Для чего нужен нагнетатель

Нагнетатель как радикальное средство дать пинок под зад своему автомобилю

Увеличить мощность двигателя можно единственным способом — сжигая больше горючей смеси. Этого можно добиться разными способами, но наиболее распространенные — увеличение рабочего объема двигателя или увеличение подачи горючей смеси в цилиндры посредством наддува. Первая схема хорошо известна по американским многолитровым машинам. Очевидный плюс — простота конструкции такого двигателя и, следовательно, более высокий ресурс. Минус — большая масса, что ведет за собой увеличение габаритов и веса автомобиля и, как следствие, ухудшение управляемости.

Наддув обязательно ведет к усложнению конструкции двигателя, что не может не сказываться на надежности, но позволяет достичь большей мощности при меньших размерах и габаритах. Если на Porsche поставить 12-цилиндровый двигатель, мы получим классический американский автомобиль, пускай и с прекрасной разгонной динамикой. Удивительно маневренными немецкие машины делают компактные 6-цилиндровые двигатели, в которых они умудряются снимать с 3,5 л объема мощность в 456 л.с.

Наддувательство
Самым элементарным является инерционный наддув. Принцип его действия действительно прост: на капоте, если двигатель находится впереди, или по бокам или на крыше, если мотор сзади, ставятся дополнительные воздухозаборники, от которых по воздуховоду подводится дополнительный воздух к впускному коллектору. Заметим сразу, что воздухозаборники «ушастого» «Запорожца» никакого отношения к наддуву не имели — они служили для охлаждения двигателя. Точно так же заблуждались владельцы «тюнинговых» «Жигулей», которым умельцы устанавливали такие воздухозаборники на капоте. Дело в том, что инерционный наддув начинает работать только на скорости выше 180 км/ч, которую продукт отечественного автопрома развить не мог ни при каких обстоятельствах. А увидеть действующую систему в Москве можно на нескольких Pontiac Firebird Trans Am, на которые инерционный наддув ставился на заводе.
Реальную же прибавку в мощности можно получить, только установив компрессор. Если он приводится механической передачей от коленвала, то такое устройство чаще всего называют механическим нагнетателем в России, compressor — в Германии, supercharger — в Америке и blower — в Англии. Если же компрессор вращается турбиной, размещенной в выпускном тракте двигателя, то его чаще всего называют турбонагнетателем (turbocharger).

С немецким акцентом
Впервые наддув применил в своих автомобилях легендарный француз Луис Рено. По иронии судьбы сегодня Renault — одна из немногих компаний, не применяющая наддув в своих двигателях для легковых автомобилей. Мировую же известность механическим нагнетателям принесла компания Mercedes-Benz, устанавливающая наддувочные компрессоры в конце 20-х сначала на гоночные, а начиная с 30-х — и на серийные машины. После того, как компрессорные «Мерседесы» полюбили Адольф Гитлер и немецкие кинодивы, мода на наддувные машины перекинулась на Голливуд и оттуда — на весь мир. Золотой век немецких «компрессоров» закончился одновременно с началом Второй мировой войны. Основное применение компрессоров в военное время пришлось на авиацию: наддув использовался для компенсации недостатка кислорода на больших высотах. Особенно в этом преуспели американцы. Поэтому неслучайно в послевоенное время центр производства механических нагнетателей переместился за океан. Даже вновь появившиеся на «Мерседесах» после полувекового перерыва механические нагнетатели для немецкого гиганта поставляет американская компания Eaton, что, впрочем, не очень афишируется.

Но это не значит, что европейцы распрощались с идеей наддува. Ни для кого не секрет, что к мерседесовским нагнетателям в 30-е годы приложил руку небезызвестный конструктор Фердинанд Порше. Но на собственных двигателях он решил ставить турбонагнетатели. Проблема заключалась в том, что они приводятся в действие отработанными газами и должны выдерживать довольно высокие температуры. Долгое время не существовало жаропрочных и прочных материалов и турбокомпрессоры оставались капризными и ненадежными агрегатами. И только сильный прогресс немецкой оборонной промышленности 40-х годов в области авиационных турбореактивных двигателей наконец-то дал технологии и материалы для производства надежных автомобильных турбин. С тех пор лучшие турбомоторы в Европе — у Porsche.

Борьба с ямами
Современный турбокомпрессор конструктивно проще механического нагнетателя, но имеет собственные проблемы — высокую требовательность к качеству масла и, самое главное, медленный отклик на нажатие педали газа, что обусловливается инерцией турбины. С недостатком борются, устанавливая вместо одной большой две маленькие турбины (меньше масса — меньше инерция), по одной на свою сторону двигателя. Такая схема часто называется «битурбо».

