с небольшой разницей, которая заключается в том,что шнеков два, вместо одного. Указанные шнеки сцеплены особым образом, так чтоработают как взаимодополняющие элементы. Таким образом, два ротора захватываютвоздух, который поступает, и двигаются на встречу друг другу, точнее, начинаютвстречное вращение. В итоге, захваченная порция воздуха проталкивается вперёд,словно мясо в мясорубке. Следует заметить, что между роторами зазорычрезвычайно маленькие – это предупреждает потери и обеспечивает достаточновысокую эффективность. Винтовые компрессоры отличаются от объёмныхроторно-шестерёнчатых устройств наличием внутреннего сжатия, что обеспечиваетданным нагнетателям высокую эффективность практически по всей шкале оборотовмотора. Впрочем, для того чтобы достичь существенных значений давления,возможно, потребуется охлаждение корпуса нагнетателя. Однако, при стандартных,то есть, небольших давлениях наддува, может быть, воздух согреется не таксильно, как в компрессорах типа «roots

Механический нагнетательМеханический нагнетательМеханический нагнетатель

Другим положительными сторонами данных устройствявляются компактность, надёжность и высокая эффективность. Следует заметить,что данные нагнетатели работают практически «шёпотом», конечно, при правильномиспользовании и установке. Впрочем, именно здесь и скрывается единственный«минус» этих компрессоров. К сожалению, эти нагнетатели довольно сложные,произвести их трудно, а потому компрессоры указанного типа дорого стоят. Именнопо этой причине такие нагнетатели практически не используются в массовомпроизводстве автомобилей. Впрочем, производством столь прогрессивныхнагнетателей занимается не так много компаний. К серьёзным производителям такихкомпрессоров можно отнести «Whipple Superchargers» и «Comptech Sport». Хотятакие нагнетатели также производят западные ателье «AMG» и «Kleemann»,любопытно, что существуют и отечественные производители.

Шиберные или лопастные нагнетатели

Следует упомянуть о лопастных или шиберныхнагнетателях воздуха, которые, возможно, оказались забытыми незаслуженно.Данные устройства являются довольно простыми как по принципу действия, так и поконструкции машинами. Указанное устройство было представлено в видецилиндрического корпуса с двумя отверстиями, которые могут быть растянуты навсю длину находиться на одной стороне корпуса, но необязательно строгопротивоположно. Внутри цилиндра расположен ротор, диаметр которого составляеттри четверти относительно внутреннего диаметра нагнетателя. Следует заметить,что ротор смещён к одной из сторон, находится приблизительно посрединеотверстий. В самом роторе имеется несколько канавок, в которых находятсялопатки (шиберы). Во время вращения ротора, благодаря эксцентриситету илопаткам, которые выдвигаются за счёт центробежной силы, сначала воздухвсасывается в одну из долей, образующихся соседними шиберами, а после воздухсжимается до подхода к выпускному отверстию.

Механический нагнетательКачественно изготовленные шиберные нагнетателимогли образовать довольно большое давление, и потому считаются забытыминезаслуженно. По сравнению с компрессорами типа ROOTS шиберные нагнетателиобладали более высоким коэффициентом полезного действия, гораздо меньшепропускали воздуха, были менее шумными и практически не нагревали воздух. Самоеинтересное, что шиберные нагнетатели снижали мощность двигателя сравнительноменьше. Кроме того, лопастной нагнетатель, при правильном использовании, можетбыть более производительным (на 50%), разумеется, на фоне указанныхкомпрессоров ROOTS.К сожалению, из-за конструкции «ахиллесовой пятой» шиберных нагнетателейсчитаются фрикционные нагрузки между корпусом и шиберами. По мере изнашиваниякоэффициент полезного действия существенно снижался по причине увеличенияутечек воздуха. Именно поэтому шиберные компрессоры производили довольнобольшими, но с низким оборотом. Тем не менее, довольно странно, что шиберныенагнетатели были забыты, возможно, потому что в те времена эта проблемаказалась непреодолимой.

Прочие типы

Около сорока лет назад, примернов 1980-ых годах западная компания «Volkswagen» проводила эксперименты соспиральными нагнетателями, которые могут показаться довольно необычными. Внекоторых кругах указанные нагнетатели больше известны под названием «G-Lader».Однако, в настоящее время компания «Volkswagen» свернула исследование. Тем неменее, до сих пор можно встретить автомашины «Corrrado», «Passat» и «Golf» именнос указанными необычными нагнетателями. Более того, ряд компании, особенно немецких,занимаются производством таких нагнетателей. Сегодня самым распространённымвариантом вполне обычных воздушных компрессоров являются поршневые нагнетатели,которые довольно активно использовались на судовых двигателях, однако вавтомобилях так и не прижились.

Довольно интересным можетпоказаться метод нагнетания воздуха подпоршневым насосом. В данном случае, собственнонагнетателем воздуха является поршень, который при движении к нижней мёртвойточке (НМТ) выталкивает воздух, находящийся под ним. Любопытным является тотфакт, что знаменитый роторный мотор Ванкеля изначально был разработан какнагнетатель. К слову, замечательный двигатель с успехом использовался вкачестве нагнетателя, правда, только некоторое время. Следует заметить, чтотакже существуют и осевые компрессоры, которые так и называются. Здесь воздухдвижется в осевом направлении.

В настоящее время порой можновстретить электрические нагнетатели, которые построены по указанному принципу.Один или несколько параллельных, либо последовательных вентиляторов с небольшиммоторчиком, которые устанавливаются в воздушном тракте, двигают воздух вдольсебя назад, либо в фильтр, либо после фильтра во впускной коллектор. Известно,что некоторые производители данных устройств утверждают, что при этом мощностьвозрастает на 20 лошадиных сил и выше. Спорить в этим сложно, но если данныеустройства смогут преодолеть хотя бы сопротивление всех фильтрующих элементов,в принципе, уже неплохо.

Другим, довольно интереснымрешением является система резонансного наддува. Следует заметить, что данныйметод нагнетания воздуха не является искусственным. Простая идея основана натом, чтобы обеспечить избыточное давление непосредственно перед впускнымклапаном, как раз в момент его открытия. Данная схема обеспечивает лучшеенаполнение цилиндров. Таким образом, необходимо вовремя «оседлать» волнусжатия, впрочем, при работе двигателя именно так действует воздух, находящийсяво впускном коллекторе. Здесь картину можно представить как череду приливов иотливов. Амплитуда указанных колебаний меняется с изменением оборотов. Вконечном результате, необходимо менять именно длину впускного коллектора, длятого, чтобы поймать нужную волну. Изначально, схема может показатьсяпримитивной, как и суть идеи, впрочем, реализация может быть довольно сложной.Ведь всё выглядит примерно так – несколько воздуховодов разных размеров (длины)и клапаны, которые открываются в тот или другой канал. Тем не менее, сегодняданная схема вполне воплотилась в устройствах впускного коллектора, таксказать, переменной длины. К примеру, компания знаменитая BMW используетсяустройство, обеспечивающее именно изменение длины впускного тракта. Конечно,данный вариант не является полноценной заменой нагнетателю, однако, в этомопределённо есть «плюс». Ведь в таком случае, двигатель практически не тратитэнергию на замечательный «нагнетатель».

