Механический нагнетатель двигателя

Виды и принцип работы механического нагнетателя

Механический наддув является одним из способов повысить мощность двигателя. Главным элементом такой системы является механический нагнетатель (Supercharger или compressor). Он представляет собой компрессор, приводимый в действие за счет вращения коленчатого вала. Установка механического нагнетателя обеспечивает увеличение мощности двигателя до 50%. Supercharger осуществляет забор воздуха через воздушный фильтр, сжимает и далее отправляет его во впускной коллектор ДВС, что и способствует повышению мощности последнего.

  1. Конструкция и принцип работы механического наддува
  2. Устройство механического наддува
  3. Типы привода механического наддува
  4. Виды механических компрессоров
  5. Преимущества и недостатки схемы с механическим нагнетателем

Конструкция и принцип работы механического наддува

В современном автомобилестроении применяется несколько видов систем механического наддува, каждая из которых имеет свои конструктивные особенности и принцип нагнетания воздуха.

Устройство механического наддува

Система механического наддува состоит из следующих элементов:

  • механический нагнетатель (компрессор);
  • интеркулер;
  • дроссельная заслонка;
  • заслонка перепускного трубопровода;
  • воздушный фильтр;
  • датчики давления наддува;
  • датчики температуры воздуха во впускном коллекторе.

Схема работа механического наддува

Управление механическим нагнетателем осуществляется при помощи дроссельной заслонки, которая при высоких оборотах открыта. При этом заслонка трубопровода закрыта, и весь воздух поступает во впускной коллектор двигателя. Когда двигатель работает на низких оборотах, дроссельная заслонка открыта под небольшим углом, а заслонка трубопровода открыта полностью, что обеспечивает возврат части воздуха на вход компрессора.

Поступающий из нагнетателя воздух проходит через интеркулер, что снижает температуру нагнетаемого воздуха примерно на 10°C, способствуя более высокой степени его сжатия.

Типы привода механического наддува

Передача крутящего момента от коленчатого вала к механическому компрессору может осуществляться различными способами:

  • Система прямого привода – предполагает монтаж компрессора непосредственно на фланец коленчатого вала двигателя.
  • Ременный привод. Передача усилий реализуется при помощи ремня. Различные производители используют свои виды ремней (плоские, клиновидные или зубчатые). Системы с использованием ремня характеризуются коротким сроком службы и вероятностью возникновения проскальзывания.
  • Цепной привод. Имеет аналогичный ременному приводу принцип.
  • Шестеренчатый привод. Недостатком такой системы является повышенный шум и большие габариты.

Виды механических компрессоров

Каждый тип привода наддува имеет свои эксплуатационные особенности. Всего различают три вида механических нагнетателей:

  • Центробежный нагнетатель. Самый распространенный вид механических нагнетателей. Основной рабочий элемент системы – колесо (крыльчатка), которое имеет сходную конструкцию с компрессорным колесом турбины. Оно вращается со скоростью порядка 60 000 оборотов в минуту. При этом воздух всасывается в центральную часть компрессорного колеса в режиме высокой скорости и малого давления. Пройдя через лопасти нагнетателя, воздух подается во впускной коллектор, но уже в режиме низкой скорости и высокого давления. Этот вид нагнетателя используется в комплексе с турбокомпрессорами для устранения турбоямы.
  • Винтовой нагнетатель. Представляет собой систему из двух вращающихся шнеков (винтов) конической формы. Воздух, попадая в более широкую часть, проходит по камерам компрессора и, благодаря вращению, сжимается и нагнетается в патрубок впускного коллектора. Такие системы применяются в основном на спортивных и дорогостоящих автомобилях, поскольку достаточно сложны в изготовлении. Их преимущество – высокая эффективность работы.
  • Кулачковый нагнетатель (roots). Один из первых видов механических нагнетателей. Конструктивно он представляет собой два ротора со сложным профилем сечения. Оси вращения роторов соединяются двумя одинаковыми шестернями. При вращении системы воздух перемещается между стенками корпуса и кулачками, в результате чего происходит его нагнетание во впускной трубопровод. Недостатком этой системы является образование избыточного давления, что провоцирует сбои в работе наддува. Для устранения этого явления в конструкции кулачкового нагнетателя предусматриваются либо муфта с электрическим приводом (управление с отключением нагнетателя), либо перепускной клапан (без отключения нагнетателя).

Винтовой нагнетатель

Механические нагнетатели довольно часто применяются на автомобилях марок Cadillac, Audi, Mercedes-Benz а также Toyota. При этом кулачковые и винтовые компрессоры устанавливаются преимущественно на мощных спортивных автомобилях с бензиновыми двигателями, а центробежные входят в систему двойного турбонаддува для дизельных моторов.

Преимущества и недостатки схемы с механическим нагнетателем

В сравнении с турбонагнетателем механическая система наддува приводится в движение не отработавшими газами двигателя, а за счет вращения коленчатого вала. Это означает, что, с одной стороны, мощность мотора увеличивается, а с другой – возникает дополнительная нагрузка, отбирающая, в зависимости от вида компрессора, до 30% производительности двигателя. Также минусом системы является высокий уровень шума, который создает привод системы.

Использование механического наддува на повышенных оборотах провоцирует более быстрый износ деталей двигателя, а потому они должны быть изготовлены из материалов повышенной прочности.
Основным достоинством механического привода является низкая стоимость изготовления (в сравнении с турбонаддувом), простота монтажа, а также мгновенный отклик системы на повышение оборотов двигателя. Так системы с винтовыми и кулачковыми компрессорами обеспечивают высокую динамику разгона, а центробежные нагнетатели стабильную работу двигателя на высоких скоростях.