Другая проблема, связанная с аэродинамикой турбины, так называемая «турбояма», — практически полное отсутствие наддува до 2500−2800 об./мин. Проблему решают разными способами, включая такую экзотику, как подкрутка турбины высокоскоростным электродвигателем.

Механический нагнетатель, который жестко связан с валом двигателя, имеет линейную зависимость наддува от оборотов: автомобиль практически мгновенно реагирует на нажатие педали акселератора, что особенно ценно при разгоне. Недостаток же данной схемы состоит в меньшем КПД по сравнению с турбонагнетателями: механический нагнетатель отбирает мощность с вала двигателя, а турбина приводится в движение практически дармовыми выхлопными газами.

Недокрутить — пропасть, перекрутить — пропасть
Независимо от схемы привода, собственно воздух нагнетает компрессор. Наибольшее распространение получили две схемы — роторнозубчатая схема Roots, запатентованная в 1866 году братьями Филандером и Фрэнсисом Рутсами, и центробежные нагнетатели.

Достоинство нагнетателей Roots в их простоте. Первоначально рассчитанные для двухтактных двигателей, подобные нагнетатели по сути являются импульсными, что не лучшим образом сказывается на характеристиках двигателей. При такой схеме частота вращения компрессора обычно составляет 0,5−2 частоты оборотов коленвала двигателя. На больших оборотах компрессор может выйти из строя, поэтому на современных нагнетателях применяются специальные центробежные муфты, ограничивающие обороты.

Рабочая частота вращения центробежных нагнетателей составляет 40−90 тыс. об./мин (на некоторых моделях — 90−130). Если перекрутить такой компрессор, поток нагнетаемого воздуха перестает быть ламинарным и возникающая турбулентность начинает тормозить поток — давление падает. Если же недокрутить, то центробежная сила становится недостаточной для создания давления и наддув практически сходит на нет. В итоге получается, что частоту вращения центробежного нагнетателя надо поддерживать в пределах +/- 50%, тогда как во время движения частота работы двигателя меняется в среднем в 7 раз. Все это приводит к установке разнообразных вариаторов и усложнению конструкции.

Другая проблема — в предельном максимальном давлении, которое могут выдержать автомобильные двигатели. Хорошие моторы позволяют поднимать давление во впускном коллекторе в 1,6−1,7 раза, а компрессоры запросто усиливают давление в 2,7 раза. Чтобы избежать повышенного давления, приходится ставить перепускные клапана для ограничения максимального давления.

Само собой разумеется, повышение давления на входе ведет к повышению давления в цилиндрах. Но современные автомобильные двигатели уже подошли к пределу. Степень сжатия в последних моторах Mercedes достигла 10−10,5 раз, а в Porsche — 11−11,5 раз. При большем сжатии даже высокооктановый бензин перестает гореть и начинает детонировать — взрываться. Выход — либо применять специальные гипероктановые топлива, имеющие степень сжатия 17−18, на основе метанола или нитрометана, либо ставить моторы, изначально имеющие низкую степень сжатия — 8−8,5. Это, кстати, объясняет, почему ставить нагнетатели на ультрасовременные двигатели бессмысленно.

Механика ручной сборки
В заводских условиях проще всего ставить именно турбонаддув — больше выигрыш в мощности, менее сложная конструкция, более простая регулировка. В механических нагнетателях добавляются проблемы с размыкателями на холостых оборотах, системами управления компрессора, вариатором и т. д. Хотя некоторых это не пугает — за возможность иметь ровную тягу во всех диапазонах некоторые компании идут на усложнение конструкции и ставят механические нагнетатели — например, Mercedes, Jaguar, Land Rover. Но это, скорее, исключение. Гораздо чаще на мощных машинах можно увидеть слово «Turbo».

Другое дело — тюнинг. Здесь побоку повышенный расход топлива, повышенная токсичность и холостой ход, главное — дополнительная мощность. Тюнинговый наддув двигателей — это царство механических нагнетателей и устаревших многолитровых моторов. И то и другое, само собой разумеется, американское.

С лучших современных двигателей, например с 2,2-литрового турбодвигателя Porsche, конструкторы умудряются снимать по 160 л.с. с литра. Классический 5,4-литровый двигатель GM выдает 70 л.с. с литра. Добавление дополнительных 50−100 л.с. на литр не приведет к летальным последствиям для такого мотора, в отличие от «европейца». Осталась сущая безделица — найти свободное место под капотом и купить за

$35 тыс. готовый набор для установки нагнетателя.

Вопросы и ответы по механическим нагнетателям
1. Зачем покупать нагнетатель?
Принудительный наддув воздуха способен прибавить двигателю до 46% мощности и до 31% момента, в зависимости от технических параметров двигателя и настройки системы.