Что ж в итоге

Подавляющее большинство людей считает, чтоиспользование нагнетателей негативно отражается на ресурсе мотора. В принципе,данное мнение является и правильным, и неправильным. Необходимо заметить, чтосамой выгодной позицией является «золотая середина», то есть важно соблюдать вовсём меру. Следует заметить, что повышенные обороты могут спровоцироватьполомку двигателя. Таким образом, использование нагнетателя, который повышаеткрутящий момент на средних и низких оборотах, возможно наоборот, положительноотразиться на ресурсе мотора. Однако, при желании получить действительновысокую мощность, рекомендуется заменить большинство штатных деталей на более прочныеи выносливые варианты. К примеру, вполне уместно использование кованых поршнейи шатунов. Тем более, с учётом серьёзных тепловых нагрузок в камере сгорания,которые проявляются именно у наддувных двигателей.

Не следует забывать, что при использованиинагнетателей температура может оказать фундаментальное воздействие. Ведь,законы физики никто не отменял. В конечном результате, сжатие воздухасопровождается повышением температуры. Конечно, в некоторых компрессорахуказанное повышение не является существенным. Однако, воздух следует охлаждатьв любом случае для повышения воздушного заряда и уменьшения потери мощности (засчёт уменьшения противодавления) на привод нагнетателя.

На фоне всего, более важной является другаяпроблема – детонация, над которой задумываются не все, к сожалению. Дело в том,давление и высокая температура воздуха, который подается в цилиндр, в концетакта сжатия, во время того, как в цилиндре поршень спрессует уже сжатую смесьиз топлива и воздуха, конечная температура и давление могут повыситьсянастолько, что вызовут взрыв, то есть преждевременную детонацию. В концеконцов, такой «поворот» может довольно скоро вывести из строя двигатель (или«убить»). Для предупреждения подобной проблемы рекомендуется использоватьвысокооктановые сорта топлива, впрочем, зачастую этого оказываетсянедостаточно. Также следует знать, что при высоких значениях давлениянеобходимо снижать степень сжатия, то есть нужно производить декомпрессию.Более того, нужно уделить внимание регулированию угла опережения зажигания, чтоявляется немаловажным. При использовании нагнетателей необходимо изменитьнастройку по зажиганию. В данном случае, играет роль даже подбор свечейзажигания, который должен быть правильным. Разумеется, при установке наддуваможет возникнуть масса вопросов, больше чем ответов. В конце концов, установкакомпрессора на обычный серийный мотор может привести к самым неожиданнымрезультатам. Порой, даже производители готовых комплектов не могутпредусмотреть все нюансы. Тем не менее, следует понимать, что установка наддуваизначально требует наличия высокой квалификации инсталляторов, которые нетолько правильно подберут компрессор, но и смогут настроить двигатель. В такомслучае, можно надеяться на положительный результат без негативных последствий.

rusauto.net

Что такое нагнетатель воздуха?

Двигатель внутреннего сгорания – это очень старое изобретение. Однако практически сразу инженеры стали придумывать как бы увеличить коэффициент полезного действия двигателя не слишком вмешиваясь в его устройство. На этом моменте и был изобретен нагнетатель воздуха. Принцип работы двигателя основан на том, что при впуске в цилиндры двигателя поступает смесь топлива и кислорода, которая сгорает, образуя расширяющиеся газы. Однако для качественного и эффективного сгорания топлива необходимо определенное количество кислорода. Со временем было рассчитано, что оптимальным соотношением кислорода и топлива является соотношение 1:14,7. Нагнетатель воздуха позволяет увеличить мощность двигателя в два раза.

Автомобильные нагнетатели

Автомобильные нагнетатели

То есть, говоря простым русским языком, если к давлению в одну атмосферу добавить еще одну атмосферу, то выйдет в два раз больше поступающего в цилиндры кислорода. К примеру, обычный двигатель 1.5 литра при давлении компрессора равному немного более атмосферы повысит мощность до уровня 3-х литрового двигателя без компрессора. И это ни разу не конечная остановка: можно расточить картер и головку блока цилиндров до большего объема, что означает больше поступающего кислорода и еще больше мощности. Однако обычно нагнетателя ставят на малообъемные двигатели, чтобы увеличить мощность на маленьком двигателе. Основными типами нагнетателей являются:

  • Центробежные
  • Roots
  • Винтовые

Далее предложен разбор каждого конкретного типа.

Немного исторических сведений

Использовать нагнетатель воздуха в своих разработках первыминачали;Alfa Romeo Mercedes и Fiat.Вообще же идея применять механический компрессор была придумана и разработана практически сразу же после изобретения самого ДВС уже в 1885 г ученый Готтлиб Даймлер оформил патент на свой нагнетатель воздуха. Внешне его идея немного отличалась от нашего понимая сути нагнетателей: он предлагал, что некий насос или специальный вентилятор будет нагнетать в двигатель большую нежели, обычно порцию кислорода. Вскоре, всего через 7 лет, в 1902 году Луис Рено получил свой патент на конструкцию центробежного нагнетателя. Рено даже сделали выпуск малой серией автомобиля с нагнетателем, однако в дальнейшем проект забросили. Альфред Бюхи так же в 1905 году придумал свой турбонагнетатель, который работал с использованием выхлопных газов. Известные roots носят фамилию своих изобретателей изобрели их еще аж 1859 году братья Рутс. Из себя рутс представляют роторно-шестерёнчатые компрессоры. Винтовой компрессор был изобретен значительно позже, в 1936 году, патент принадлежит Альфу Лисхольму, главному инженеру SRM. У всех этих устройств есть один общий момент, в свое время, а это почти 100 лет назад, они не получили должного распространения ввиду заторможенности общего технического процесса. Зато ныне компрессор – это важная составляющая современного автомобиля.

Центробежный нагнетатель

Центробежный механический компрессор сейчас имеет широчайшее распространение среди любителей тюнинговать свои авто. Конструкционно центробежный нагнетатель воздуха наиболее близок к турбо наддуву, так как принципы их конструкции очень близки. Основной принцип работы заключается в следующем. Внутри корпуса установлена крыльчатка самая главная деталь компрессора. Говоря в общем крыльчатка представляет собой колесо с лопастями, отдаленно напоминающее корабельный винт. Оттого насколько хорошо и правильно выполнено это колесо зависит то, насколько нагнетатель воздуха будет результативен. В общем, воздух попадает внутрь “улитки” и его захватывают лопасти крыльчатки. Захваченный воздух лопасти закручивают и с помощью центробежной силы отбрасывают его на отдаленные участки корпуса, где есть диффузор, который ловит этот воздух. Диффузор предназначен для восприятия подаваемого крыльчаткой воздух так, чтобы созданное давление не терялось. Далее воздух подается в кольцевидный тоннель, который идет вокруг всего корпуса. Именно из-за этого тоннеля центробежный нагнетатель воздуха и называют улиткой. Подобная конструкция создает условия для увеличения давления воздуха. Суть в том, что воздух, который движется по каналу движется быстро и имеет маленькое давление, а потом конец канала резко расширяется. Благодаря этому скорость воздуха несколько падает, а вот давление значительно увеличивается.