Помимо привода от коленчатого вала двигателя, механический наддув может работать за счет отдельного электродвигателя. В этом случае потери мощности мотора удается избежать.

Механический нагнетатель. Устройство и принцип действия.

Лет семь назад я написал на ресурсе mcautotuner ряд статей для любителей «дунуть») Отзывы очень приятные, думаю что весьма актуально будет выложить статьи на нашем любимом Драйв2.

Механический нагнетатель. Устройство и принцип действия.

Перед тем как приступить к чтению этой статьи, советую вам ознакомиться с материалом Турбина. Устройство и принцип действия.

Механизм, о котором пойдет речь в этой статье, известен нам как Механический нагнетатель, Supercharger, Kompressor. За этими названиями скрывается устройство, повышающее мощность двигателя за счет нагнетания в цилиндры воздуха под давлением, превышающем атмосферное.

Основным отличием данной системы от турбонаддува является то, что для привода компрессора используется не бесплатная энергия выхлопных газов, а часть энергии, производимой двигателем.

Отсюда все плюсы и минусы механических нагнетателей, к которым с одной стороны можно отнести мгновенный отклик на нажатие педали газа (компрессор всегда готов к своей работе, нет необходимости ждать пока он раскрутится и выйдет на свои рабочие обороты), отличную тягу на низах, а с другой стороны — повышенный расход топлива и меньшая итоговая мощность при том-же давлении наддува, нежели у систем с турбонаддувом.

Виды механических нагнетателей

В отличие от турбокомпрессора, в простонародье прозванного «улиткой» и имеющего лишь такой форм-фактор, механические нагнетатели бывают нескольких типов.

Роторный нагнетатель Roots

Этот самый древний и самый простой тип нагнетателей, обязан своим появлением американцам — братьям Филандер и Фрэнсис Рутс, еще в 1860 (!) году запатентовавшим этот роторный вид нагнетателя. Примечательно, что первоначально этот механизм использовался исключительно для вентиляции промышленных помещений и шахт, и лишь в 1885 году всем известный Готтлиб Даймлер получил свой патент на нагнетатель, работающий по принципу нагнетателя братьев Рутс. В 1900 году увидел свет первый серийный автомобиль марки Daimler-Benz, оснащенный первым механическим нагнетателем типа Рутс.

В 1949 году другой американский изобретатель, Итон, улучшил конструкцию нагнетателя — прямозубые шестерни уступили место косозубым роторам и воздух начал перемещаться не поперек их осей вращения а вдоль. Но как и до модернизации, основным принципом работы нагнетателей типа Roots стала простая перекачка воздуха в другой объем, без сжатия воздуха внутри механизма, так что роторный нагнетатель Roots это объемный нагнетатель. а не компрессор.

У этого вида нагнетателей есть ощутимые недостатки. С ростом оборотов двигателя и соответственно, скорости вращения роторов, нагнетатель начинает накачивать воздух слишком интенсивно и воздух начинает проникать обратно в нагнетатель. Таким образом, с определенного уровня оборотов, нагнетатель Рутс начинает потреблять мощности двигателя больше чем способен дать в ответ. В добавок, из-за несовершенной формы роторов, воздух подается неравномерно, прерывистыми качками, тем самым понижая КПД нагнетателя.

Однако есть и неоспоримые достоинства. Нагнетатели данного типа, в отличие от центробежных, начинают свою работу уже при низких оборотах и продолжают, без потери эффективности, нагнетать воздух в цилиндры. Этим качеством обусловлена любовь спортсменов — дрэгстеров и роддеров по всему миру к этим, самым простым нагнетателям.

Винтовой (спиральный) компрессор Lysholm

Автором идеи винтового компрессора является немецкий конструктор Кригар, еще в конце XIX века предложивший использовать подобные устройства в промышленных целях. Первый в мире винтовой нагнетатель был изготовлен и запатентован шведским инженером Альфом Лисхольмом в 1936 году и на данный момент компрессоры Лисхольм — наиболее совершенный и эффективный тип нагнетателей.

Внешне компрессор типа Lysholm очень похож на нагнетатель Roots, однако существенно отличается от него конструктивно. Внутри те же два ротора, однако их формы заострены елочкой, а сами они похожи на сверла. Поэтому компрессор и называется винтовой (спиральный). При вращении роторов воздух проникающий в нагнетатель не просто перекачивается в другой объем, а сжимается, следовательно, в отличие от нагнетателей Roots, воздух с ростом оборотов вытесняться обратно в нагнетатель не будет. Отсюда — отличный стабильный КПД в широчайшем диапазоне оборотов.

Однако и у этого совершенного агрегата есть минусы. Самый главный из них — очень высокая себестоимость и цена, делающая этот агрегат труднодоступным. Ну и конечно чуда не произошло — компрессор типа Lysholm все так-же потребляет мощность двигателя, ведь он приводится так-же — ремнем от шкива коленвала.

Для более наглядного представления о компрессоре Лисхольм, давайте разберем один =)

компрессор Lysholm в сравнении с нагнетателем Eaton типа Roots

Внешний вид. На фото — один из самых больших производимых сейчас Лисхольмов

А вот что находится внутри — те самые «сверла» спиральных роторов

Центробежный нагнетатель

Один из старейших видов нагнетателей. Был запатентован в 1902 году Луи Рено.