2. Каковы различия между обычным и гоночным нагнетателем?
При установке стандартного механического нагнетателя не требуется переделки топливной системы и настройки двигателя. Более мощный нагнетатель потребует настройки системы управления двигателем, переделки самого двигателя, установки мощного топливного насоса. Как правило, установки обычного комплекта вполне достаточно для оптимального увеличения мощности штатного двигателя.

3. Какое обслуживание требуется для нагнетателей?
Обслуживание механических нагнетателей в основном сводится к регулярной замене масла. Так как масло используется для охлаждения нагнетателя, обратите на это особое внимание.

4. Уменьшает ли ресурс двигателя применение нагнетателя?
Совершенно необязательно, что применение нагнетателя негативно влияет на ресурс мотора. Обороты — вот то, что влияет на ресурс двигателя. Обычно двигатель для достижения максимальной мощности должен «раскрутиться» до 7−8 тыс. об./мин. При применении нагнетателя максимальные показатели мощности и момента достигаются при меньших оборотах двигателя. Меньше обороты — больше ресурс двигателя и выше экономичность автомобиля.

5. Можно ли установить систему самостоятельно?
Для человека, имеющего слесарные навыки, установка механического нагнетателя не должна вызвать существенных трудностей. Примерное время установки — 8−10 часов. Все комплекты нагнетателей включают инструкцию по установке и настройке системы и полностью совместимы с оригинальным оборудованием автомобиля.

Приводные нагнетатели и то, с чем их едят. ⁠ ⁠

Так, товарищи петролхэды, продолжаем экскурс в тему повышения мощности двигателя внутреннего сгорания по средствам наддува. С турбонагнетателем мы разобрались в предыдущем посте, сегодня поговорим про приводные нагнетатели.

Но сначала небольшое лирическое отступление. Многие ошибочно считают, что приводной нагнетатель = компрессор, но это является истиной лишь от части, по сути своей и турбина и электронаддув — тоже являются компрессорами. На самом деле все устройства так или иначе нагнетающие давление и есть компрессоры. Но Россия страна «первого впечатления», а первыми автомобилями хлынувшими к нам из-за железного занавеса стали автомобили Mercedes-Benz с заветной надписью Kompressor на крышке багажника. Отсюда и родилась традиция именовать автомобили оснащенные приводными нагнетателями — Компрессорными.

Так вот, приводные нагнетатели получили свое название из-за особого принципа работы. в отличии от турбонагнетателя, для создания повышенного давления во впуске, используется не энергия выпускных газов, а собственно коленчатый вал, со шкивом которого соединен ремнем компрессор ( на фото 3)

Разделяют 3 основных видов приводных компрессоров:

— Роторный, или компрессор внешнего сжатия. самый простой самый надежный и самый малоэффективный тип. Два соосных спиралевидных ротора, вращаясь затягивают воздух, поступивший в корпус компрессора, во впускной коллектор. Из-за того, что лопасти ротора недостаточно плотно прилегают друг другу, у такого типа компрессора невысокая степень наддува максимум 0,7 бар, но и этого вполне достаточно для повышения мощности двигателя на 30%.

-Винтовой тип. Смысл плюс минус тот же, но из-за более плотного прилегания спиралевидных роторов или лопастей, и более компактного корпуса, давление получается еще большим, порядка 1,7 — 2 бар.

— Центробежный. По сути свое та же турбина, только вместо горячей части, ролик с ремнем. В отличии от турбонаддува, у такого компрессора нет термонагруженности, вечных проблем со смазкой и т.д. Этот тип считается, самым дешевым, но в то же время как и турбобро страдает от недостатка давления на низких оборотах.

Основной плюс приводных нагнетателей их отдача на средних и низких оборотах вкупе с линейным повышением мощности без провалов и турбоямы. Так же к плюсам можно отнести бОльшую надежность, более простую схему установки.

А к минусам можно отнести повышенный шум, вибрации, большие габариты, а так же снижение отдачи двигателя на высоких оборотах.

Приводные нагнетатели

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.

Нагнетатель воздуха в автомобиле: устройство, принцип работы, 2 типа конструкции

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;

Турбо нагнетатель воздуха

Такой подход к обеспечению мотора дополнительным количеством воздуха является наиболее популярным. Применяется он и для дизелей, и для бензиновых моторов. Принцип, на котором работает подобный нагнетатель, понятен из приведенного рисунка:

По сути дела, это комбинация двух устройств – турбины, использующей энергию выхлопных газов, и компрессора. Здесь надо сразу отметить, что режим турбо, применяемый для повышения мощности дизелей, применяется гораздо чаще, чем нагнетание воздуха в бензиновых двигателях. В них повышение давления ограничено появлением детонации, и введение режима турбо требует принятия специальных защитных мер.