По факту давление, что создает этот компрессор равно скорости крыльчатки, умноженной на саму себя. Скорости могут быть разными, преимущественно от 40 000 об/мин. Сам механизм довольно шумный, так как в действие он приводится ремнем от шкива коленчатого вала автомобиля. Некоторые производители устанавливают в корпусе еще и повышающую передачу, что позволяет сохранить ресурс турбины до 80 000 км и существенно уменьшить шум, что создает компрессор при работе.

Компрессор типа Roots

Нагнетатель воздуха типа рутс – это представитель класса объемных нагнетателей. В плане своего устройства такой механический компрессор очень прост и больше всего напоминает обычный масляный шестеренчатый насос. Корпус имеет овальную форму. Внутри него установлены оси, на которых вращаются в противоположные стороны два ротора. Между роторами и корпусом поддерживается специальный зазор. Этот нагнетатель воздуха отличается от всех остальных тем, что сжатие воздуха происходит не в корпусе, а во внешнем трубопроводе. Из-за этого рутсы часто называют “механический компрессор с внешним сжатием”. За счет вращения роторов воздух захватывается и сквозь маленькие зазоры между корпусом и ротором выдавливается в трубопровод под давлением. Однако хоть такая система и имеет поклонников она же и главный минус. Так как нагнетатель воздуха осуществляет сжатие вне своего корпуса он может это осуществлять только до определённых значений, после которых воздух начинает просачиваться в обратную сторону. Исправить этот момент можно увеличением скорости ротора, но это тоже возможно только в определенных пределах. Механический компрессор типа рутс имеет еще один минус: при просачивании воздуха в трубопровод не под давлением создается турбулентность, благодаря которой воздух нагревается еще больше. Так как температура воздуха и так растет из-за того, что он сжимается, а тут температура еще выше поднимается. Положительными моментами можно назвать заметно меньший шум от работы по сравнению с “улиткой”; и отсутствие характерного им свиста: рутс имеют свою особую тональность. Однако из-за роторного принципа работы наддув сопровождается пульсацией давления. С пульсацией инженерам удалось справиться достаточно быстро – роторам придали спиралевидную форму, а форму входного и выходного отверстия изменили на треугольную. С помощью таких ухищрений удалось добиться равномерной и тихой работы. Еще одним большим плюсом является то, что такой нагнетатель воздуха проявляет свою эффективность уже на малых оборотах коленчатого вала, в отличие от центробежного, что очень положительно влияет на динамику разгона автомобиля.

Винтовой нагнетатель воздуха

Механический компрессор для автомобиля такого типа имеет удивительную схожесть ни с чем иным как с мясорубкой, разница только лишь в том, что шнеков два. По форме и основному принципу винтовые напоминают “рутс”, но имеют основное различие – сжатие воздуха происходит внутри корпуса. Два ротора имеют взаимодополняющие выступы и отверстия, они вращаются всегда в зацеплении, но с небольшим зазором между друг другом. Винты загребают воздух, который сжимается между роторами и подаётся дальше под действием вращательного движения винтов. Потери при таком сжатии чрезвычайно малы, а степень сжатия очень велика. Однако при достижении слишком больших оборотов роторов может возникнуть необходимость внешнего охлаждение корпуса. Зато при стандартных показателях скорости вращения эффект от прироста мощности появляется при любых оборотах коленчатого вала автомобиля. Также плюсами можно назвать компактность конструкции при высокой мощности, долговечность и отсутствие шума при работе. Этот механический компрессор имеет достаточно плюсов, должен иметь и минус винтовые нагнетатели мало распространены из-за своей дороговизны. Производить их очень сложно, поэтому и цена является высокой. Однако некоторые тюнинг ателье устанавливают на автомобили именно винтовой компрессор.

Итоги о нагнетателях

Когда речь зайдёт об установке нагнетателя для автомобиля от очень многих можно услышать, что компрессор существенно уменьшит ресурс двигателя. Это не совсем правда.

Требуется соблюдать меру и понимать, когда компрессор благоприятно влияет на двигатель автомобиля, а когда нет. Слишком высокие обороты могут действительно привести к поломке двигателя, а вот на применение нагнетателя на низких оборотах для повышения крутящего момента наоборот только положительно повлияет на ресурс.

Однако если нагнетатель будет использоваться для получения большой мощности заранее необходимо заменить многие детали на более прочные, чтобы не винить компрессор в поломке двигателя.

Похожие статьи:

autodont.ru

Механический нагнетатель

Механический нагнетательРабота двигателя внутреннего сгорания (ДВС) построена на том, что топливо должно быть замешено с необходимым количеством окислителя, т. е. кислорода. Это обеспечит полное и эффективное сгорание горючей смеси и позволит достичь максимально возможной мощности. Больше сгорит – больше мощность. Кислорода в воздухе по объему всего 21%, а по массе 23% (это на уровне моря, при определенных давлении и температуре). Для нормальной работы двигателя пропорции смеси топливо–воздух принимаются приблизительно 1:14,7. Если прибавить к стандартному давлению в одну атмосферу, к примеру, еще одну, то получим в 2 раза больше воздуха, а значит, и кислорода, поступающего в цилиндры. Стало быть, мы должны получить от мотора в 2 раза больше мощности. Двигатель объемом 1,5 л при давлении наддува чуть более атмосферы практически эквивалентен трехлитровому «атмосфернику». Это, конечно, грубая арифметика, но идея именно такова. И, кстати говоря, такой прирост отнюдь не предел.

Можно пойти по пути увеличения объема моторов. Больше рабочий объем цилиндра – больше топливовоздушной смеси со всеми вытекающими отсюда последствиями. Так делали американские производители. Огромные, высокообъемные моторы с неимоверным потреблением горючего, но впечатляющим крутящим моментом. В Европе, и особенно в Японии, делали маленькие, компактные и экономичные двигатели. Но мощность, тем не менее, была также востребована покупателями автомобилей. Наверное, это была одна из причин, почему именно на старом континенте появились первые разработки нагнетателей.