По своей конструкции очень близки к турбокомпрессорам, основное отличие от которых — отсутствие т.н. «горячей части» (турбины). Вместо нее расположен приводной шкив с редуктором. Достоинства те-же что и у турбокомпрессора, плюс малый вес. Недостатки также аналогичны турбокомпрессорам. Центробежный нагнетатель вступает в работу не сразу, а лишь по достижении рабочих оборотов. В плюс к недостаткам турбины у этого вида нагнетателей — отбирание мощности у двигателя.

Читайте также  Какую марку масла лучше заливать в двигатель

Устройство механического компрессора

Механический компрессор представляет собой одну из разновидностей систем наддува воздуха для увеличения мощности двигателя. Главной целью использования такого нагнетателя является создание заметно повышенного давления, которое превышает атмосферное во впускном коллекторе мотора.

Компрессор называется механическим по причине того, что имеет привод непосредственно от коленвала двигателя. В этом состоит и его главное отличие от другой системы нагнетания воздуха в цилиндры под давлением-турбокомпрессора.

Механический нагнетатель еще называется суперчарджер (от англ. supercharger). Механические нагнетатели способны обеспечить прирост мощности двигателя до 50%. Показатель крутящего момента увеличивается до 30%. Недостатком механического нагнетателя заслуженно считается то, что для его работы требуются существенные затраты мощности самого двигателя. Энергия расходуется на привод нагнетателя, а отбор мощности достигает отметки в 30%.

Принцип работы механического компрессора

Механический нагнетатель по своему принципу работы напоминает турбокомпрессор. Компрессор аналогично турбине реализует целый список взаимосвязанных функций. Суперчарджер втягивает наружный воздух, осуществляет его сжатие и последующее нагнетание во впускную систему мотора. Втягивание воздуха реализовано на основе созданного в коллекторе разрежения. Для создания необходимого давления механическому нагнетателю необходимо вращаться на более высоких оборотах, опережая при этом двигатель. Нагнетание воздуха во впуск происходит за счет разницы давлений во всей системе.

Воздух, который сжимается компрессором, демонстрирует увеличение температуры при сжатии. Это ведет к снижению его плотности, а результатом становится соответственное снижение уровня давления. Механическая система наддува оснащается интеркулером для решения этой проблемы. Интеркулер представляет собой воздушный или жидкостной радиатор, который качественно охлаждает сжатый воздух после прохождения компрессора.

Устройство привода механических нагнетателей

Механический компрессор ДВС конструктивно может отличаться от других похожих решений. Главным отличием от аналогичных систем зачастую выступает система его привода. Нагнетатели могут иметь следующее приводное устройство:

  • систему прямого привода, при которой нагнетатель имеет крепление напрямую к фланцу коленвала;
  • устройство ременного привода, которое включает в себя различные виды поликлиновых, зубчатых или плоских ремней;
  • привод на основе цепи (цепной привод);
  • зубчатую передачу, под которой стоит понимать цилиндрический редуктор;
  • электрический привод, который подразумевает использование отдельного электродвигателя;

Виды механических компрессоров

Давайте рассмотрим каждый из основных видов механических компрессоров более подробно. Итак, поехали. Современные автомобили могут быть оснащены различными видами нагнетателей. Наибольшее распространение получили три главных вида таких механических систем:

  • кулачковый нагнетатель (Roots);
  • винтовой нагнетатель (Lysholm);
  • центробежный нагнетатель;

Кулачковый нагнетатель

Данный тип механического нагнетателя представляет собой одну из самых ранних разработок. Кулачковый нагнетатель стали устанавливать на автомобилях с 1900 года. В мире компрессор хорошо известен по имени изобретателей данной системы-Roots.

Современная реализация конструкции кулачкового нагнетателя выглядит таким образом, что нагнетатель имеет пару роторов. Эти роторы могут иметь три или четыре кулачка и вращаются друг другу навстречу.

Кулачки расположены так, чтобы находиться по спирали и размещены по всей длине ротора. Угол закрутки таких кулачков подобран именно для обеспечения наилучшей эффективности нагнетания воздуха при учете возникающих при этом потерь. По своей общей конструкции, а также и по принципу действия такой кулачковый нагнетатель напоминает шестеренный масляный насос, который устанавливается в системе смазки ДВС.

Поступающий воздух в компрессоре захватывается кулачками на роторе, перемещается в межкулачковом пространстве и пространстве между стенками корпуса устройства, сжимается, а затем осуществляется нагнетание во впуск. Такой принцип работы называется внешним нагнетанием.

Нагнетатели типа Roots отличаются тем, что быстро создают необходимое давления наддува. Отмечается также рост указанного давления параллельно с увеличением частоты вращения коленвала силовой установки автомобиля. В некоторых случаях компрессор может создать такое давление, которое превысит необходимое. Результатом станут воздушные пробки в нагнетательном канале и падение эффективного давления наддува, что и приводит к общему снижению итоговой мощности силового агрегата в различных режимах его работы.

Для того чтобы избежать таких негативных последствий, при использовании механических компрессоров различных видов обязательно реализуется дополнительный контроль и регулирование давления наддува. Давление наддува регулируется двумя доступными способами:

  1. К первому способу можно отнести регулировку давления путем отключения нагнетателя. Зачастую такое отключение происходит при помощи электромагнитной муфты;
  2. Ко второму способу относится перепускание воздуха в процессе непрерывной работы компрессора. Воздух перепускается при помощи перепускного клапана;

Сегодня системы механического наддува оснащаются электронными схемами регулирование такого наддува. Комплексное решение состоит из входных датчиков давления наддува, датчика во впуске, электронных управляющих блоков и т.д. Параллельно используются многочисленные механизмы исполнения, к которым относят электромеханические модули привода перепускного клапана, электромагнит муфты и другие устройства.