Использование энергии отработанных газов связано с целым комплексом проблем, в первую очередь с применяемыми материалами. Лопатки турбины должны выдерживать температуру до тысячи градусов, и при этом скорость их вращения зачастую превышает десять тысяч оборотов в минуту. Однако режим турбо, при котором в дизель поступает дополнительный воздух, облегчает его работу.

Исходя из изложенных особенностей, наилучшим образом наддув турбо будет выполняться при высоких оборотах двигателя, когда турбина сильно раскручена. Другой особенностью такого режима является так называемое запаздывание. В момент резкого нажатия педали, пока сработает наддув в режиме турбо, проходит некоторое время, что и вызывает провал в характеристике.

Чтобы его обойти, применяются специальные технические решения. Одним из возможных вариантов будет применение двух нагнетателей турбо, один из которых работает на малых оборотах, а другой на высоких. Каждый из автопроизводителей по-своему решает эту задачу – кто-то использует мощный нагнетатель, обеспечивающий излишний приток воздуха на всех режимах, и при необходимости сбрасывает его излишки, кто-то применяет несколько маленьких нагнетателей вместо одного большого, кто-то реализует различные комбинации двух первых вариантов.

Тем не менее, режим турбо зачастую реализуют и на старых машинах, в том числе и семейства ВАЗ, правда, в этом случае чаще всего применяют электрический наддув.

Роторные типы

Компрессоры, которые применяются достаточно широко. Основной плюс это средняя цена, большой строк службы, высокая частота подаваемого воздуха, плавность и стабильность работы, быстрый отклик на частоту вращения коленчатого вала.

Воздух в этой системе не сжимается, он как бы заходит внутрь, а дальше в двигатель его нагнетают лопасти, которые сделаны в виде ротора. Поэтому они получили название – компрессор с внешним сжатием. Минусом является то, что при повышении давления на впуске, падает КПД.

Строение чаще всего состоит из двух роторов, на впускном и выпускном окне, смотрим фото. Располагаются они поперечно.

Недостатками этой конструкции можно назвать:

1) КПД зависит от зазоров между валами и другими деталями.

2) Самый большой нагрев из всех других типов.

3) Сильный шум и вибрацию валов.

4) Не особо сильное давление около 0,7 бара максимум.

Если подвести итог становится понятно, что этот тип далек от идеала. Некоторые могут — а почему лопасти винтовые? Тут есть две причины, первая это повышения давления воздуха и вторая уменьшения шума (хотя помогает мало).

Принцип функционирования механического компрессора

Схематически работу суперчарджера представить довольно просто: благодаря использованию нагнетательного механизма он всасывает наружный воздух, подавая его под давлением во впускной коллектор. Втягивание воздушных потоков осуществляется с использованием создаваемого в коллекторе разрежения. Чтобы нагнетать воздух под давлением, вал компрессора должен вращаться быстрее коленвала, что достигается посредством применения ременной передачи (в старых моделях – цепной). Обычно нагнетание воздушного потока осуществляется за счёт использования разницы парциальных давлений в связке двигатель – компрессор. Поскольку при сжатии температура воздуха растёт, его плотность уменьшается, что приводит к ухудшению характеристик процесса горения ТВС. Для решения температурной проблемы в конструкцию нагнетателя встраивают интеркулер, представляющий собой радиатор охлаждения воздушного иди жидкостного типа.

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).

Схема работы механического нагнетателя

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.

Наддув двигателя механический: что нужно знать

Для самостоятельной установки используют нагнетатели двух видов. Это турбонаддув и компрессор механического типа. В первом случае для привода турбины используются отработавшие газы.

Компрессор может быть установлен на двигатель отдельно от выхлопной системы и имеет привод от шкива, расположенного на коленчатом валу. Передача момента вращения осуществляется ремнем.

Монтаж компрессора возможен на атмосферный двигатель. Узел представляет собой навесное оборудование, устанавливаемое на силовой агрегат. При этом рабочий элемент приводится в действие ремнем.

Компрессор монтируют перед дроссельной заслонкой. С ее помощью регулируется количество воздушной массы, подаваемой в цилиндр. Способ подключения для разных моделей силовых агрегатов отличается:

1. На инжекторных атмосферных двигателях компрессор устанавливают на входе во впускной коллектор. Дроссельной заслонкой изменяют пропускную способность канала.
2. На карбюраторных моторах топливо смешивается с воздухом под действием разрежения. Количество бензина определено внутренним диаметром жиклеров.

Чтобы сделать объем подаваемой топливовоздушной смеси больше, и при этом не ухудшить ее качество, устанавливая компрессор, необходимо увеличить количество бензина.