В качестве первопроходцев, разработавших автомобильные двигатели с наддувом, можно упомянуть такие компании, как Mercedes-Daimler, Fiat, Sunbeam, Alfa Romeo. Сама идея принудительного нагнетания воздуха в цилиндры была предложена вскоре после изобретения самого ДВС. Уже в 1885 г. Готтлиб Даймлер получил немецкий патент на нагнетатель. Идея заключалась в том, что некий внешний вентилятор, насос или компрессор нагнетает в двигатель увеличенный заряд воздуха. В 1902 г. во Франции Луис Рено запатентовал проект центробежного нагнетателя. Было выпущено некоторое количество автомобилей, но затем все работы в данном направлении свернули.

Принцип действия турбонагнетателя, работающего на энергии выхлопных газов, впервые описал и запатентовал швейцарский изобретатель Альфред Бюхи еще в 1905 г., но и здесь технологии того времени притормозили внедрение подобных устройств. Братья Рутс разработали объемный нагнетатель еще в 1859 г. Эти роторно-шестеренчатые компрессоры теперь так и называются – компрессоры типа «roots». На автомобилях устройства подобного типа появились в 20-е годы прошлого века благодаря компании Mercedes. Винтовой компрессор был разработан в 1936 г. Патент получил Альф Лисхолм (Alf Lysholm) – главный инженер SRM (Svenska Rotor Maskiner AB).

Тогдашний уровень развития технологий не способствовал распространению подобных устройств, но сейчас они довольно популярны. Были и другие типы нагнетателей. Со временем они естественным

[spoiler]образом разделились на механические (с приводом от коленвала или другим способом) и турбо (с приводом от выхлопной системы). Последние, хоть и имеют общие корни и назначение, все же довольно обособленная ветвь развития нагнетателей. Далее в этой статье речь пойдет о нескольких основных типах механических нагнетателей.
Центробежный нагнетатель

Центробежный нагнетательПодобные нагнетатели в тюнинге получили в настоящее время наибольшее распространение. По своей конструкции они наиболее близки к турбонаддуву, поскольку имеют одинаковый принцип нагнетания воздуха. Разняться лишь способы привода. Работа осуществляется следующим образом.

Основная деталь центробежного нагнетателя – рабочее колесо, или крыльчатка. Она имеет довольно сложную конусообразную форму. Лопатки крыльчатки играют самую главную роль. От того, насколько правильно они спроектированы и изготовлены, зависит результирующая эффективность всего нагнетателя. Итак, воздух, пройдя по сужающемуся воздушному каналу в нагнетатель, попадает на радиальные лопасти крыльчатки. Лопасти закручивают и отбрасывают его центробежной силой к периферии кожуха, где имеется диффузор. Зачастую диффузор имеет лопатки (порой с регулировкой угла атаки), призванные снизить потери давления. Далее воздух выталкивается в окружной воздушный туннель (воздухосборник), который чаще всего имеет улиткообразную форму (воздухосборник, описывая окружность, постепенно расширяется в диаметре). Такая конструкция создает необходимое давление воздушного потока на выходе из нагнетателя. Дело в том, что внутри кольца воздух поначалу движется быстро, и его давление мало. Однако в конце улитки русло расширяется, скорость воздушного потока понижается, а давление увеличивается. Так создается необходимый подпор для накачки цилиндров «спрессованной атмосферой».

В силу самого принципа работы у центробежного нагнетателя есть один существенный недостаток. Для эффективной работы крыльчатка должна вращаться не просто быстро, а очень быстро. Фактически производимое центробежным компрессором давление пропорционально квадрату скорости крыльчатки. Скорости могут быть 40 тысяч об/мин и более, а для высоконапорных компрессоров дизелей они приближаются к цифре 200 тыс. об/мин. И поскольку привод осуществляется от коленвала посредством ременной передачи на шкив турбины, шум от такого устройства довольно сильный. Хотя многим именно этот характерный свист греет душу. Появились даже обманки, имитирующие звучание работающей турбины. Проблема шумности и ресурса элементов привода частично снимается введением дополнительного мультипликатора.

Здесь стоит упомянуть интересное решение компании Powerdyne. Внутри единого корпуса нагнетателя располагается дополнительная повышающая ременная передача. Она не требует обслуживания, смазки и рассчитана на пробег более 80 тыс. км. Это позволяет уменьшить передаточное число внешней, основной ременной передачи, чем снизить ее рабочие нагрузки.

Высокие рабочие обороты накладывают особые требования на качество используемых материалов и точность изготовления (учитывая огромные нагрузки от центробежных сил). К минусам самого принципа нагнетания можно также отнести некоторую задержку в срабатывании, хотя нужно отметить, что эта задержка не столь заметна, как у турбонагнетателей. И еще одно замечание. Как правило, центробежный нагнетатель дает прибавку на довольно высоких оборотах двигателя. Сначала давление нарастает медленно, но затем, с увеличением оборотов, довольно резко возрастает. Эта особенность делает центробежные нагнетатели наиболее пригодными для тех случаев, когда более важно поддержание высоких скоростей, а не интенсивность разгона.

Как было отмечено выше, центробежные нагнетатели очень популярны. Сравнительно низкая цена и, самое главное, простота установки способствовали тому, что компрессоры этого типа почти вытеснили другие, более дорогие и сложные типы. Особенно в сфере тюнинга. В настоящее время центробежные нагнетатели производятся рядом компаний. Вот лишь самые известные из них: Paxton Automotive, Powerdyne Automotive, ATI ProCharger, RK Sport, Vortech. Нагнетатели большинства производителей доступны и у нас, в России.

ROOTS

Компрессоры ROOTSКомпрессоры типа «рутс» относятся к классу объемных нагнетателей. Конструкция их довольно проста и более всего напоминает масляный шестеренчатый насос двигателя. В корпусе овальной формы вращаются в противоположные стороны два ротора, имеющие специальный профиль. Роторы насажены на оси, связанные одинаковыми шестернями. Между самими роторами и корпусом поддерживается небольшой зазор. Основное отличие этого метода нагнетания в том, что воздух сжимается не внутри, а как бы снаружи компрессора, непосредственно в нагнетательном трубопроводе. Именно поэтому их иногда называют компрессорами с внешним сжатием. Воздух как бы зачерпывается кулачками (попадая в пространство между роторами и корпусом) и выжимается в нагнетательный трубопровод.

Главным минусом такого способа нагнетания является то, что, раз процесс сжатия воздуха осуществляется вовне компрессора, его эффективная работа возможна лишь до определенных значений наддува. Как бы точно ни были выполнены детали компрессора, с ростом давления в нагнетательном трубопроводе увеличивается просачивание воздуха назад, и его КПД ощутимо снижается. Увеличивая скорость вращения роторов, можно несколько снизить утечки воздуха, но это возможно лишь до определенных пределов. Далее мощность, затрачиваемая на вращение самого нагнетателя, может превысить добавочную мощность двигателя. Чтобы повысить давление наддува, применялись конструкции с двумя и более ступенями. Они позволяли поднять итоговые значения давления в 2, 3 раза и больше. Но в силу того, что эти компрессоры теряли одно из своих главных преимуществ – компактность, такие многоярусные конструкции не прижились.