Компрессоры данного типа имеют солидный вес, а также характеризуются высоким уровнем шума в процессе их работы. Производители эффективно используют ряд мер для шумоподавления, начиная от специальной конструкции корпуса и заканчивая демпфирующими пластинами, резонаторами, демпферами и т.п.

Среди лидеров по производству нагнетателей Roots можно особо выделить компанию Eaton, которая специализируется на изготовлении четырехкулачковых нагнетателей Twin Vortices Series повышенной эффективности (в переводе с англ. это означает «двойная серия вихрей»). Такие механические нагнетатели штатно установлены на серийные моторы Cadillac, Audi, Toyota. Встречаются моторы, на которых кулачковые нагнетатели являются составным элементом системы вместе с турбонагнетателями. Для примера стоит упомянуть двигатели семейства TSI с двойным наддувом.

Винтовой нагнетатель

Винтовой нагнетатель является конструктивно схожим решением с нагнетателем Roots. Такие нагнетатели еще имеют наименование по имени их создателя и называются нагнетателем Lysholm.

Указанный компрессор состоит из двух роторов-шнеков особой формы. На одном роторе имеются характерные выступы, а на другом выемки-канавки. Данные роторы напоминают по форме конус, а воздушные камеры между роторами становятся меньшего размера. Это видно в том случае, если следовать по длине ротора. Поступающий воздух захватывается шнеками, далее перемещается и сжимается. Сжатие происходит в результате вращения шнеков.

Последним этапом становится нагнетание сжатого воздуха во впускной патрубок. Главным отличием винтового нагнетателя от кулачкового является то, что такой компрессор обеспечивает внутреннее нагнетание. Воздух нагнетается между шнеками, что делает способ более эффективным.

Центробежный нагнетатель

Что касается центробежного нагнетателя, то процесс нагнетания воздуха в нем реализован по такому принципу, который напоминает турбокомпрессор. В своей основе он имеет рабочее колесо-крыльчатку. Колесо вращается с очень высокой скоростью, а число оборотов может достигать отметки в 50000-60000 об/мин.

Работает нагнетатель по следующему принципу, когда поступающий воздух засасывается компрессором в центральную часть колеса. Благодаря центробежной силе воздух направляется по лопастям особой формы. Воздух из рабочего колеса выходит уже на большой скорости, но еще имеет низкое давление.

Именно во время выхода из колеса воздух проходит через особый диффузор, который имеет множество стационарных лопаток, расположенных вокруг рабочего колеса. Поток воздуха на высокой скорости и с низким давлением после прохождения диффузора проходит процесс преобразования и превращается в поток воздуха низкой скорости, но уже с высоким давлением.

К минусам центробежных нагнетателей относят сильно выраженную зависимость их производительности от скорости вращения коленвала двигателя. Разработчики сегодня особо учитывают эту особенность. Для центробежных нагнетателей широко используют привод с переменным передаточным отношением. Указанное передаточное отношение привода на максимальной отметке потребуется тогда, когда двигатель работает на низких оборотах, минимальное же отношение используется при режиме работы на высоких оборотах.

Благодаря ряду особенностей конструкции нагнетатели типа Roots и Lysholm устанавливают на автомобили для обеспечения высоких показателей динамики при разгоне, а центробежные нагнетатели наиболее эффективны при работе мотора в режиме пиковых нагрузок и максимально высокой скорости.

Применение механических компрессоров на автомобилях

Применение механических нагнетателей очень востребовано как для серийных дорогих авто, так и на спортивных моделях. Компрессоры активно используются для тюнинга автомобилей. Большинство спортивных автомобилей оборудованы механическим нагнетателем или комплексным решением, которое включает в себя одновременно механический и турбокомпрессор.

Напоследок хотелось бы добавить, что серийные массовые автомобили, особенно среднего ценового сегмента, оснащаются механическими нагнетателями довольно редко.

Выбор механического нагнетателя или турбокомпрессора. Конструкция, основные преимущества и недостатки решений, установка на атмосферный тюнинговый мотор.

Моторы линейки TSI. Конструктивные особенности, преимущества и недостатки. Модификации с одним и двумя нагнетателями. Рекомендации по эксплуатации.

Чем отличается атмосферный мотор от турбодвигателя. Конструктивные особенности, мощность, особенности эксплуатации. Главные плюсы и минусы атмосферников.

Устройство турбокомпрессора, главные элементы конструкции, выбор турбины. Преимущества и недостатки бензиновых и дизельных двигателей с турбонаддувом.

Назначение и конструкция турбокомпрессора дизельного мотора. Принцип работы турбонагнетателя, особенности использования турбины на дизельном ДВС.

Что представляет собой двигатель с наддувом и чем отличается от атмосферного. Основные преимущества и недостатки турбированных ДВС. Какой мотор выбрать.

Все про механический нагнетатель воздуха

С разработкой ДВС (двигателя внутреннего сгорания) возникла проблема повышения его мощности. Первый вариант — увеличение количества цилиндров. Но этот подход рождает проблемы, связанные с увеличением размеров и веса мотора. Второй вариант более перспективный. Это установка нагнетателя (наддува), позволяющего подать дополнительный объем воздуха.

Со временем были созданы различные варианты такого оборудования:

  1. механический наддув, работающий от коленвала;
  2. турбонаддув, работающий за счет выхлопных газов;
  3. электрический нагнетатель;
  4. Сomprex, работающий от выхлопных газов;
  5. комбинированный, совмещающий элементы механического и турбо.