Для этого на инжекторных двигателях меняют прошивку электронного блока управления. В карбюраторах меняют жиклеры на детали с большей пропускной способностью.

Небольшой прирост или солидное увеличение мощности

Существует несколько способов форсирования силовой установки без турбонаддува. Можно произвести ряд доработок конструкции головки блока цилиндров, обеспечить установку спортивных распредвалов, поставить фильтр нулевого сопротивления, улучшить продувку и тем самым обеспечить подачу большего количество воздуха в цилиндры при езде в режиме максимально высоких оборотов.

Вполне можно и вовсе не стремится менять количество поступающего в мотор воздуха, а вместо этого увеличить степень сжатия и перейти на использование горючего с более высоким октановым числом. Доступно даже расточить цилиндры и нарастить их объем. Это также позволит увеличить КПД Вашего мотора.

Все указанные способы уместны и работают, но только тогда, когда мощность планируется увеличить всего на 15-20%.

Если речь заходит о кардинальных изменениях и значительном увеличении мощности мотора, тогда без компрессора уже не обойтись. Наиболее эффективным методом будет установка турбокомпрессора. Более того, установка турбонаддува способна увеличить мощность любого специально подготовленного для таких возросших нагрузок мотора.

В предыдущих статьях мы поверхностно перечислили основные элементы системы турбонаддува. Теперь давайте подробнее рассмотрим те главные этапы и процессы, когда сначала воздух проходит в системе с установленным турбокомпрессором, а затем отработавшие газы приводят в действие компрессор. Для примера возьмем турбокомпрессор дизельного ДВС.

• В самом начале пути воздух пропускается через воздушный фильтр и оказывается на входе в турбокомпрессор;
• Внутри турбонагнетателя попавший туда воздух проходит процесс сжатия. При этом возрастает количество необходимого для эффективного сгорания топливно-воздушной смеси кислорода на единицу объема воздуха. В этот самый момент сжатия проявляется нежелательный в данном случае эффект нагрева воздуха от сжатия и снижение его плотности;
• Для охлаждения после сжатия в турбокомпрессоре воздух попадает в интеркулер. В интеркулере температура воздуха практически полностью возвращается на начальный уровень. Благодаря охлаждению достигается как увеличение плотности воздуха, так и снижается вероятность появления детонации от использования последующей топливовоздушной смеси;
• За интеркулером охлажденный воздух минует дроссельную заслонку и оказывается во впускном коллекторе. Последним этапом становится такт впуска, когда рабочая смесь окажется в цилиндрах двигателя;
• Объем цилиндра представляет собой неизменную постоянную величину, которая зависит от его диаметра и хода поршня. Благодаря турбокомпрессору этот объем активно заполняется сжатым и охлажденным воздухом. Это означает, что количество кислорода в цилиндре сильно возрастает по сравнению с атмосферными моторами. Не трудно догадаться, что чем большее количество кислорода поступило, тем больше горючего можно сжечь за рабочий такт. Сгорание большего количества горючего в результате приводит к заметному увеличению итоговой мощности мотора;
• После эффективного сгорания топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя наступает такт выпуска. На этом такте отработавшие газы уходят в выпускной коллектор через выпускные клапаны. Весь этот поток разогретого (от 500С до 1100С зависимо от типа двигателя) газа проникает в турбину и начинает воздействовать на турбинное колесо. Колесо под давлением выхлопных газов передает энергию на вал турбины, а на другом конце вала находится компрессор.

Так и происходит процесс сжатия свежей порции воздуха для следующего рабочего такта. Одновременно происходит падение давления отработавших газов, а также снижается температура выхлопа. Это получается по причине того, что часть энергии газов уходит на обеспечение работы турбокомпрессора на другой стороне вала турбины;

Муфтовая или ременная?

В некоторых классификациях встречается разделение воздуходувок на ременные и муфтовые в зависимости от типа передачи.

В воздуходувках муфтового типа момент вращения от двигателя к рабочей камере выполняется посредством упругой муфты. Подобная конструкция получила широкую популярность ранее, однако в настоящее время и производители и потребители предпочитают ременной тип привода.

Почему так произошло? Дело в том, что стоимость производства ременной конструкции стала сопоставима с муфтовой, а преимуществ у такой воздуходувки довольно много: низкий уровень вибрации, возможность продолжительной безостановочной эксплуатации, а также более благоприятный тепловой и нагрузочный режим работы.