Еще один существенный недостаток. В компрессорах подобного типа при выдавливании несжатого воздуха в сжатый в нагнетательном трубопроводе создается турбулентность, способствующая росту температуры воздушного заряда. То есть, наряду с обычным ростом температуры от непосредственно повышения давления, в рутс-компрессорах происходит дополнительный нагрев. В этой связи подобные нагнетатели в обязательном порядке оснащаются интеркулерами (особое устройство для охлаждения воздуха). Шум от работы объемных компрессоров не столь сильный, как у центробежных, и имеет несколько иную тональность. Но, в отличие от последних, работа роторно-шестеренчатых нагнетателей сопровождается пульсациями давления. Происходит это по причине неравномерности подачи воздуха. Для снижения шума и амплитуды пульсаций последнее время наибольшее распространение получили трехзубчатые роторы спиральной формы. Кроме того, для тех же целей впускное и выпускное окно компрессора делают треугольным. Эти конструктивные ухищрения позволяют добиться того, что такие компрессоры работают достаточно тихо и равномерно.

В настоящее время современные технологические возможности вывели подобные компрессоры на очень высокий уровень производительности. Такие автогиганты, как DaimlerChrysler, Ford и General Motors, устанавливают на некоторые свои автомобили механические нагнетатели именно рутс-типа. Тому есть несколько причин. В первую очередь объемные нагнетатели, в отличие от центробежных, эффективны уже на малых и средних оборотах двигателя. Эта особенность рутс-компрессоров сделала их наиболее пригодными для дрегрейсинга, где ценится прежде всего именно динамика разгона.

Другой важный плюс – относительная простота конструкции. Малое количество движущихся частей и малые скорости вращения делают эти нагнетатели одними из самых надежных и долговечных. Однако сложность в изготовлении и установке, а значит, и высокая цена (относительно центробежных) несколько снизили их рыночную популярность. Если не считать перечисленных выше производителей, для вторичного рынка подобные нагнетатели производит несколько компаний. Вот некоторые из них: Jackson Racing, Kenne Bell Superchargers, Magna Charger. Отдельно стоит отметить компанию Eaton Automotive. Именно она является, что называется, локомотивом раскрутки нагнетателей рутс-типа. Кстати, это ее компрессоры и устанавливаются на двигатели Ford и GM. В России такие нагнетатели в силу дороговизны не столь популярны, но, по крайней мере, пара марок представлены и у нас.

Винтовые компрессоры или объемные нагнетатели типа Лисхольм

По имени отца-основателя эти компрессоры иногда называют объемными нагнетателями типа Лисхольм. Они несколько напоминают рутс-компрессоры с роторами спиральной формы, но более всего эта конструкция похожа на мясорубку. С одним лишь отличием: шнек не один, их два, и они особым образом входят в зацепление, имея взаимодополняющие профили. Два ротора («папа» и «мама»), захватывая поступающий воздух, начинают взаимное встречное вращение. Порция воздуха проталкивается вперед, как мясо вдоль шнека мясорубки. Роторы имеют между собой чрезвычайно малые зазоры. Это обеспечивает высокую эффективность и довольно малые потери. Основное отличие винтового компрессора от объемных роторно-шестеренчатых нагнетателей – наличие внутреннего сжатия. Это обеспечивает им высокую эффективность нагнетания практически на всей шкале оборотов двигателя. Для достижения больших значений давления может потребоваться охлаждение корпуса компрессора. Зато при стандартных, не экстремально больших давлениях наддува воздух нагревается не столь сильно, как в рутс-компрессорах.

Еще плюсы: высокая эффективность, надежность и компактная конструкция. Кроме того, винтовые компрессоры довольно тихие. Работают они почти «шепотом» (разумеется, при правильном, точном проектировании и изготовлении). Вот тут-то и кроется, возможно, единственный их минус. Дело в том, что такие компрессоры довольно сложны в производстве и, как следствие, дороги. По этой причине они практически не встречаются в массовом автомобильном производстве. По той же причине и компаний, производящих эти прогрессивные нагнетатели, не так много. Мне удалось найти из серьезных производителей лишь два бренда: Comptech Sport и Whipple Superchargers. Подобные устройства выпускают также некоторые западные тюнинговые ателье – например, Kleemann, AMG. Самое интересное то, что такие совсем недешевые нагнетатели можно найти и у нас.

Шиберные или лопастные нагнетатели

Я просто обязан упомянуть, на мой взгляд, незаслуженно забытые шиберные, или лопастные, нагнетатели. Это были довольно простые по конструкции и принципу действия машины. Представьте себе цилиндрический корпус с двумя отверстиями, как правило, растянутыми во всю длину цилиндра и находящимися на одной его стороне, т. е. не строго друг против друга. Внутри корпуса находится ротор диаметром примерно в три четверти от внутреннего диаметра корпуса. Ротор смещен к одной из сторон корпуса, примерно посредине отверстий. В роторе несколько продольных канавок, в которых находятся шиберы (лопатки). При вращении ротора благодаря заложенному конструкцией эксцентриситету и шиберам, выдвигающимся за счет центробежных сил, воздух сперва всасывается в одну из долей, образованных парой соседних лопаток, а затем сжимается до момента подхода к выпускному отверстию.

Будучи качественно изготовленными, такие компрессоры нагнетали довольно большое давление. В сравнении с рутс-компрессорами они обладали более высоким КПД, меньше пропускали воздуха, практически не нагревали его и были менее шумными. Да и мощности двигателя они отнимали меньше. Более того, при правильном конструктиве шиберный нагнетатель может быть практически на 50% более производительным, нежели рутс-компрессор. В силу своей конструкции самой большой проблемой шиберных машин были высокие фрикционные нагрузки между шиберами и корпусом. По мере износа КПД компрессора заметно падал из-за увеличения протечек воздуха. В связи с этой проблемой шиберные компрессоры делали низкооборотистыми, но довольно габаритными. Странно, но на то время это стало практически непреодолимой проблемой, и шиберные компрессоры были забыты. Правда, мне удалось найти патенты на ряд конструктивных решений, которые могут возродить шиберные насосы, и, если это произойдет, они по сумме характеристик способны не просто потеснить, но и практически монополизировать рынок компрессоров. Автомобильных в том числе.

Прочие типы

В 80-х годах прошлого столетия компания Volkswagen экспериментировала с довольно необычными спиральными нагнетателями. В автомобильном применении они более известны как G-Lader. Сейчас это направление компанией VW свернуто. Однако еще можно встретить автомобили Golf, Passat и Corrado с такими нагнетающими устройствами, и, кроме того, ряд фирм (преимущественно немецких) продолжают производить такие компрессоры. Поршневые нагнетатели, самая распространенная схема обычных воздушных компрессоров в настоящее время, в автомобилях не прижились совсем. А вот на судовых моторах они использовались достаточно широко.