Механический нагнетатель воздуха (он же компрессор, compressor, Supercharger) увеличивает мощность на 50%. Он берет воздух с воздушного патрубка, после сжатия переправляет в коллектор.

  1. Устройство нагнетателя
  2. Принцип действия
  3. Классификация
  4. Преимущества и недостатки механических нагнетателей
Читайте также  Что стучит в двигателе как определить

Устройство нагнетателя

Для работы мотора в машине нужна ТВС (топливо-воздушная смесь), соотношение элементов зависит от нагрузки, режима работы. Без дополнительного оборудования ТВС подается за счет разряжения при впуске и полностью зависит от объема цилиндров. Объем можно увеличить, если создать дополнительное давление. В результате сгорит больше ТВС, мощность увеличится. Подобный подход экономит топливо, так как требуемую мощность можно получить при небольшом объеме цилиндров.

Механический наддув состоит из:

  1. компрессора;
  2. воздушного фильтра;
  3. интеркулера (охладителя);
  4. двух заслонок (дроссельной, трубопроводной);
  5. двух датчиков (температуры, давления).

Механический нагнетатель связан с коленвалом, поэтому работа начинается одновременно с запуском мотора, объем подаваемого на двигатель воздуха пропорционален оборотам, что является основным преимуществом этого оборудования. Минусом считается потеря мощности двигателя.

Принцип действия

Механическим нагнетателем для автомобиля управляет заслонка на дросселе. Если обороты высокие, она открывается при закрытой заслонке на трубопроводе. Воздух свободно перемещается в коллектор. При низких оборотах заслонка дросселя тоже открыта, но под углом. Заслонка трубопровода при этом открывается полностью, возвращая часть воздуха обратно в компрессор. Функция интеркулера — снизить температуру воздуха на 10 градусов с целью повысить степень сжатия.

Крутящий момент от коленвала на компрессор передается через:

  • прямой привод (если нагнетатель установлен на фланец вала);
  • ремень (плоский, с зубьями или клиньями);
  • цепь;
  • шестеренчатую передачу.

Недостаток ремней — вероятность проскальзывания, короткий срок службы. При использовании шестерни увеличиваются размеры оборудования, создается дополнительный шум.

Классификация

Разработано несколько систем, обеспечивающих механический наддув. Они отличаются по конструкции, методу нагнетания, эксплуатационным особенностям.

Roots (роторный, кулачковый нагнетатель)
Это оборудование не совсем является компрессором, а скорее объемным нагнетателем. Сначала это были две шестерни, соединяющие оси двух роторов, вмонтированные в корпус. Поток воздуха создавался благодаря вращению роторов, оснащенных лопатками со сложной конструкцией. Нагнетание воз

духа в трубопровод создавалось во время его перемещения между кулачками и корпусом.

Плюсы роторной конструкции:

  • начало активной работы на низких оборотах;
  • отсутствие потери эффективности во время работы;
  • надежность, простота, компактные размеры конструкции;
  • бесшумность;
  • длительный срок эксплуатации.

Машины с роторным наддувом в почете у гонщиков-спортсменов.

Основные недостатки этого типа оборудования:

  • подача воздуха неравномерная, пульсирующая;
  • на высоких оборотах (большой скорости вращения роторов) создается большой поток, излишки которого, возвращаются в нагнетатель. В результате Рутс выдает меньше энергии чем потребляет, снижается КПД системы.

На средних оборотах поток воздуха тоже пульсирует, что вызывает чрезмерный перегрев. В более современные системы монтируется перепускной клапан или муфта с электроприводом для отключения агрегата.

Центробежный нагнетатель

Этот самый распространенный вид механического наддува. Такое оборудование устанавливается отдельно (как компрессор) или вместе с турбонагнетателем.

Главная деталь такой конструкции крыльчатка, похожая на колесо турбины, вращающаяся со скоростью до 60 000 об/мин. Воздух под небольшим давлением но на большой скорости поступает на крыльчатку. Лопатки колеса бросают захваченный поток на корпус. При перемещении по корпусу-улитке приобретается нужный уровень давления. В коллектор, поток перемещается уже на небольшой скорости, но под высоким давлением.

К плюсам можно отнести:

  • простоту;
  • небольшой вес;
  • сравнительно низкую стоимость.

Благодаря этим свойствам центробежные нагнетатели часто используют для тюнинга.

Важно знать и недостатки:

  • начало работы только после достижения определенного количества оборотов;
  • для повышения эффективности требуется высокая скорость вращения колеса.

Недостатками предопределена необходимость в создании требуемых условий, проблемами при смазке подшипников.

Винтовой нагнетатель (спиральный компрессор Lysholm)

Внешний вид напоминает Roots, но конструкция другая. Внутри корпуса два ротора, похожие на сверла, с формой заостренной елочки. Именно из-за особенностей конструкции система называется винтовой (спиральной). Воздух после поступления в корпус не просто перекачивается, а сжимается. А это значит, что при больших оборотах он не будет возвращаться обратно в компресор и не будет потери мощности. Результат — сравнительно высокий, стабильный КПД, который считается главным преимуществом. Благодаря этому, таким наддувом комплектуются машины класса элит, спорткары.

Недостатки спиральной конструкции:

  • сложность, высокая стоимость проектирования, производства;
  • все тоже потребление мощности мотора.