Нагнетатель как элемент агрегатного наддува

Применение нагнетателя и его функции

Работа нагнетателя на двухтактном и четырёхтактном моторах Нагнетатель может применяться на поршневых и роторно-поршневых ДВС, работающих по любому термодинамическому циклу и с любым числом тактов. Для большинства типов подобных ДВС нагнетатель является опциональным элементом конструкции, не влияющим на принципиальную возможность работы самого ДВС. Основная задача нагнетателя здесь — наддув с целью повышения мощности. Под наддувом подразумевается в первую очередь принудительное нагнетание воздуха в ДВС с давлением выше текущего уровня атмосферного, приводящее к увеличению плотности и массы воздуха в камере сгорания перед тактом рабочего хода, что, в свою очередь, согласно правилу стехиометрической горючей смеси для конкретного типа двигателя, позволяет сжечь больше топлива, а значит увеличить крутящий момент (и мощность, соответственно) на любой сравнимой с безнаддувным двигателем частоте вращения коленвала/ротора. В рамках этой задачи наддув с помощью нагнетателя есть лишь один из возможных методов форсировки и/или повышения КПД, и наличие или отсутствие нагнетателя определяется лишь целями и бюджетом разработчиков конкретного мотора. Исключением из этого правила является только некоторые типы двухтактных поршневых ДВС, где нагнетатель в первую очередь выполняет задачу по принудительной продувке цилиндров на стыке двух рабочих тактов и присутствует во впускной системе такого ДВС практически всегда.

Отсутствие нагнетателя в составе ГТД

В газотурбинных ДВС нагнетатель формально отсутствует. Компрессор, входящий в состав любого газотурбинного ДВС, является абсолютно неотъемлемым элементом конструкции, обеспечивающим принципиальную возможность работы подобного ДВС, и такой компрессор в русскоязычном инженерно-техническом лексиконе нагнетателем не называется, хотя и выполняет функцию принудительного нагнетания воздуха.

Типы нагнетателей по их энергетическому приводу

Нагнетатель работает за счёт того или иного вида энергии, получаемой с самого ДВС либо напрямую, либо опосредованно. Возможно использование энергии выхлопных газов, механической энергии вращения валов ДВС, электрической энергии. В зависимости от своего энергетического привода конструкция нагнетателя имеет свои технические особенности и своё собственное название. Нагнетатели, работающие от энергии выхлопных газов, называются турбонагнетателями, от механического привода — приводными нагнетателями. Также есть нагнетатели, работающие от электрической энергии, но для их описания устоявшийся русскоязычный термин пока отсутствует и их можно называть как электронагнетателями, так и нагнетателями с электроприводом.

Смысл терминов «нагнетатель» и «компрессор»

Важным элементом нагнетателя является воздушный компрессор, который присутствует в конструкции абсолютно любого нагнетателя, независимо от его энергетического привода. При этом контексте агрегатного наддува оба термина — и нагнетатель и компрессор — используются наравне, в том числе в составе сложносоставных слов, типа турбонагнетатель/турбокомпрессор, что у непосвящённых в тему может вызвать вопросы к смысловым оттенкам терминов. Следует понимать, что с точки зрения семантики термин «нагнетатель» подразумевает функцию всего агрегата в целом, а «компрессор» — наименование энергетической машины и главного исполнительного узла абсолютно любого нагнетателя. В русскоязычном речевом обиходе равноправное использование обоих терминов применительно к наддуву фактически допустимо, а оба слова, как в простом, так и в сложносоставном виде в данном случае могут считаться синонимами.

В теории лопастных машин термины «нагнетатель» и «компрессор» не тождественны. Обычно лопастные машины, повышающие давление потока не более, чем на 10%, относят к вентиляторам; на 20…25% — к нагнетателям; большие давления соответствуют компрессорам. В обиходе нагнетатель в сборе часто называют «турбиной», хотя в приводном нагнетателе турбина вообще отсутствует, а в газотурбинном является лишь приводом нагнетателя/компрессора.

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.

Электрический нагнетатель для двигателя автомобиля

Подобные системы, реализующие режим турбо, относятся к комбинированным. В них чаще всего используется электрический мотор, работающий совместно с центробежным нагнетателем. Достоинством такого подхода, когда привод выполнен как электро, является его универсальность. Он не связан напрямую с работой двигателя, как механический наддув, и электрический мотор можно использовать при любых условиях.

Благодаря такому приводу как электро, можно избежать провала в характеристике нагнетателя. На средних и малых оборотах мотора работает электрический нагнетатель, на высоких включается турбина и реализуется обычный режим турбо

Подобные возможности построения наддува с использованием такого привода как электро, привлекают внимание все более широкого круга автопроизводителей

Стоит отметить, что нагнетатель электро является привлекательным для выполнения тюнинга авто, в том числе и семейства ВАЗ. На этом рынке есть (отличный от уже описанных) осевой электрический нагнетатель. По оси воздуховода ставится вентилятор (электро). Когда он работает, то усиленный поток воздуха направляется во впускной коллектор. Фактически, таким образом вентилятор (электро) обеспечивает наддув.