Интересен метод нагнетания подпоршневым насосом. Здесь в качестве нагнетателя используется сам поршень, который при движении к НМТ (нижняя мертвая точка) выталкивает находящийся под ним воздух. Интересен тот факт, что изначально знаменитый роторный двигатель Ванкеля был спроектирован как нагнетатель. И, между прочим, некоторое время с успехом использовался в данном качестве. Существуют и так называемые осевые компрессоры. Движение воздуха в них осуществляется в осевом направлении.

Сейчас можно встретить электрические «воздуходувки», построенные по этому принципу. Один или пара последовательных либо параллельных вентиляторов с моторчиком, будучи установленными в воздушном тракте, проталкивают воздух вдоль себя назад, в фильтр или уже после него во впускной коллектор. Некоторые производители подобных изделий заявляют о 20 л. с. и более прибавки мощности. Не буду утверждать обратного, но, если эти устройства преодолевают хотя бы сопротивление фильтрующих элементов, эффект уже неплохой.

Другое интересное решение, которое фактически не является искусственным методом нагнетания воздуха, – система резонансного наддува. Идея основана на том факте, что для лучшего наполнения цилиндров необходимо обеспечить избыточное давление перед впускным клапаном непосредственно в момент его открытия. А стало быть, нужно просто «оседлать» волну сжатия, а именно так ведет себя воздух во впускном коллекторе при работе двигателя: чередование приливов и отливов. С изменением оборотов амплитуда этих колебаний меняется. И для того, чтобы «поймать» волну, нужно менять длину впускного коллектора. Поначалу пошли по довольно примитивному по смыслу, но довольно сложному по воплощению пути: несколько воздуховодов разной длины и клапана, открывающие тот или иной канал. В настоящее время эта идея нашла свое логическое воплощение в устройствах впускного коллектора переменной длины. Например, компания BMW применяет устройство, которое обеспечивает изменение длины впускного тракта. Разумеется, это не полноценная замена наддуву, но определенная выгода от этого есть. И энергии мотора на такой «нагнетатель» практически не тратится.

Выводы

Многие считают, что использование нагнетателей может негативно сказаться на ресурсе двигателя. Это и так, и не так. Во всем нужна мера. Начать с того, что, как правило, поломку мотора вызывают повышенные обороты. Стало быть, использование нагнетателя, повышающего крутящий момент на низких и средних оборотах, может, наоборот, благоприятно сказаться на ресурсе двигателя. С другой стороны, если добиваться действительно большого роста мощности, многие штатные детали придется заменить на более прочные. Так, например, кованые поршни и шатуны будут совсем нелишними. В особенности, учитывая более серьезные тепловые нагрузки в камере сгорания, проявляющиеся у наддувных моторов.

При использовании нагнетателей температура оказывает и вполне фундаментальное воздействие. Физику не обманешь. Так уж выходит, что сжатие воздуха всегда сопряжено с повышением его температуры. В некоторых компрессорах это повышение не столь существенно, но в любом случае для увеличения воздушного заряда и снижения потери мощности на привод нагнетателя (за счет снижения противодавления) воздух необходимо охлаждать.

Но еще более важна другая проблема, о которой мало кто задумывается, – детонация. Дело в том, что высокая температура и давление подаваемого в цилиндры воздуха может привести к тому, что в конце такта сжатия, когда поршень спрессует в цилиндре и так уже сжатую топливо-воздушную смесь, ее температура и давление могут оказаться настолько высокими, что это вызовет преждевременную ее детонацию, т. е. взрыв. Дабы избежать подобных проблем (а детонация может «убить» мотор довольно быстро), можно перейти на более высокооктановые сорта топлива, но чаще всего этого оказывается мало. При достаточно больших значениях давления приходится производить декомпрессию, т. е. снижать степень сжатия. Кроме того, следует внимательно подойти к регулировке угла опережения зажигания. При использовании нагнетателей рекомендуется изменить настройку по зажиганию. Правильный подбор свечей зажигания также немаловажен. На самом деле при установке наддува вопросов возникает куда больше. Установка компрессора на серийный двигатель может привести к различным результатам. И даже готовые комплекты от известных фирм не могут предусмотреть всех нюансов вашего автомобиля. В любом случае установка наддува требует высокого профессионализма инсталляторов, которые могут правильно подобрать компрессор и грамотно настроить двигатель. Тогда есть уверенность в том, что результат не приведет к нежелательным последствиям.

[/spoiler]

avto.win7ka.ru

Чем отличается турбина от механического компрессора

Еще будучи на школьной скамье, Вам рассказывали о том, что мощность устройства зависит от его габаритов – чем меньше по размеру механизм, чем меньшую мощность он будет выдавать. Но как же сделать так, чтобы этот принцип работал наоборот? Именно эта проблема долгое время не давала спать инженерам. Выходом из сложившейся ситуации стала установка в двигатель дополнительного устройства – компрессора. Благодаря компрессору в камеру сгорания поступало больше кислорода, от чего росло давление в поршне, а от этого увеличивалась мощность. Так же активно, как и компрессоры, стали использовать турбину, главной целью которой было обогащение горючего. Выходит, что цели у обеих устройств одинаковы, но все же разница между ними есть. Какая же?

Сфера применения и особенности эксплуатации турбины и компрессора

Для того, чтобы ответить на вопрос что же лучше – компрессор или турбина, нужно полностью разобраться в том, как устроены эти два приспособления. С конструкторской точки зрения, турбина является двигателем, который постоянно пребывает в движении за счет того, что энергия пара или жидкости преобразуется в энергию механическую. Выхлопы, которые образуются после сгорания топлива, заставляют колесо турбины вращаться по валу, на противоположном конце которого расположен центробежный насос, нагнетающий еще большое воздуха в цилиндры.

Для охлаждения сжатого турбиной воздуха необходимо использовать еще один радиатор – интеркулер. Турбины сегодня очень активно используются как основной элемент привода самых разнообразных транспортных средств (как наземных, так и воздушных, и морских). К сожалению, турбина является достаточно дорогим удовольствием, к тому же устроена она не самым простым образом, если брать во внимание два аспекта – установку в движок и подвод маслопроводов. Также к недостаткам данного механизма можно отнести и необходимость полной привязки к движку, так как турбина – устройство стационарное. К тому же на низких оборах турбина практически незаметна, результат ее работы можно заметить только на больших оборотах.

Компрессоры бывают разными, от чего могут применяться в разных областях. Прежде всего, компрессор нужен для того, чтобы сжимать и подавать воздух и другие газы под давлением. Главной целью разработки такого устройства было повышение отметки максимальной мощности двигателя за счет нагнетания большего количества воздуха в камеру сгорания. Благодаря этому в цилиндр поступает больший объем топлива, то есть двигатель будет работать с большей мощностью.