Короткий видео-урок по принципу работы винтового компрессора

Комбинированная (двухступенчатая) система наддува состоит из двух компрессоров. Один из них приводной, механический, его предназначение — обеспечить работу двигателя на малых оборотах. Второй элемент чаще всего турбо, утилизирующий выхлопные газы. При достижении определенного уровня оборотов механический нагнетатель выключается и в работу вступает турбина, работающая от выхлопных газов.

Преимущества и недостатки механических нагнетателей

Пришло время обобщить все преимущества и недостатки.

Основные плюсы:

  1. Система этого типа не дорогая, легко устанавливается, обеспечивает хорошую работу на небольших оборотах, мгновенно реагирует на манипуляции с педалью газа.
  2. Винтовые нагнетатели лучше всего функционируют на разгоне, центробежные на высоких скоростях.
  3. Потери мощности практически нет, если система подключается к отдельному электроприводу.

Основные минусы:

  1. Механический наддув осуществляется за счет вращательного момента коленвала. Если сравнивать с турбонаддувом, то мощность меньше, расход топлива больше, отбирается примерно 30% производительности мотора.
  2. Привод создает определенный уровень шума. Если механическая система используется на высоких скоростях, детали изнашиваются очень быстро.
  3. При установке на карбюраторный или инжекторный двигатель требуется дополнительная подготовка. Необходимо учесть изменения давления, то есть, заменить часть «железа», прошивку ЭБУ. Все работы нужно выполнить одновременно, чтобы предотвратить снижение мощности двигателя.

Важно правильно подобрать нагнетатель, учитывая устройство, принцип работы, соответствие:

    • по производительности;
    • размерам, весу;
    • режимам функционирования;
    • типу привода;
    • особенностям смазки.

На практике чаще всего приобретаются новые или б/у комплекты механических нагнетателей воздуха, рассчитанные на конкретную модель авто. Они продаются вместе с инструкцией, приводом, трубопроводом для воздуха, ремнями, крепежом.

При самостоятельном подборе важно знать классификацию, особенности эксплуатации. Необходимо учесть, что при сжигании большего объема топлива будет выделяться дополнительное количество тепла. Перед установкой дорабатывается топливоподача, система охлаждения, конструкция цилиндров с учетом увеличения КПД. Чаще всего меняется бензонасос, форсунки.

По этим причинам лучше всего доверить эту работу специалистам. Важно понимать, что с целью избежания детонации в будущем придется использовать высокооктановое топливо.

Механический нагнетатель: устройство, принцип работы, разновидности. Плюсы и минусы компрессора

Существует множество способов увеличить мощность двигателя, начиная увеличением рабочего объема, заканчивая установкой различных компрессоров и турбонагнетателей. О последних мы как раз сегодня и поговорим. В этой статье вы узнаете о том, что собой представляет мех. нагнетатель, как он устроен, а также о разновидностях компрессоров.

Что собой представляет механический нагнетатель?

Compressor или Supercharger — именно так звучит оригинальное название механического нагнетателя. Это устройство необходимо для того, чтобы увеличить производительность двигателя, путем сжатия и нагнетания большого количества воздуха в камеры сгорания. За счет увеличения количества воздуха процесс сгорания ТВС (топливовоздушная смесь) происходит с большим КПД, в результате имеем реальную прибавку мощности, порядка 50%. Механический компрессор приводится в движение за счет передачи вращательного движения коленвала. Забор воздуха осуществляется через воздушный фильтр, после чего воздух подвергается сжатию. Далее в сжатом состоянии под большим давлением он поступает во впускной коллектор, где сгорает вместе с ТВС. Тем самым повышая эффективность горения ТВС и отдавая больше КПД от каждого такта.

Существует несколько разновидностей мех. нагнетателей, которые имеют конструктивные отличия. Далее более подробно об этом.

Устройство и разновидности компрессоров

Система наддува состоит из:

  • Компрессора;
  • Интеркулера;
  • Заслонки перепускного трубопровода;
  • Дроссельной заслонки;
  • Системы фильтрации воздуха, представленную простым воздушным фильтром;
  • А также нескольких датчиков (давления наддува, и температурных во впускном коллекторе).

Управление суперчарджером происходит при помощи дроссельной заслонки. На высоких оборотах она открыта, а заслонка трубопровода закрыта, поэтому весь воздушный поток идет во впускной коллектор. Без нагрузки мотор работает на малых оборотах, заслонка при этом открыта лишь частично, а заслонка трубопровода — на 100%. В итоге, часть воздуха возвращается на вход к компрессору. Для улучшения степени сжатия воздух охлаждается интеркулером на

Разновидности привода механического наддува

Чтобы привести в движение компрессор необходима передача крутящего момента от коленвала. Существует четыре основных типа привода механических нагнетателей: ременной, цепной, прямой и шестеренчатый.

Ременной привод. Как уже понятно из названия, крутящий момент передается посредством ремня, который может иметь разную конфигурацию (зубчатый, клиновый, плоский и т. д.) в зависимости от производителя мотора. Ремни в качестве привода считаются плохим решением, так как служат недолго, требуют замены и склонны к проскальзыванию.

Цепной привод. Этот вариант можно назвать аналогом предыдущего, который имеет ряд неоспоримых преимуществ, за что и почитается больше. Цепь считается более надежной, служит дольше, не требует частой замены и не проскальзывает.

Прямой привод. Такой тип привода представляет собой установку механического наддува прямо на фланец коленвала. Прелесть заключается в том, что отсутствует ременная, а также цепная передача, что упрощает обслуживание и не требует постоянных замен.