К достоинствам, которыми обладает подобный электрический нагнетатель, следует отнести простоту его реализации. Для создания такой системы наддува не требуется никаких технически сложных систем и устройств, обычный бытовой вентилятор (электро) зачастую справится с обеспечением подачи нужного дополнительного количества воздуха в цилиндры мотора.

Использование такой техники позволяет без особых затруднений провести тюнинг старых машин, например таких, как ВАЗ ранних годов выпуска.

Установка компрессора на ВАЗ

Что и говорить, в основном наш отечественный рынок состоит из продукции АвтоВАЗ, именно с него начинают молодые «тюнеры», поэтому самый распространенный вопрос – а можно ли установить на ВАЗ?

Конечно можно, причем последний — центробежный тип зачастую уже идет полным комплектом, для установки именно на наши автомобили, то есть так называемый «КИТ набор».

Монтирование системы достаточно простое. Однако для начала нужно установить увеличенную прокладку между блоком и головкой блока. Так советует производитель. Далее утрированная схема подключения:

1) Настраиваем фильтр воздухозаборника.

2) Крепим корпус на кронштейн

3) Подключаем приводу коленвала.

4) Закрепляем приводной ремень

Сейчас небольшое видео для понимания.

Что можно добиться — как я писал выше, на высоких оборотах давление может достигать 0,5 — 0,6 бара. Если правильно настроить впрыск топлива прошить ЭБУ, либо перенастроить карбюратор, то можно добиться 30% на верхах! Это очень существенно.

На этом буду заканчивать, думаю моя статья была вам полезна.

Похожие новости

• Шелкография на стекле автомобиля. Зачем это нужно? И можно ли сд…
• Тюнинг – обвес RENEGADE, небольшой обзор RANGE ROVER SPORT. Толь…
• Койловеры что это такое? Делаем спортивную подвеску – своими рук…

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 обирает часть мощности двигателя на собственный привод.

На данный момент механические нагнетатели практически не используются. Их место заменили турбонагнетатели (турбокомпрессоры). За редким исключением их продалжают устанавливают 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%.

Центробежная конструкция

Работа этого вида приборов очень похожа на функционирование турбокомпрессора. Рабочий элемент агрегата — крыльчатка-колесо. Он очень быстро вращается при работе, засасывая в себя воздух.

Следует отметить, что эта разновидность является самой популярной среди всех механических приборов. Она обладает массой преимуществ.

• компактные габариты;
• небольшая масса;
• высокий уровень эффективности;
• доступная цена;
• надёжная фиксация на автомобильном моторе.

К недостаткам можно отнести лишь практически полную зависимость показателей производительности от оборотов коленвала автодвигателя. Но современные разработчики учитывают этот факт.

Это интересно: Что делать, если перегрелся двигатель

Виды нагнетателей

По сути, можно выделить различные способы наддува..

• Механический . Устройство использует механическую силу, возникающую при движении коленвала;
• Турбонаддув . Используется нагнетатель, приводимый в действие «выхлопами»;
• Электрический . Приводится в движение при помощи электрического тока от генератора и аккумулятора;
• Комбинированный . Использует в своем действии несколько предложенных выше схем.

Безусловно, существуют в природе и другие виды нагнетания воздуха в движок, но здесь приводятся лишь наиболее используемые. Кстати, на большинстве «родных» моделей (типа ВАЗ) подобные устройства не применялись и вовсе.

Механический

Нагнетательное устройство данного типа было создано на автомобильных движках одним из первых. Он связывается с коленвалом и начинает свою работу сразу после запуска. В этом – одно из его достоинств. Недостаток

– подобная конструкция отбирает часть мощности движка. Первоначальные нагнетатели такого плана выглядели, как две шестеренки, что вращаются в разные стороны. Они были помещены в металлический замкнутого типа корпус. После, конструкция «механики» существенно поменялась. Появились и механические наддувы, использующие центробежную силу, и винтовой принцип.

Турбо

Такой подход ныне – наиболее популярен. Что такое нагнетатель на авто? Он применим как для бензиновых, так и для дизельных моторов. Но бензиновые движки – предпочтительнее инжекторные, а не карбюраторные. Используя энергию выхлопных газов, подобная конструкция состоит из турбины и компрессора и может быть очень эффективно использована на высоких оборотах. Однако, его использование связано также с некоторыми нюансами: внутри устройства, возникающая температура достигает 1000°C, а скорость вращения лопастей – до 1000 оборотов. Поэтому возникают проблемы с износом и жаростойкостью материалов, из которых изготовлены турбо.

Ссылки

• [yamotorist.ru/index.php/kontent/turbonadduv Турбонагнетатель и его сравнение с механическим компрессором]
• Статья «Наддув, нагнетатели и немного истории»
• Статья «Что такое турбонаддув»
• Дизель с четырьмя нагнетателями разработки BMW
• Объёмные нагнетатели для американских моделей Ford
• Электрический наддув разработки Audi
• Автомобильный мотор с приводным нагнетателем 2020 года Mazda SkyActive X (1)
• Автомобильный мотор с приводным нагнетателем 2020 года Mazda SkyActive X (2)
• Комбинированный наддув для бензиновых моторов разработки Volvo
• Комбинированный наддув для дизелей разработки Mazda
• Нагнетатель Garrett с двойным приводом от турбины и электромотора

Эти сайты могут нарушать авторские права, быть признаны неавторитетными источниками или по другим причинам быть запрещены в Википедии. Редакторам следует заменить такие ссылки ссылками на соответствующие правилам сайты или библиографическими ссылками на печатные источники либо удалить их (возможно, вместе с подтверждаемым ими содержимым). Список проблемных доменов

Что же выбрать

Выбирая между механическим нагнетателем и обычной турбиной , многие автолюбители отдают предпочтение второй. Это объясняется большим сроком службы, относительно простым обслуживанием и неплохим приростом мощности на широком диапазоне оборотов (особенно на высоких оборотах). Однако здесь стоит отметить следующее:

• Компрессор увеличивает объем топливовоздушной смеси, тем самым позволяя реализовывать полную мощность двигателя заданного объема. Нагнетатель не нуждается в установке дорогостоящего коллектора и массе сложных доработок – только в минимальных;
• Большинство компрессоров просты в установке – с этой работой могут справиться практически все СТО.

При этом полезный КПД подавляющего большинства механических нагнетателей падает

по мере увеличения отнимаемой от двигателя мощности. В случае турбин ситуация обратная. Также нагнетатель не понижает расход топлива. Многие автолюбители сходятся на том, что турбина является более универсальным агрегатом . Если же автолюбитель решился на установку механического нагнетателя, ему стоит учитывать следующее:

• Центробежные компрессоры дают стабильную прибавку мощности (особенно на высоких оборотах), но из-за своей геометрии их не всегда получается уместить под капотом авто. Проблема отчасти компенсируется тем, что агрегат можно установить на некотором отдалении от впускного коллектора;
• Выбирая объемным нагнетатель, стоит отдавать предпочтение агрегатам с переменным рабочим объемом – они наиболее универсальны и имеют приемлемую геометрию. Также хороши винтовые компрессоры, но они несколько крупнее. Прибавка мощности может оказаться не слишком впечатляющей.

Сразу отметим, что в выборе подходящего компрессора много нюансов. Вот например: эффективность центробежного компрессора зависит от оборотов двигателя, но вследствие высокого КПД он дает ощутимую прибавку мощности даже на малых оборотах, однако полностью раскрывает свой потенциал на высоких. Нагнетатели объемного типа дают хорошую прибавку мощности прямо с холостых, что делает их отличным вариантом как для тяжелых автомобилей (универсалы, кроссоверы), так и коммерческого транспорта. Итого: центробежные – скорее для высоких

оборотов, в меньшей степени для низких; объемные – скорее длянизких , в меньшей для всех остальных.

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.

Нагнетатель воздуха на авто – не все так просто

Другой особенностью стала повышенная вероятность возникновения детонации бензинового двигателя. Когда нагнетатель осуществляет дополнительную подачу воздуха в мотор, то возникающие в них при сжатии повышенные температура и давление могут вызвать детонацию, вследствие чего возможно разрушение двигателя, или как минимум, его преждевременный значительный износ. Избежать этого поможет использование высокооктановых видов топлива или декомпрессия, так по-другому называется уменьшение степени сжатия.

Новые виды горючего дороги, что увеличивает стоимость эксплуатации авто, а декомпрессия приводит к снижению выдаваемой мощности, т.е. теряется эффект от использования наддува воздуха.

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;

Устройство

Механический нагнетатель во многом похож на турбонаддув. Обе системы нагнетают воздух. Но рассматриваемый вариант обладает важным преимуществом, поскольку имеет незначительную задержку в срабатывании, является менее энергозатратной и экономичной.

Конструктивно приводной нагнетатель состоит из:

Есть и вспомогательные элементы, куда же без них.

Саму же работы можно описать примерно так:

Как раз тут и появляется та самая разница в давлении. Находясь под высоким давлением, воздух оказывается в цилиндрах. Там он сжимается, тем самым повышается температура. Чтобы охладить систему, применяется интеркулер.