Различают компрессоры внешнего и внутреннего сжатия. Устройства первого типа отлично подходят для нагнетания большого объема воздуха на низких оборотах. Минусом такого механизма является тот факт, что подобный компрессор самостоятельно не нагнетает давление, отчего может возникнуть обратный поток. Компрессор внешнего сжатия воздействует на газ со сравнительно низким КПД.

В случае использования компрессоров внутреннего сжатия обратные потоки возникают достаточно редко. Подобные механизмы крайне эффективны при высоких оборотах, но могут заклинивать при перегревании. И компрессор, и турбина могут повысить максимальную мощность двигателя на 15 – 25%.

Сравнение турбины и компрессора

Чтобы определить, в чем заключается разница между этими двумя устройствами, нужно перечистить главные отличительные свойства как турбины, так и компрессора:

- Одно из наиболее весомых преимуществ компрессоров является непрерывность процесса сгорания топливно-воздушной смеси. От этого сильно зависит правильной работы автомобильного двигателя, а вероятность возникновения различного рода поломок сводится к минимуму;

- У турбины также есть ответный плюс – ее наличие никак не влияет на утерю лошадиных сил, а вот компрессор на подобное явление может повлиять. Но имеет смысл упомянуть в том, что это касается общей исходной мощности движка – если в машине стоит компрессор, то мощность упадет на 20%;

- Чтобы установить и настроить турбину, Вам потребуется помощь специалиста. Самостоятельно Вы не справитесь с этим достаточно сложным и требующим определенных знаний и навыков процессом. А вот чтобы установить компрессор, потратить много сил не нужно будет;

- У турбины есть один очень существенный минус – к ней необходимо часто подводить масло под давлением, а это влечет за собой дополнительные расходы на содержание машины. Если не соблюдать периодичность в проведении данной процедуры, то авто быстро сломается, от чего денег на восстановление нужно будет потратить еще больше. Подобную процедуру с компрессором проводить не нужно;

- В вопросе ухода за турбиной требуется особый подход. Дабы ее работа была правильной, придется раз в месяц ездить к специалисту, чтобы он провел диагностику;

- Турбина полностью привязана к двигателю в плане питания. Если машина дает малые обороты, то толку от турбины нет никакого. Только если выжать из машины максимум, то турбина «покажет» свою мощь. Сегодня на рынке есть такие турбины, работа которых не зависит от того, с какой скоростью двигается машина. Но такое устройство будет стоить приличную сумму;

- Компрессор работает вне зависимости от того, сколько оборотов выдает движок, его мощность фиксирована;

- Обслуживать и ремонтировать компрессор легче, так как это устройство независимо. Починить устройство сможет даже автовладелец без опыта;

- Развиваемые турбиной обороты выше, чем у компрессора. Но нагревается турбина быстрее и сильнее, поэтому под ударом оказывается двигатель автомобиля. Из-за такого явления движок может быстрее износиться;

- Компрессор начинает работать, как только запускается двигатель. В этом заключается огромное преимущество компрессора над турбиной, не работающая в случае, если машина стоит. Но вот с запуском компрессора запускается и движок, а вот под действием турбины на двигатель, наоборот, освобождается от дополнительных нагрузок;

- На работу компрессора уйдет больше горючего, нежели на работу турбины. Также коэффициент полезного действия у компрессора ниже, чем у турбины. Если говорить простым языком, то турбина работает на полную мощность, а бензин при этом не растрачивается;

- Компрессор начинает работать под воздействием механического нагнетателя – ремня. На турбину же действуют выхлопные газы, под действием которых начинают крутиться две крыльчатки, которые соединяются между собой с помощью вала;

- Количество моделей компрессоров на рынке очень велико, а вот турбин не так-то уж и много;

- Колоссальная разница в цене. За турбину придется выложить значительно больше, чем за компрессор. Именно поэтому второе устройство гораздо популярней, нежели первое.

Разница оборотов турбины и компрессора

Ранее уже упоминалось о том, что для работы компрессора достаточно минимальных оборотов, а вот турбина в таких условиях работать не будет. Зачастую, турбине нужно не менее 3500 оборотов в минуту для того, чтобы нагнать давление. Компрессор же не может расходовать горючее экономно. Когда Вы разгоняете машину, то компрессор будет работать эффективно слишком непродолжительное время.

Турбина запускается спустя немного времени, сначала будет ощущаться «яма», но через время она исчезнет. В итоге: если Вы предпочитаете быстро ездить, а Ваша машина ездит на бензине, то можете смело устанавливать компрессор и радоваться жизни. В случае дизельного движка, необходимо устанавливать турбину. Благодаря компрессору топливно-воздушная смесь будет подаваться непрерывно, но ощутимыми будут потери в мощности. При турбине такого явления не будет.

Чтобы турбина оставалась работоспособной, нужно проводить диагностику устройства у специалистов. Иначе можно получить вышедшую из строя систему. Турбине нужен дополнительный охладитель – интеркулер, так как воздушный поток нагрет очень сильно. Устанавливать еще один радиатор – вопрос достаточно сложный, так как найти место для монтажа проблематично. КПД у компрессора немного меньше, нежели у турбины. Сегодня люди отдают предпочтение не громоздким и прожорливым внедорожникам, а небольшим и экономичным автомобилям. Потому, как цена на бензин и дизельное горючее растет очень быстро, очень популярными среди автомобилистов становятся силовые устройствами с турбинной установкой. Так можно сэкономить на горючем, но никак не на содержании машины.

И первое, и второе устройство имеет как плюсы, как и минусы. Сделать выбор предстоит Вам. от этого будет зависеть то, чем Вы пожертвуете – мощностью или деньгами.

Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.

Была ли эта статья полезна?Да Нет

auto.today

Механический нагнетатель или Supercharger | Turbolider

Понятие, плюсы и минусы механического нагнетателя Supercharger

Механический наддув – это процесс увеличения давление некой смеси на впуске двигателя для повышения массы горючей смеси в цилиндре для  увеличения мощности относительно единицы объема двигателя.

Supercharger (cуперчарджер) также известный как компрессор Рутса — это механический нагнетатель использующий для собственного привода энергию коленчатого вала. Он является основным элементом механического наддува.

Главным функциональным плюсом cуперчарджера является то что он может закачивать воздух на минимальных оборотах, абсолютно без задержки, при этом рост силы наддува строго пропорционален оборотам двигателя.

Главным же минусом cуперчарджера является то что он отбирает часть мощности двигателя на собственный привод.

На данный момент  механические нагнетатели практически не используются. Их место заменили турбонагнетатели (турбокомпрессоры). За редким исключением их продолжают устанавливать на легковые автомобили, если необходимо сделать разбег по мощности, дабы не изменять конструкции двигателя.

В среднем применение механического нагнетателя обеспечивает увеличение мощности двигателя до 50%, а крутящего момента на 30%. При этом механический нагнетатель отличают существенные потери мощности двигателя из-за затрат энергии на его привод. В разных механических нагнетателях они могут составлять до 30%.

Виды конструкций механического нагнетателя делятся в зависимости от типа привода.

1.       Прямое  крепление нагнетателя к фланцу коленчатого вала называют прямым приводом;

2.       Ременной привод – характеризуется различными вида привода при помощи ремней. Делится на:

·        Зубчатый

·        Клиновой

·        Плоский

3.       Зубчатая передача  через цилиндрический редуктор

4.       Цепной привод;

5.       Электрический привод подразумевает под собой использования для привода электродвигателя. Данный вид привода естественно является наиболее энерго-затратным и требует большей мощности для аккумуляторов, но при этом он не снижает мощности двигателя.

Механический нагнетатель можно условно поделить на такие виды как:

1.    Объемные

·        Кулачковый – Roots, (Рутс, Итон)

·        Винтовой - 

2.    Центробежные

Объемные нагнетатели

Объемные нагнетатели  получили свое название из-за того что принцип их работы заключается в простой перекачке определенного объема воздуха без сжатия.

Кулачковый нагнетатель

Кулачковый нагнетатель является самым первым и от того самым старым и проверенным типом наддува. Его история развития стартовала 1859 году с работы двух талантливых братьев под фамилией Рутс (Roots). Изначально его использовали как промышленный вентилятор для продувки помещений. Чуть позже он получил широкое применение из-за своей простоты. Две помещенные в общий кожух прямозубые шестерни вращаются в разных направлениях, при этом перекачивая определенный объем воздуха от впускного до выпускного коллектора.

Спустя 90 лет другому американскому ученому Итону пришло в голову, как  можно усовершенствовать конструкцию. Прямозубые шестерни заменили на косозубые роторы, и воздух стал перемещаться вдоль, а не поперек как это было раньше. С того времени усовершенствование нагнетателей этого типа идет по пути увеличения количества зубчатых лопаток (косозубых роторов). В первоначальной модели Итона «Eaton» их было две, а теперь сложно встретить меньше четырех. Основными функциональными недостатками нагнетателей типа Рутс является:

1.    Неравномерная пульсационная подача воздуха создающие периодический недостаток давления. Увеличение количества зубчатых-лопастей и  изменение формы впускного и выпускного окна компрессора на треугольное, позволяет свести этот недостаток к минимуму.  К тому же эти конструктивные решения помогают сделать работу компрессоров Рутса намного тише и равномернее.

2.    Во время выдавливания несжатого воздуха в трубопровод где находиться сжатый воздух, создается турбулентность, которая способствует росту температуры заряда воздуха. Это отрицательно сказывается на производительности ухудшая показатели калорийности топливной смеси из-за менее  полного сгорания. Данная проблема коленчатых компрессоров решается установкой интеркулера.

Развитие машиностроения позволило полностью оценить плюсы и минусы нагнетателей Рутса и  получить из них максимум производительности.

Плюсы компрессоров Рутс:

1.    Компактность

2.    Простота конструкции

3.    Долговечность

4.    Эффективность на малых оборотах

5.    Низкий уровень шума

Винтовой нагнетатель

Винтовой нагнетатель (Lysholm) также как и компрессор «Рутса» относится к объемно-роторным нагнетателям и в своей работе использует те же принципы, но в отличии от своего более раннего коллеги рабочую нагрузку в нем исполняют пара роторов с взаимодополняющими профилями. На английском винтовой нагнетатель называютLysholm  в честь его изобретателя Альфреда Лисхольма, который в 1936 году изготовил и запатентовал на него права.

Принцип работы компрессора Lysholm

·        Начиная встречное взаимное движение, пара роторов захватывает воздух.

·        Вдоль роторов воздух порциями проталкивается вперед попутно сжимаясь.

Следовательно, на выпуске окна компрессора не возникает турбулентности, как у компрессоров «Рутса». Это является главным отличием от роторно-шестеренчатых нагнетателей. Подобная схема работы обеспечивает стабильно высокую эффективность на всех уровнях нагрузки.

Плюсы компрессоров «Лисхольм»:

1.    Высокий КПД (70%)

2.    Надежность

3.    Компактная конструкция

4.    Низкий уровень шума.

Главным и единственным минусом компрессоров «Лисхольм» является очень сложная форма роторов, из-за чего их производство является очень затратным и как следствие сам компрессор очень дорогой. Поэтому он не встречается в серийных авто и его производят очень мало компаний.

 

Центробежный нагнетатель

Центробежный нагнетатель получил на данный момент наиболее широкое применение среди всех механических нагнетателей. Главным образом, его используют в компоновке турбонаддува и реже как самостоятельное устройство наддува. Центробежный нагнетатель аналогичен турбонаддуву в плане нагнетания воздуха. Его основной деталью, как и у турбокомпрессора  является крыльчатка. У этой детали весьма сложная в исполнении конусообразная форма и от того насколько правильно она спроектирована и сделана зависит КПД всего нагнетателя.

Принцип действия центробежного нагнетателя:

1.  Воздух проходит по воздушному сужающемуся каналу  и раскручивает лопасти крыльчатки.

2.  Раскрученные лопасти, ведомые центробежной силой, отбрасывают воздух на периферию кожуха.

3.  Там установлен диффузор, снижающий потери давления. Порой он имеет лопатки с регулируемым углом атаки.

4.  Через диффузор воздух выталкивается в воздушный окружающий туннель (иначе воздухосборник) в форме улитки. Данная форма не случайна. Поток воздуха движется по каналу, который изначально был узким, а под конец стал широким, тем самым меняется скорость и давление воздушной массы на необходимые.

Главный недостаток  центробежного компрессора связан с базовым принципом, который приводит его в действие. Для работы ему необходимо огромная скорость вращения крыльчатки. Давление производимое компрессором равно квадрату скорости крыльчатки. Поэтому базовая скорость компрессора начинается от 40 тысяч оборотов за минуту и может достигать 200 тысяч. Понятно что для разгона на такую скорость ремень привода должен работать крайне быстро. Из-за чего от работы этого наддува появляется очень сильный шум и детали подвергаются быстрому износу. Частично проблема шума решается установкой дополнительного мультипликатора, при этом теряя часть КПД механического нагнетателя.

Огромная нагрузка накладывает высокие требования на качество материалов и точность обработки деталей нагнетателя.

К еще одному минусу данного механического нагнетателя можно отнести его инерционное действие, проявляющий себя в отставании срабатывании. На малых оборотах его эффективность ничтожна, но при увеличении оборотов происходит быстрый скачек в мощности. Из-за данной особенности центробежный нагнетатель устанавливают на машины, где требуется высокая мощность и скорость, взамен интенсивности разгона.

 Плюсы центробежного нагнетателя:

Низкая цена и простота установки центробежного нагнетателя сделали его очень популярным среди автолюбителей.

Минусы центробежного нагнетателя:

Повышенный износ, шум и эффективность прибавки мощности исключительно на высоких оборотах.

По материалам Turbokom.ru

turbolider.com.ua