Шестеренчатый привод. Такая система привода предусматривает передачу крутящего момента посредством механизма шестерен. Среди недостатков такого привода можно выделить большие габариты и повышенную шумность.

Разновидности компрессоров механического типа

Чаще всего механические нагнетатели бывают трех видов: центробежный, винтовой и кулачковый.

Компрессор центробежного типа. Этот тип нагнетателей считается наиболее распространенным. Конструктивно центробежный нагнетатель очень схож с турбиной, так как его основным рабочим элементом является крыльчатка. Это колесо (крыльчатка) способно развивать высокие обороты, около 60 тыс. об./мин. Всасывание воздуха происходит на высокой скорости, через центральную часть компрессорного колеса при низком давлении. После того как воздух попадает в компрессор его давление повышается, а скорость снижается, после чего он подается во впускной коллектор. Такой тип компрессоров, как правило, используется вместе с турбиной и позволяет избежать такого неприятного известного всем явления как «турбояма».

Нагнетатель винтового типа. Такой тип компрессора состоит из двух конических винтов (шнеков), которые вращаются. Поток воздуха попадает во впускное отверстие, которое имеет более широкий вход, после этого проходит через нагнетатель и под воздействием винтов сжимается, после чего направляется во впускной коллектор. Суперчарджеры винтового типа имеют довольно сложное устройство, поэтому встречаются довольно редко, как правило, на дорогих спортивных авто. Однако высокая стоимость компенсируется прекрасной производительностью.

Компрессор кулачкового типа. Эта разновидность представляет собой систему, состоящую из двух роторов, которые имеют сложный профиль сечения. Между собой две оси вращения роторов соединены шестернями одинакового размера. Во время вращения роторов воздух, перемещаясь между кулачками и стенками корпуса, нагнетается во впускной коллектор. Минусом такой системы считается избыточное давление, которое образуется во время работы нагнетателя и нередко приводит к сбоям в его работе.

Плюсы и минусы компрессора механического типа

По сравнению с турбиной, механический нагнетатель работает за счет вращения коленчатого вала, а не от выхлопных газов. Несмотря на то, что компрессор увеличивает мощность, он, так или иначе, создает дополнительную нагрузку на силовой агрегат. Это, в свою очередь, снижает КПД мотора, а также усложняет конструкцию двигателя, повышает его шумность, а также приводит к дополнительным растратам. При интенсивных нагрузках детали двигателя изнашиваются более интенсивно при наличии механического нагнетателя, чем на моторах без компрессора.

Среди положительных качеств механического наддува можно выделить его невысокую себестоимость, если сравнивать с турбиной, простоту установки, а также отсутствие задержек и моментальный отклик на педаль «газа». В особенности хотелось бы отметить системы винтового и кулачкового типа, которые способны обеспечить пушечный разгон, стабильный прирост, мощность двигателя на высоких оборотах.

Рекомендую посмотреть видео о механических нагнетателях. Очень познавательно!

Текст: savemotor.ru

Приводные нагнетатели

000_MOTO_1110_072

Идея увеличить мощность мотора, затолкав в него дополнительную порцию воздуха и топлива, стара как мир. И достичь этого можно, если создать на пуске давление больше атмосферного. Именно для этого и применяют нагнетатели. Их множество моделей, но в «Мото» №№ 8 и 9 (Horex и я со своей бешеной «голдой») мы говорили о центробежных. Если кратко, это высокоскоростные вентиляторы, а если образно — «пацанские пылесосы».

Сама идея принудительного нагнетания воздуха в цилиндры была предложена вскоре после изобретения самого ДВС. Уже в 1885 году 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 году во Франции Луи Рено запатентовал проект центробежного нагнетателя. Но после выпуска нескольких автомобилей, все работы в этом направлении свернули — несовершенство технологий и материалов вываливало на чаши весов больше «против», чем «за». Аббревиатура ПЦН (приводной центробежный нагнетатель) укоренилась в обиходе мотористов в 30-е годы ХХ века — правда, только в авиации. Внедрение ПЦН позволило убить сразу двух зайцев: повысить удельную мощность и снизить падение мощности на больших высотах. (С ростом высоты плотность воздуха падает, соответственно, в движок его попадает меньше, и для сохранения мощности приходится загонять окислитель силком.) Все нагнетатели, устанавливаемые на двигатели внутреннего сгорания, по принципу работы можно разделить на две основные группы: центробежные и объемные. А по типу привода — на приводные (с приводом от коленвала) и газотурбинные (использующие энергию отработавших газов).

Что же такое ПЦН? Давайте окунемся в детство и вспомним юлу. Что будет, если на раскрученную юлу сверху плеснуть воды? Правильно, вода разбрызгается по сторонам под действием сил инерции (центробежной силы), а юла останется почти сухой. Так и в центробежном нагнетателе роль юлы выполняет крыльчатка, а роль воды — молекулы воздуха. Думаю, в детстве каждый заглядывал внутрь пылесоса и видел за решеткой отсека пылесборника странный диск с лопастями и гаечкой посередине. Это и есть простейший центробежный нагнетатель, только работает он на отсос, а не создание избыточного давления. А что будет, если подсоединить шланг к пылесосу, но с той стороны, откуда он выдувает воздух? А если его еще и внедрить во впуск двигателя…

Крыльчатка настоящего ЦН имеет довольно сложную конусообразную форму, а лопатки — сложный профиль и изгиб. От их геометрии зависит производительность и эффективность всего нагнетателя. (Скажем, чем больше диаметр крыльчатки, тем большее давление она может дать на тех же оборотах, но в то же время кушает больше мощности; или при увеличении количества лопастей растет давление, но падает производительность.) Воздух, пройдя по воздушному каналу в нагнетатель, попадает на радиальные лопасти крыльчатки. Лопасти отбрасывают его к периферии кожуха через тонкую щель. Там воздух тормозится в улиткообразном диффузоре, его скорость падает, а давление растет.

Фактически ПЦН — половинка уже привычного в мире авто турбокомпрессора, только вместо «горячей» (турбинной) части — механический привод от коленвала. В силу самого принципа работы у центробежного нагнетателя есть один существенный недостаток. Для эффективной работы крыльчатка должна вращаться не просто быстро, а очень быстро. Производимое центробежным компрессором давление пропорционально квадрату скорости крыльчатки. Соответственно, отсюда и основной недостаток центробежников: узкий рабочий диапазон. Но этот теоретический минус на практике оборачивается плюсом. Ведь если нагнетатель будет все время насильно пичкать мотор воздухом, то это приведет к росту тяги во всем диапазоне оборотов, и совладать с таким «фруктом» на низах будет тяжело. Другое дело, если избыток давления во впуске начинает зарождаться на средних оборотах и достигает пика на высоких, когда наполнение цилиндров ухудшается за счет потерь на трение о впускной тракт воздушно-топливной смеси (этим обуславливается заваленный вниз хвостик кривой крутящего момента в области высоких оборотов на многих дино-графиках). Центробежник здорово «наддувает» именно верхи, помогая смеси поступать в цилиндры в должном объеме. Именно поэтому отпадает необходимость отключать нагнетатель на малых оборотах, как это приходится делать с объемными компрессорами.

001_MOTO_1110_072

002_MOTO_1110_072

003_MOTO_1110_072

004_MOTO_1110_072

Все здорово, но неоспоримые недостатки есть и у центробежников. Главный — нужно раскрутить крыльчатку до бешеных оборотов, поэтому приходится применять повышающий редуктор, у которого на выходном валу 50–150 тыс. об/мин (у некоторых ПЦН этот показатель доходит до 250 тысяч!). Редкие подшипники и сальники могут выдержать такое, а потому вопрос ресурса и КПД зачастую оказывается актуальнее прибавки мощности. Да и общая эффективность двигателя снижается за счет того, что нагнетатель отжирает мощность прямо с коленвала. Но из каждой ямы проблем можно выбраться по тонкой веревке технологических решений. Например, BRP на своих спортивных гидроциклах приводит нагнетатель прямо от шестерни маховика коленвала, а от губительных для шестеренок рывков спасается применением фрикционного демпфера на валу нагнетателя. Yamaha приводит «улитку» через промежуточный вал. Если обратить взор на тюнинговые узлы, то видим, что например, в Rotrex (который обожают европейские мототюнингеры, и ваш покорный слуга в их числе) применяют фрикционный роликовый редуктор, в котором вал крыльчатки зажат между сателлитами планетарной передачи и не нуждается в подшипниках. Американцы из ProCharger, выведя на рынок кит для Harley-Davidson, делают упор на точность изготовления редуктора, их коллеги из Powerdyne любят «наддувать» снегоходы и используют в качестве мультипликатора дополнительную ременную передачу.

И снова вспоминаем детство, а также, кто помнит, физику. Когда мы накачивали свои велосипеды, мопеды и мотоциклы насосами типа «качок», помните, как нагревался шланг, идущий к колесу? Правильно, больше давление — выше температура, выше температура — меньше плотность воздуха, а значит, количество молекул кислорода на единицу объема. Чтобы скомпенсировать это уменьшение плотности, сжатый воздух необходимо охладить. Как? Так же, как и антифриз или масло — в радиаторе, а точнее, в интеркулере (по-научному, охладителе наддувочного воздуха). Интеркулеры в основном бывают типа воздух-воздух (на вид простой радиатор с более толстыми каналами) и воздух-жидкость, когда между компрессором и впускным коллектором стоит компактный «радиатор наоборот», который отбирает тепло от сжатого воздуха в жидкость, а потом сбрасывает его в атмосферу через дополнительный радиатор.

Но все-таки почему не турбо? Ведь в мире автомобилей все больше и больше производителей оснащают свои машины турбонаддувом. Увы, «турба» не только поднимает мощность, но и создает сопротивление на выпуске, здорово греет воздух на впуске не только за счет его сжатия, но и за счет близости раскаленного выпускного коллектора; кроме того, у двигателя появляется «турболаг» или «турбояма» (когда крыльчатка, не имея механической связи с коленвалом, не успевает раскручиваться вслед за открытием дросселя, что обуславливает кратковременный провал в тяге — полную антитезу выражения «идти за ручкой»). Из-за всего перечисленного появившиеся было в начале 80-х турбомотоциклы (скажем, Yamaha XJ650 Turbo) дружно потерпели фиаско на рынке, и сейчас ни конструкторы серийных аппаратов, ни тюнингеры не спешат «втыкать улитку» в мотоциклетные моторы. Исключение — драгрейсинговые снаряды и прочие болиды для рекордных заездов по прямой; там «турболаг» обычно компенсируется «антилагом» (системой, позволяющей резко повысить температуру газов перед турбиной — диким варварством, оправданным только полнейшим наплевательством на ресурс). Впрочем, не будем говорить «никогда» — вон, французы из Yam74, наэкспериментировавшись с ПЦН на Tmax, в конце концов все же перешли на «турбу», и небезуспешно. А потому подождем развития событий.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: