Что такое нагнетатель


что это, какую роль выполняет, устройство и принцип действия

Увеличение мощности в современных двигателях чаще всего реализуют за счет наддува. Многие думают, что для этого используются только турбины, но есть разные варианты и одним из самых надежных и практичных является механический нагнетатель. Он обеспечивает хороший прирост мощности. При этом узел достаточно надежен за счет простой конструкции и дает хорошие результаты во всем диапазоне оборотов.

Что такое механический нагнетатель

В этом варианте наддува мотора основным узлом является нагнетающий узел. Он отличается от турбины тем, что механизм приводится в движение не за счет давления выхлопных газов, а за счет двигателя, для этого используется привод. Основные названия этого варианта – компрессор (этот термин можно встретить во многих спортивных моделях Мерседесов) или суперчарджер (применяют в основном в Северной Америке). Подобные решения бывают двух основных типов:

  1. Центробежный нагнетатель.
  2. Механический объемного типа.

Независимо от разновидности принцип работы нагнетателей примерно одинаков. Но при этом за образец всегда берутся варианты объемного типа. Как показали исследования инженеров многих концернов, производящих автомобили, установка компрессора не сильно влияет на ресурс мотора и уменьшает его незначительно.

А если применять модели нагнетателей, повышающие обороты двигателя в нижнем и среднем диапазонах, то мотор, будет служить на порядок дольше, чем без тюнинга. Конечно, очень важно правильно подобрать модель компрессора и установить его по рекомендациям производителя, чтобы добиться максимальной эффективности.

К сведению!

При установке нагнетателя зачастую приходится менять поршни и шатуны на кованые, а также дорабатывать ряд других деталей. Это связано с тем, что с ростом мощности повышается нагрузка на узлы мотора, увеличивается давление в камере сгорания, и перепады температур становятся на порядок больше.

Как устроен наддув

Кроме основного элемента в систему входят и другие узлы. Поэтому при модернизации двигателя приходится устанавливать ряд элементов. Конструкция имеет такие составляющие:

  1. Центробежный или объемный нагнетатель.
  2. Один или несколько датчиков температуры воздуха.
  3. Интеркулер.
  4. Фильтр очистки воздуха.
  5. Заслонка в перепускном трубопроводе и дроссельная заслонка.
  6. Датчик давления воздуха.

Главный управляющий узел компрессора – дроссельная заслонка. При больших нагрузках она открыта до конца, а заслонка трубопровода закрыта, чтобы весь воздух подавался непосредственно во впуск.

На малых оборотах заслонка открывается частично, а клапан перепускного трубопровода открыт, чтобы возвращать неиспользуемый воздух обратно. Обычно в системе расположен интеркулер, позволяющий охлаждать проходящий воздух. А это увеличивает степень сжатия: чем воздух холоднее, тем он плотнее.

К сведению!

В некоторых системах интеркулер не используется, это существенно упрощает их.

Механический наддув всегда работает от коленвала, но привод может быть реализован по-разному. Основные варианты:

  1. Прямой привод, в этом случае компрессор устанавливают на фланцы коленчатого вала. Эффективность высокая, но если мотор изначально не был рассчитан на данный узел, то реализовать проект сложно.
  2. Шестеренчатый вариант работает за счет системы шестерней. Это достаточно простое и очень надежное решение, но при работе такой привод издает очень много шума, поэтому его не используют те, кто ценит комфорт.
  3. Ременная передача – самая популярная и распространенная благодаря простоте конструкции и минимальному уровню шума. Могут использоваться разные типы ремней – клиновидные, зубчатые либо плоские. Нужно постоянно проверять натяжение и менять ремень. При износе он начинает проскальзывать на высоких нагрузках.
  4. Привод от цепи тоже относится к надежным, но его сложно устанавливать и необходимо постоянно обслуживать для нормальной работы. По уровню шума он уступает только ременной передаче.

Система достаточно проста, разобраться в устройстве механического нагнетателя несложно, гораздо труднее установить его на машину и настроить так, чтобы обеспечить максимальную эффективность. Лучше всего подобрать узлы от одного производителя, тогда точно не возникнет вопросов с совместимостью.

Особенности нагнетателей объемного типа

Системы нагнетания этого вида отличаются тем, что объемный КПД у них всегда на одном уровне. Чем быстрее вращается коленвал, тем больше обороты на компрессоре и тем выше эффективность работы системы. Такие варианты дают хороший прирост мощности во всем диапазоне оборотов. Если классифицировать компрессоры наддува по приводу и конструктивным отличиям, можно выделить несколько основных разновидностей:

  1. Винтовые.
  2. Спиральные.
  3. Роторно-пластинчатые.
  4. Поршневые.
  5. Поршневые с меняющимся рабочим объемом.

В качестве примера разберем тип изделий Roots как самый популярный и доступный по стоимости для обычных автолюбителей. Главным элементом конструкции являются два ротора особой конфигурации, связанные между собой шестернями. Этот вариант отличает то, что воздух сжимается не в основном тракте, а в нагнетательной части, из-за чего данный тип относят к системам со внешним сжатием.

Вращение роторов провоцирует формирование области с пониженным давлением, которая становится больше с ростом оборотов. За счет этого забор воздуха существенно увеличивается, а когда он проходит через роторы, то сжимается и подается во впуск. Но за счет особенностей конструкции при повышении оборотов возникает турбулентность и часть воздуха теряется, что негативно сказывается на КПД узла.

Из-за турбулентности корпус компрессора для нагнетания воздуха сильно разогревается при езде на высоких оборотах, поэтому система всегда включает в себя интеркулер, чтобы снижать температуру.

Второй вариант подобного компрессора – механический нагнетатель воздуха Lysholm, названный по фамилии шведского инженера, разработавшего его в 30-х годах прошлого века. Роторы точно подогнаны друг к другу, на их поверхности сделано множество канавок, через которые воздух проталкивается во впуск. За счет массивности винтов этот вариант эффективно работает под большой нагрузкой и при этом не перегревается. Но размеры и вес намного больше, а сложность производства делает этот тип востребованным только в премиум-сегменте.

К сведению!

Турбины Лисхольм обеспечивают отличный КПД на любых оборотах, поэтому их используют в гоночных авто.

Устройство центробежных нагнетателей

 

Центробежные компрессоры на авто больше всего распространены на сегодняшний день в силу простоты конструкции и дешевизны. Эту разновидность иногда называют Vortech, что неправильно, так как это название самого популярного производителя, но подобные варианты делают и другие компании. Они появились одними из первых, их главное отличие – огромная скорость крыльчатки. При пиковых нагрузках достигающая 60 тысяч оборотов в минуту.

Конструкция состоит из так называемой «улитки», кожуха и крыльчатки. В процессе подачи воздуха во впускной тракт не создается очень большое давление, но и этого достаточно для того, чтобы на порядок увеличить мощностные показатели двигателя. При этом нельзя устанавливать эту разновидность напрямую, в конструкции всегда есть редуктор.

Чтобы подавать больше воздуха, крыльчатке необходимо вращаться быстрее. При работе на больших оборотах возникает характерный шум, который может быть и достаточно сильным. Автолюбители выбирают это решение из-за простоты монтажа и неприхотливости в плане обслуживания.

Что лучше выбрать

В первую очередь стоит определиться, чем лучше оборудовать мотор – нагнетателем или турбиной. Очень часто автомобилисты отдают предпочтения второму варианту, так как он больше распространен, известен своим хорошим ресурсом, простым обслуживанием и прибавкой в мощности, особенно на высоких оборотах. Двигатель с нагнетателем имеет такие преимущества:

  1. Объем горючей смеси возрастает до показателей, обеспечивающих максимальную отдачу двигателя.
  2. При монтаже не нужно покупать дорогой коллектор и вносить ряд изменений в систему подачи воздуха, доработки намного проще.
  3. При наличии определенного набора инструментов и навыков ремонта авто можно поставить компрессор самостоятельно. Или сделать все в сервисе, с такой работой справится практически любая мастерская.
Важно!

При росте мощности КПД почти у всех нагнетателей снижается, в то время как у турбин он растет. Турбина способствует экономии топлива, в то время как компрессор на расход не влияет.

Если принято решение использовать механический вариант, то необходимо продумать, какой результат требуется от нагнетателя.

При выборе следует учитывать такие рекомендации:

  1. Если будет использоваться объемный нагнетатель, лучше отдать предпочтение модификациям с переменным объемом ввиду их универсальности и удобной конфигурации.
  2. Винтовой нагнетатель работает эффективно с холостых оборотов, поэтому он отлично подойдет для тяжелого транспорта и грузовиков. При этом стоит учитывать его размер — корпус заметно крупнее других разновидностей.
  3. Центробежный вариант обеспечивает неплохой прирост мощностных показателей, но особенно он эффективен на высоких оборотах. Его конструкция может создать определенные проблемы при установке на двигатель из-за высокого профиля, но можно сместить агрегат в подходящее место подкапотного пространства.

Если необходима прибавка мощности на низких и средних оборотах, лучше отдать предпочтение объемным разновидностям. А если важнее всего показатели на высоких оборотах, лучше подойдет центробежный вариант.

Механические нагнетатели – неплохое решение для увеличения мощности двигателя за счет того, что установить их намного проще, чем турбину. Их главное преимущество – хороший прирост показателей во всем диапазоне оборотов. Это позволяет использовать компрессоры не только там, где важна скорость, но и для машин, где на первое место выходит мощность на низких оборотах.

Механический нагнетателя для двигателя — какие бывают

Желанию человека довести всё до совершенства – нет предела. Сразу с появлением карбюраторного двигателя началась его доработка и модификация с целью увеличения мощности. Меняли количество цилиндров, их расположение, объём. 

Но одна из простых модификаций – это установка нагнетателя воздуха. Она позволяет получить тот же эффект, но с меньшей трудоёмкостью. Таким образом, увеличивается количество сжигаемой смеси. Возрастают обороты мотора и его мощность. 

Существуют несколько видов механических нагнетателей: 

  • центробежный;
  • объёмный;
  • винтовой;
  • лопастный;
  • спиральный. 

Центробежные нагнетатели воздуха

Ввиду доступности цены и безотказности в работе самый популярный из всех нагнетателей – центробежный. Главной внутренней частью его является крыльчатка, которая находится в похожем на улитку кожухе. Крыльчатка может приводиться в движение разными способами: электрическим, механическим (от коленчатого вала) или турбиной, раскручиваемой выхлопными газами. 

Раскручивая воздух, крыльчатка создаёт центробежную силу, которая создаёт разряжение воздуха в центре «улитки», где находится входное отверстие. Попадая внутрь «улитки», воздух выходит под давлением из выходного отверстия сбоку. 

Есть недостатки у данного способа. Для эффективной работы такого нагнетателя у крыльчатки должны быть нешуточные обороты, и этот способ поддува создаёт много шума. 

Объёмный нагнетатель воздуха

Этот компрессор будто выполнен по образу масляного насоса. Два ротора, похожие на увеличенные шестерни насоса системы смазки, таким же способом качают воздух. Эти два ротора сближаются друг с другом и с корпусом на максимально допустимое расстояние, но не касаются. Они между собой синхронизированы шестернями, что исключает соприкосновения. 

Такой способ намного тише центробежного, но тоже имеет ряд своих недостатков. Один из существенных – это порог мощности, т.е. при разгоне коленчатым валом до определённых оборотов насос перестаёт подавать необходимое количества воздуха. Также он очень сильно греется. Это происходит не только из-за эффекта сжатия воздуха, но дополнительно из-за «турбулентности». Такие нагнетатели оборудуют дополнительным охлаждением, и это увеличивает их массу. 

Винтовой нагнетатель

Роторы этого нагнетателя выполнены в виде двух винтов с правой нарезкой. Они синхронно крутятся на минимальном расстоянии друг относительно друга, не соприкасаясь. Захватывают порциями воздух и «проталкивают» его. Такие компрессоры требуют точно подогнанных деталей. В результате такой точной калибровки деталей они работают практически без потерь даже на малых оборотах коленчатого вала. Вот только из-за высокой сложности изготовления такой нагнетатель стоит немалых денег и почти не используется на современных машинах. 

Лопастной нагнетатель

Этот нагнетатель имеет сравнительно простое устройство. Корпус выполнен в виде цилиндра. Ротор на четверть меньше корпуса и немного смещён от центра. Лопасти ротора выдвигаются посредством центробежной силы и соприкасаются с корпусом. Захватывая большие порции воздуха двумя лопатками, он переносит воздух к выходному отверстию, создавая давление. Входное и выходное отверстия расположены по краю цилиндрического корпуса, но таким образом, чтобы крыльчатка ротора захватывала больше воздуха. 

Этот компрессор довольно эффективен даже на небольших оборотах коленчатого вала. Такие насосы имеют хороший КПД, и они почти не нагревают воздух. У этих нагнетателей один недостаток – быстрый износ лопастей в результате трения о корпус. 

Спиральный компрессор

В литом корпусе, выполненном изнутри в виде спирали, находится точно повторяющий его изгибы плунжер. Тот приводится в движение эксцентричным механизмом таким образом, чтобы воздух перемещался от краёв корпуса к центру. В центре находится выходное отверстие, в которое воздух буквально выдавливается. Избыток давления контролируется перепускным клапаном. 

Плюсы и минусы эксплуатации наддува 

Изготовлен такой компрессор преимущественно из алюминиевых сплавов, в составе которых есть магний. Из-за высоких нагрузок трением эти насосы недолговечны – это их существенный минус. 

Использование нагнетателя заметно увеличивает мощность и оборотистость двигателя. Однако использование компрессора, имеющего именно механический привод, неэффективно. При больших оборотах такие устройства дают слабину и начинают забирать мощность на свой привод. Еще данные системы массивны и шумны. 

Основной недостаток любой подобной системы – уменьшение долговечности мотора. При неверных настройках (например, при выходе из строя перепускного клапана) они могут в секунды разрушить двигатель, вызвав эффект детонации. А значит, эти системы требуют повышенного внимания при эксплуатации. 

Похожее

Компрессор (приводной нагнетатель)

Прокачать «сердце» автомобиля, усилить его движущую мощь хочет каждый автолюбитель. Есть несколько способов для получения заметного результата, но самым простым и распространенным является оборудование двигателя наддувом воздуха. Благодаря этому простому методу, можно добиться значительной прибавки лошадиных сил без увеличения рабочего объема, что в последнее время активно применяется большинством зарубежных автопроизводителей. Самыми распространенными являются турбокомпрессоры и приводные нагнетатели, которые на первый взгляд очень похожи, но в действительности имеют различия в конструкциях, тем самым оказывая разное влияние на характер автомобиля.

Чтобы понять, как работает эта система, не нужна специальная подготовка. Всё довольно просто: в цилиндры подается дополнительная порция воздуха, которая создает положительное давление на впуске. Это изменение отслеживается системой управления двигателем, которая настроена на приготовление рабочей смеси оптимального состава, что заставляет ее увеличить подачу топлива. В итоге мы получаем состав, при сгорании которого выделяется больше энергии, что и приводит к повышению мощности двигателя.

Рассмотрим основные отличия данных систем. Источником энергии для турбокомпрессоров являются отработанные газы двигателя, которые вращают турбинное колесо устройства. В отличие от них, приводные нагнетатели используют механическую передачу от коленвала двигателя. Поэтому производительность наддува находится в прямой зависимости от частоты вращения мотора, то есть компрессор в любой момент обеспечивает необходимую подачу воздуха.


Типы приводных нагнетателей

За последние сто лет было создано много типов приводных нагнетателей, но в современном автомобилестроении применяются чаще всего только три разновидности: роторные, винтовые и центробежные. Подача воздуха в первых двух видах производится при помощи двух цилиндрических вращающихся роторов особой формы, а в третьем — лопатками крыльчатки.


Роторные компрессоры

Ключевыми характеристиками роторных компрессоров является простота конструкции, большой срок эксплуатации, уравновешенность, высокая чистота подаваемого воздуха и положительная зависимость давления воздуха за компрессором от частоты вращения роторов. Эта особенность важна при работе двигателя в часто меняющихся режимах. Воздух в рабочей полости компрессора не сжимается, поэтому роторные приводные нагнетатели еще называют компрессорами с внешним сжатием. Устройства эффективны только при умеренной степени повышения давления, которая равна отношению величины давления нагнетания к давлению всасывания. При росте давления на впускном окне, КПД компрессора резко падает.

Чаще всего применяются роторные компрессоры, оснащенные двумя одинаковыми роторами и отличающиеся поперечным расположением впускного и выпускного окон в корпусе устройства. Это наглядно видно на приведенном рисунке.

К недостаткам таких компрессоров можно отнести заметную зависимость КПД устройства от величины зазоров между работающими деталями, большой нагрев, пульсацию давления нагнетания и сильный шум, которые заметны при применении простых в изготовлении прямозубых роторов. Исходя из этого, роторные компрессоры в основном используют для создания положительного давления со значениями не более 0,5-0,6 бара.

Стараясь уменьшить шум и улучшить равномерность подачи воздуха, роторы делают спиральной формы. Но даже эти ухищрения, как и применение окон клиновидной формы, только уменьшают пульсацию давления. Устранить ее полностью в компрессоре с внешним сжатием практически невозможно. Заметного уменьшения амплитуды пульсаций позволяет добиться применение трехзубчатых роторов вместо двухзубчатых. В этом случае период пульсации давления и скорости в проточной части устройства соответствует 60° угла поворота роторов.


Винтовые компрессоры

В отличие от роторного типа устройств, винтовые компрессоры обеспечивают диагональное движение воздуха в проточной части. Внутреннее сжатие достигается изменением объема полостей между корпусом и вращающимися винтовыми роторами. Такая конструкция позволяет получать довольно высокую степень повышения давления воздуха при высоком КПД (более 80%). Большая скорость вращения компрессора (до 12 тыс. об/мин) позволила снизить его габариты, к тому же появилась возможность использовать привод от газовой турбины.

Основными преимуществами винтового компрессора являются его высокая надежность и уравновешенность. Нагнетаемый воздух не содержит примесей масла, поэтому он наиболее пригоден для работы с поршневым двигателем.

Недостатком такого компрессора часто называют особую сложность формы роторов и их массивность, что ведет к их высокой стоимости. При работе винтовой компрессор производит шум высокой частоты, который вызывается пульсациями давления в режимах всасывания и нагнетания.

Рассмотрим конструкцию винтового компрессора на приведенном рисунке:

Его роторы представляют собой зубчатые колеса со спиральными зубьями, которые имеют большой угол наклона спирали. Профили зубьев и выемок роторов полностью соответствуют друг другу. В процессе работы зубья роторов не соприкасаются с корпусом и между собой, что достигается применением синхронизирующих шестерен на валах роторов. При этом отношение количества зубьев шестерен равно отношению количества зубьев соответствующих роторов. Основным распределительным органом при этом выступает ротор с впадинами.

Винтовые компрессоры могут создавать давление до 1 бара, а в некоторых случаях и выше, поэтому чаще всего применяются на мощных и скоростных автомобилях.


Центробежные компрессоры

Наибольшее распространение в двигателях внутреннего сгорания получили центробежные компрессоры. Этот тип устройств относится к лопаточным машинам, принцип действия которых основан на взаимодействии потока воздуха с лопатками рабочего колеса и неподвижных элементов машины. По сравнению с другими конструкциями, центробежные компрессоры имеют более компактные размеры и относительно просты в изготовлении.

Конструкция центробежного компрессора состоит из входного устройства, рабочего колеса (крыльчатки), и диффузора, который включает в себя безлопаточную и лопаточную части, причём последняя может отсутствовать. Также имеется воздухосборник, чаще всего выполняемый в виде улитки. В центробежном компрессоре воздух, пройдя через фильтр, попадает во входное устройство, которое для устойчивости потока постепенно сужается по направлению движения и служит для равномерного его подвода к колесу при минимальных потерях. Рабочее колесо устанавливается на шлицах, но в случае небольших размеров, может крепиться на гладком валу, который через механическую передачу связывается с коленвалом двигателя или рабочим колесом газовой турбины.

Основополагающими параметрами центробежного компрессора являются: расход воздуха, степень повышения давления и КПД компрессора. В современных устройствах, применяемых для наддува двигателей внутреннего сгорания, эти параметры могут изменяться в широком диапазоне. Так, например, степень повышения давления в компрессорах, приводимых в движение валом двигателя, может достигать 1,2 единиц. А в случае использования центробежного компрессора в форсированном комбинированном двигателе ее значение может достигать 3-3,5.

Центробежные компрессоры имеют много общего с турбокомпрессорами. Они довольно компактны, имеют небольшую цену и достаточно долговечны. Конечно, они не отличаются большим КПД и теряют свою эффективность на малых оборотах, но довольно часто применяются на отечественных автомобилях ВАЗ.

Хорошим примером такого устройства может служить компрессор "АutoTurbo" для ВАЗ 2110-2112 16V, 2170-2172 16V. Он может быть установлен на модель Лада-Приора, оснащенную ГУР или кондиционером. В комплекте используется серийный компрессор PK 23-1, создающий избыточное давление наддува до 0,5 бар при скорости вращения 5200 об/мин. Для его установки не требуется внесения изменений в конструкцию двигателя, только рекомендуется понизить степень сжатия путем замены штатной прокладки головки блока на более толстую. Разработчики изначально рассчитывали на максимальное упрощение установки компрессора, поэтому он может быть установлен автолюбителем самостоятельно.

Для установки на модель Нива-Шевроле предназначен центробежный компрессор "АutoTurbo" с установочным комплектом для ВАЗ 2123. В устройстве применен компрессор ПК-23, который при своевременной замене ремня и подшипников обладает неограниченным ресурсом. Создавая давление наддува до 0,5 бар, устройство отличается сравнительно небольшими габаритами и бесшумностью работы. Данный нагнетатель может устанавливаться на любые двигатели с максимальным объёмом 3 л.

Что такое нагнетатель воздуха?

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

Автомобильные нагнетатели

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

  • Центробежные
  • Roots
  • Винтовые

Далее предложен разбор каждого конкретного типа.

Немного исторических сведений

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

Центробежный нагнетатель

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

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

Компрессор типа Roots

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

Винтовой нагнетатель воздуха

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

Итоги о нагнетателях

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

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

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

Приводные нагнетатели — журнал За рулем

«Мото» начинает цикл материалов о наддувных силовых агрегатах. И если с первого взгляда их количество ничтожно мало, то это только с первого. Со второго становится понятно, что мы уже одной ногой в плотном мирке моторов с принудительным кормлением.

000_MOTO_1110_072

К преимуществам центробежников можно отнести простоту конструкции, компактность и малый вес. А также отсутствие жесткой необходимости применения интеркулеров, ибо греют воздух они намного меньше, чем лопастные нагнетатели и турбокомпрессоры.

К преимуществам центробежников можно отнести простоту конструкции, компактность и малый вес. А также отсутствие жесткой необходимости применения интеркулеров, ибо греют воздух они намного меньше, чем лопастные нагнетатели и турбокомпрессоры.

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

Чтобы избавить воздушный поток от лишних завихрений на лопастях крыльчатки, на вал часто устанавливают «кок».

Чтобы избавить воздушный поток от лишних завихрений на лопастях крыльчатки, на вал часто устанавливают «кок».

003_MOTO_1110_072

Количество лопастей и их профиль подбираются в полной гармонии с частотой вращения на рабочих режимах.

Количество лопастей и их профиль подбираются в полной гармонии с частотой вращения на рабочих режимах.

004_MOTO_1110_072

Величина зазора между лопастями крыльчатки и корпуса — основной параметр, влияющий на эффективность компессора.

Величина зазора между лопастями крыльчатки и корпуса — основной параметр, влияющий на эффективность компессора.

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.

005_MOTO_1110_072

Rotrex применяет планетарный редуктор, только от привычного он отличается тем, что все вращающиеся элементы — гладкие.

Rotrex применяет планетарный редуктор, только от привычного он 

Как работает механический нагнетатель воздуха вавтомобиле

Можно ли маломощный двигатель превратить в резвый? Любой представитель тюнинговой мастерской ответит на этот вопрос утвердительно. Вам придётся лишь сделать выбор в пользу одной из двух распространённых технологий: механического или турбированного наддува.

Сегодня речь пойдёт о механических нагнетателях, именуемых в среде специалистов суперчарджерами. Благодаря их использованию удаётся повысить мощность силовой установки на 50%, то есть из 100-сильного мотора получить 150-сильный двигатель с соответствующими динамическими характеристиками.

Механическим такой компрессор называется потому, что приводится в движение посредством отбора мощности у коленвала, то есть механическим способом (в отличие от турбин, где движущей силой является энергия выхлопных газов).

Если бы не потери мощности за счёт использования механического привода, прирост

Как работают нагнетатели | HowStuffWorks


Базовый двигатель с добавлением нагнетателя.

В обычном четырехтактном двигателе один такт используется для впуска воздуха. Этот процесс состоит из трех этапов:

  1. Поршень движется вниз.
  2. Создает вакуум.
  3. В камеру сгорания засасывается воздух атмосферного давления.

Как только воздух втягивается в двигатель, его необходимо объединить с топливом для образования заряда - пакета потенциальной энергии, который можно превратить в полезную кинетическую энергию с помощью химической реакции, известной как сгорание .Свеча зажигания инициирует эту химическую реакцию, воспламеняя заряд. Когда топливо подвергается окислению, выделяется большое количество энергии. Сила этого взрыва, сосредоточенная над головкой блока цилиндров, опускает поршень вниз и создает возвратно-поступательное движение, которое в конечном итоге передается на колеса.

Если добавить в заряд больше топлива, взрыв будет более мощным. Но вы не можете просто закачать больше топлива в двигатель, потому что для сжигания определенного количества топлива требуется точное количество кислорода.Эта химически правильная смесь - 14 частей воздуха на одну часть топлива - необходима для эффективной работы двигателя. Итог: чтобы залить больше топлива, вам нужно добавить больше воздуха.

Это работа нагнетателя. Нагнетатели увеличивают потребление за счет сжатия воздуха выше атмосферного без создания вакуума. Это нагнетает больше воздуха в двигатель, обеспечивая «наддув». С дополнительным воздухом в наддуве можно добавить больше топлива в заряд, и мощность двигателя увеличится.Наддув добавляет в среднем на 46 процентов больше лошадиных сил и на 31 процент больше крутящего момента. В условиях большой высоты, когда характеристики двигателя ухудшаются из-за низкой плотности и давления воздуха, нагнетатель подает в двигатель воздух с более высоким давлением, чтобы он мог работать оптимально.

В отличие от турбокомпрессоров, которые используют выхлопные газы, образующиеся при сгорании, для питания компрессора, нагнетатели получают энергию непосредственно от коленчатого вала. Большинство из них приводится в движение дополнительным ремнем, который оборачивается вокруг шкива, соединенного с ведущей шестерней.Приводная шестерня, в свою очередь, вращает шестерню компрессора. Ротор компрессора может иметь различную конструкцию, но его работа заключается в том, чтобы всасывать воздух, сжимать его в меньшее пространство и выпускать его во впускной коллектор.

Чтобы нагнетать воздух, нагнетатель должен вращаться быстро - быстрее, чем сам двигатель. Если приводная шестерня больше шестерни компрессора, компрессор вращается быстрее. Нагнетатели могут вращаться со скоростью от 50 000 до 65 000 оборотов в минуту (об / мин).

Компрессор, вращающийся со скоростью 50 000 об / мин, дает прирост от шести до девяти фунтов на квадратный дюйм (psi). Это на шесть-девять фунтов на квадратный дюйм больше атмосферного давления на определенной высоте. Атмосферное давление на уровне моря составляет 14,7 фунта на квадратный дюйм, поэтому при обычном наддуве от нагнетателя в двигатель попадает примерно на 50 процентов больше воздуха.

По мере сжатия воздух становится более горячим, а это означает, что он теряет свою плотность и не может так сильно расширяться во время взрыва. Это означает, что он не может создать столько мощности, когда воспламеняется свечой зажигания.Чтобы нагнетатель работал с максимальной эффективностью, сжатый воздух, выходящий из нагнетательного агрегата, должен быть охлажден до того, как он попадет во впускной коллектор. За этот процесс охлаждения отвечает интеркулер. Интеркулеры бывают двух основных типов: промежуточные охладители воздух-воздух и промежуточные охладители воздух-вода. Оба работают так же, как радиатор, с более холодным воздухом или водой, направляемыми по системе трубок. Когда горячий воздух, выходящий из нагнетателя, встречается с трубами охладителя, он также охлаждается. Снижение температуры воздуха увеличивает плотность воздуха, что приводит к более плотному входу заряда в камеру сгорания.

Далее мы рассмотрим различные типы нагнетателей.

Объявление

.

Плюсы и минусы турбокомпрессоров по сравнению с нагнетателями: инженерное объяснение

Вы когда-нибудь задумывались, какие преимущества турбокомпрессора перед нагнетателем? Или наоборот? Что ж, не удивляйтесь, потому что вот лучшее объяснение, которое вы, вероятно, когда-либо прочитали ...

Когда втягивание атмосферного воздуха не обеспечивает достаточной мощности, производители и тюнеры обратились к принудительной индукции.Это лучший способ добиться значительного увеличения мощности практически с любым двигателем, и есть два основных способа добиться этого: наддув и турбонаддув.

В чем разница? Нагнетатель - это воздушный компрессор, приводимый в движение коленчатым валом двигателя, обычно связанный ремнем. В качестве альтернативы турбокомпрессор - это просто воздушный компрессор, приводимый в действие турбиной, работающей на выхлопных газах. Это одно ключевое отличие; нагнетатель требует мощности двигателя для работы, в то время как турбонагнетатель использует ненужную энергию, создаваемую двигателем.Вы можете предположить, что, поскольку турбонагнетатель работает на отработанных газах, он более эффективен, и вы правы!

1. Преимущества и недостатки турбокомпрессора:

Плюсы:

  • Значительное увеличение мощности.
  • Зависимость мощности от размера: позволяет двигателям меньшего объема производить гораздо большую мощность по сравнению с их размером.
  • Лучшая экономия топлива: меньшие двигатели потребляют меньше топлива на холостом ходу и имеют меньшую вращательную и возвратно-поступательную массу, что улучшает экономию топлива.
  • Более высокий КПД: турбокомпрессоры расходуют энергию, которая обычно теряется в двигателях с наддувом и без наддува (выхлопные газы), поэтому рекуперация этой энергии повышает общий КПД двигателя.

Минусы:

  • Turbo lag: турбокомпрессоры, особенно большие турбокомпрессоры, требуют времени, чтобы раскрутиться и обеспечить полезный наддув.
  • Порог наддува: для традиционных турбонагнетателей они часто рассчитаны на определенный диапазон оборотов, в котором поток выхлопных газов достаточен для обеспечения дополнительного наддува двигателя. Обычно они не работают в таком широком диапазоне оборотов, как нагнетатели.
  • Скачок мощности: в некоторых турбокомпрессорах, особенно с более крупными турбинами, достижение порогового значения наддува может обеспечить почти мгновенный скачок мощности, который может ухудшить сцепление шин с дорогой или вызвать некоторую нестабильность автомобиля.
  • Требование масла: турбокомпрессоры сильно нагреваются и часто попадают в систему подачи масла в двигатель. Это требует дополнительной сантехники и требует более высоких требований к моторному маслу. Нагнетатели обычно не требуют смазки моторным маслом.

Вот короткое видео о том, как работают турбокомпрессоры. Судите сами о моих способностях рисования, это второе видео, которое я когда-либо делал…

2.Преимущества и недостатки нагнетателя:

Плюсы:

  • Увеличенная мощность: добавление нагнетателя к любому двигателю - быстрое решение для увеличения мощности.
  • Нет лагов: самое большое преимущество нагнетателя перед турбонагнетателем в том, что у него нет лагов. Подача мощности происходит немедленно, поскольку нагнетатель приводится в движение коленчатым валом двигателя.
  • Повышение низких оборотов: хорошая мощность на низких оборотах по сравнению с турбокомпрессорами.
  • Цена: экономичный способ увеличения мощности.

Минусы:

  • Менее эффективен: самый большой недостаток нагнетателей заключается в том, что они забирают мощность двигателя просто для выработки мощности двигателя. Они работают от ремня двигателя, соединенного с коленчатым валом, так что вы, по сути, приводите в действие воздушный насос с помощью другого воздушного насоса. Из-за этого нагнетатели значительно менее эффективны, чем турбокомпрессоры.
  • Надежность: со всеми системами принудительной индукции (включая турбокомпрессоры) внутренние части двигателя будут подвергаться более высоким давлениям и температурам, что, конечно же, повлияет на долговечность двигателя. Лучше всего строить двигатель снизу вверх, чтобы выдерживать такое давление, а не полагаться на стандартные внутренние компоненты.

Нагнетатели часто идут рука об руку с большими двигателями V8, и они, безусловно, способны производить большую мощность. Вот видео о том, как они работают:

Что я предпочитаю?

Как инженер, трудно не принять сторону эффективности.Просто турбокомпрессоры имеют больше смысла, поскольку они повышают эффективность двигателя несколькими способами. Нагнетатели являются дополнительным требованием к двигателю, даже если они способны производить полезный наддув на низких оборотах. Но если вы не можете решить, можно использовать оба одновременно, и это называется двойной зарядкой.

Источник изображения: Mercedes AMG Petronas

Куда все пойдет в будущем?

Электрические турбины, вероятно, будут более распространены в транспортных средствах будущего, где электродвигатель раскручивает турбонагнетатель на низких оборотах, производя полезный наддув до тех пор, пока выхлопных газов не станет достаточно для питания турбо.Именно это происходит в Формуле 1 с системой ERS, и это решение самого большого недостатка турбонаддува - турбо-лага.

Вот видео, объясняющее, как электрические турбокомпрессоры используются в двигателях Формулы 1:

Имея все это в виду, каковы ваши предпочтения; турбокомпрессор или нагнетатель? Или вы больше не интересуетесь бензином…?

.

Что такое электрические нагнетатели и действительно ли они работают?

Нагнетатели

существуют уже несколько десятилетий и представляют собой действенную альтернативу турбонаддувам. Что предпочтительнее вместо обычного механического турбонагнетателя иметь принудительную индукцию с электронным управлением?

Нет ничего лучше, чем нытье нагнетателя.Этот пронзительный визг, исходящий от сетки с ременным приводом, когда она сжимает воздух в цилиндры, - один из наших самых любимых звуков как бензоловых. Некоторые из величайших трансмиссий, когда-либо созданных, почти воспринимаются как «завязанные на болтах», оснащены наддувом, будь то V8 Jaguar, 5,4-литровый двигатель от Mustang GT500 или двигатель мощностью 638 л.с. от Corvette ZR1. Хотя Формула-1 появилась и использовала электродвигатели для целей турбонаддува, электрические нагнетатели также стали появляться в Интернете в качестве возможной модификации в последние несколько лет.Итак, как они работают?

Есть два типа электрического нагнетателя. Первый - это скорее вентилятор, чем конкретно нагнетатель. Прикрепленный непосредственно к впускному коллектору, цилиндрический компонент действует в основном как настольный вентилятор, всасывая воздух во впускной патрубок, а затем нагнетая его в цилиндры. Вы можете найти множество этих хитростей в Интернете, но по сути это большая афера. Эти «нагнетатели» на самом деле представляют собой трюмные насосы, предназначенные для откачки нежелательной воды с палубы небольшой лодки.

Не приближайтесь ни к одному из этих компонентов с болтовым креплением.

Из-за маленьких ребер и относительно низкой скорости этих насосов они не могут создать реальную форму сжатия. Это отсутствие сжатия означает, что всасываемый воздух почти не получает давления, и поэтому воздух, поступающий в цилиндры, почти не получает энергии, что не приводит к увеличению реальной мощности.

Второй тип электрического нагнетателя использует донорный турбонагнетатель с присоединенным электродвигателем, также известный как электронный нагнетатель. Электроэнергия преобразуется в крутящий момент от электродвигателя к вращающемуся рабочему колесу внутри турбонагнетателя, который будет раскручиваться со скоростью увеличения электрического тока, протекающего через него. Благодаря специальным ребрам внутри турбонагнетателя поступающий воздух будет сжиматься до уровня, при котором давление воздуха, подаваемого в цилиндры, будет достаточным, чтобы увидеть реальный прирост мощности.

Это реальная сделка. К нему также прилагается мотор приличного размера, который всегда помогает.

Электроника имеет форму электродвигателя, подключенного к дроссельной заслонке либо на корпусе дроссельной заслонки в моторном отсеке, либо на педали дроссельной заслонки.Это позволяет электродвигателю вращать вентилятор со скоростью, пропорциональной применяемой дроссельной заслонке, имитируя работу с ременным приводом обычного механического нагнетателя. Этот двигатель питается от автомобильного аккумулятора, что создает проблему с электрическим наддувом.

На сжатие воздуха уходит много энергии; около 6-7 л.с. на каждый фунт на квадратный дюйм наддува расходуется из двигателя, чтобы привести в действие механический нагнетатель. Если применить это к электронике, то можно сказать, что 12-вольтовая батарея едва ли будет способна обеспечить энергию, необходимую для работы, примерно такой же, как у кривошипа двигателя.Поэтому комплекты электронного нагнетателя от eBay или любого другого веб-сайта, как правило, практически не обеспечивают увеличения мощности и даже могут вызвать чистое снижение мощности за счет истощения заряда аккумулятора. Хотя электронный нагнетатель может создать необходимый наддув, ему по-прежнему нужен большой источник электроэнергии, чтобы он работал в полную силу.

Аккумулятор на 12 В действительно будет изо всех сил стараться не отставать от E-Supercharger после этого

Следовательно, для питания всего электрооборудования автомобиля, а также дополнительного электронного нагнетателя, действительно потребуется 48-вольтовая батарея.Хотя, учитывая огромное количество электротехники в автомобилях в наши дни, вероятно, скоро 48-вольтовый блок станет стандартом.

Преимущества электрического нагнетателя заключаются в минимальном времени задержки и высокой скорости вращения. В то время как турбонагнетателям может потребоваться пара секунд для раскрутки, а механические нагнетатели все еще имеют некоторую присущую им задержку, электрический нагнетатель может полностью раскрутиться всего за 0,5 секунды через прямое соединение с дроссельной заслонкой, обеспечивая практически мгновенный максимальный наддув.Механические нагнетатели развивают максимальную скорость около 60 000 об / мин, в то время как электрический эквивалент может достигать скорости до 120 000 об / мин, что даже выше, чем у большинства турбонагнетателей.

Подходящий E-Supercharger, с электродвигателем в сочетании с корпусом турбокомпрессора.

Если электрические нагнетатели могут быть полностью спроектированы и объединены с соответствующим электроснабжением, они могут начать новую мини-революцию в рамках нынешней одержимости сокращением размеров.Поскольку производителям приходится полностью решать проблему турбо-лага, поскольку они создают все больше и больше двигателей с принудительной индукцией, электрический наддув может быть мгновенным решением при массовом производстве. Однако из-за затрат, связанных с исследованием и разработкой такого компонента, а также с предстоящими изменениями в источнике питания, которые потребуются для его эффективного функционирования, вероятно, пройдет некоторое время, прежде чем мы увидим, как правильно начинает работать наддув.

С другой стороны, механический наддув уходит в прошлое из-за своего энергозатратного характера и огромного тепла, создаваемого такими системами.Однако, поскольку электроника начинает доминировать почти во всех аспектах автомобилестроения, наддув может скоро вернуться. RIP естественное стремление…

.

Knowledge Boost: выбор нагнетателя

Центробежный против положительного вытеснения

Традиционно, когда упоминается термин «нагнетатель», он вызывает образы маслкаров с выпуклыми воздуходувками в стиле Рутса, вылезающими из моторного отсека и говорящими «мой больше, чем ваш». С годами технологии претерпели значительные изменения, и это относится и к нынешнему поколению нагнетателей.

Для тех, кто не знаком с внутренним устройством, я кратко изложу принцип, лежащий в основе наддува.

При прочих равных, мощность, которую мы можем получить от двигателя, определяется объемом воздуха, который он может потреблять, а в двигателе без наддува она ограничена атмосферным давлением. Разница между давлением во впускном коллекторе и низким давлением, создаваемым в цилиндре поршнем, опускающимся во время такта впуска, заставляет воздух проходить мимо клапанов и заполнять цилиндр.

Нагнетатель искусственно увеличивает давление во впускном коллекторе, что создает больший перепад давления между впускным коллектором и цилиндром, что приводит к нагнетанию большего количества воздуха в двигатель.В разумных пределах, чем большее давление наддува производит нагнетатель, тем больше воздуха можно нагнетать в двигатель и тем больше мощности мы потенциально можем произвести.

Когда дело доходит до нагнетателей, наш выбор сводится к двум вариантам - центробежным или объемным - и в этой истории мы рассмотрим плюсы и минусы каждого из них.

Нагнетатель прямого вытеснения - это, вероятно, то, о чем думает большинство людей, когда слышат термин «нагнетатель», так как это тип, который мы обычно видим висящим на капоте тех маслкаров, о которых я упоминал.Этот тип нагнетателя вытесняет фиксированный объем воздуха за каждый оборот нагнетателя, и если он перемещает больший объем воздуха, чем может потребить двигатель, в результате во впускном коллекторе создается избыточное давление.

Нагнетатели прямого вытеснения можно разделить на тип Рутса и двухвинтовые. Воздуходувка Рутса - старейшая форма нагнетателя, она по-прежнему пользуется огромной популярностью в маслкарах и дрэг-рейсингах (вспомните Dodge Charger Доминика Торетто). Этот тип нагнетателя, который лучше всего воспринимается как воздушный насос, всасывает воздух через верхнюю часть, а пара близко расположенных лопастей нагнетает воздух через корпус нагнетателя и выходит из нижней части.

Более современный подход к нагнетателю прямого вытеснения - это двухвинтовой стиль, который имеет пару замысловатых лепестков, похожих на винты. Эти нагнетатели всасывают воздух через заднюю часть и сжимают воздух, когда он проходит через камеры, объем которых уменьшается по мере достижения выпускного отверстия.

С другой стороны, центробежные нагнетатели

представляют собой турбокомпрессоры с ременным приводом. В них используется компрессорная секция, которая по существу идентична секции турбокомпрессора, но приводится в движение ремнем, а не выхлопными газами.

Этот тип нагнетателя использует центробежную силу от крыльчатки компрессора для ускорения и нагнетания воздуха в двигатель. Это требует, чтобы компрессор вращался на очень высоких скоростях (от 30 000 до 60 000 об / мин), и для этого эти нагнетатели включают коробку передач для увеличения скорости вращения выше той, которую мы можем ожидать от коленчатого вала.

Итак, что лучше? Почему выбирают одно вместо другого? Что ж, «лучший» вариант будет зависеть от того, что вы хотите от своего движка. У обоих есть свои плюсы и минусы, и понимание их поможет облегчить ваш выбор.

Начнем с эффективности. Когда мы сжимаем воздух, его температура естественно повышается, однако количество тепла, попадающего во всасываемый воздух, также будет зависеть от эффективности нагнетателя. Тепло - враг власти, поэтому чем меньше у нас, тем лучше. Здесь центробежный нагнетатель является победителем, работая с большей эффективностью по сравнению с нагнетателем прямого вытеснения, особенно при более высоких уровнях наддува. Это означает, что при том же давлении наддува всасываемый воздух будет холоднее с центробежным нагнетателем, и мы можем ожидать большей мощности.

Я отмечу, однако, что двухвинтовые нагнетатели прямого вытеснения предлагают значительно более высокую эффективность по сравнению с более старыми типами компрессоров Roots, но они по-прежнему обычно не соответствуют должным образом выбранному центробежному нагнетателю.

Раз уж я упомянул температуру на входе, давайте поговорим о интеркулерах. На впуске после нагнетателя установлен промежуточный охладитель для отвода тепла от сжатого всасываемого воздуха. Промежуточное охлаждение центробежного нагнетателя мало чем отличается от двигателя с турбонаддувом, и передний промежуточный охладитель воздух-воздух обычно может быть включен без особых проблем.

Установка нагнетателя прямого вытеснения может быть немного сложнее, поскольку часто нагнетатель устанавливается непосредственно на впускной коллектор или даже как часть впускного коллектора. Это обычное дело для механизма конфигурации «v». Это затрудняет установку воздух-воздух, поэтому более распространенным решением является установка промежуточного охладителя воздух-воздух под нагнетателем. У них есть недостаток в том, что они менее эффективны, чем воздух-воздух, и часто необходимо уменьшить размер промежуточного охладителя, чтобы они подходили.

Удар два для нагнетателя прямого вытеснения? В данном случае да, но не все так плохо, так что читайте дальше.

Еще о чем следует подумать

Одно из ключевых различий между двумя нагнетателями заключается в том, как они создают наддув, а это, в свою очередь, влияет на передачу крутящего момента двигателя. Центробежный нагнетатель требует высокой скорости компрессора для получения полезного наддува, но поскольку нагнетатель приводится в действие двигателем, скорость компрессора напрямую связана с оборотами двигателя.Это означает, что мы не увидим большого наддува при низких оборотах, а кривая наддува будет линейно увеличиваться с увеличением числа оборотов двигателя.

С другой стороны, нагнетатель прямого вытеснения всегда перемещает больше воздуха, чем может потребить двигатель, и это означает, что он может достичь хорошего давления наддува на всем пути от холостого хода, а давление наддува будет достаточно постоянным с частотой вращения. Изображение выше дает хорошее сравнение различий в кривых усиления, которые вы могли ожидать увидеть. Более плоская красная линия - от двухшнекового нагнетателя, а зеленая линия - от центробежного нагнетателя.

Так что это значит для вашей правой ноги? Центробежный нагнетатель отлично справляется с выработкой мощности на высоких оборотах, в то время как нагнетатель прямого вытеснения обеспечивает хорошую мощность на низких оборотах. Из-за их относительной эффективности, если оба типа нагнетателя производили одинаковый наддув, двигатель, оснащенный центробежным нагнетателем, будет развивать большую мощность.

Так как нагнетатель прямого рабочего объема дает достаточно ровную кривую наддува, его эффект заключается в умножении нормальной кривой крутящего момента безнаддувного двигателя.Я имею в виду, что форма кривой крутящего момента будет очень похожей, но у вас везде будет больше крутящего момента. Это почти как установить двигатель большего размера.

Из-за того, что центробежный нагнетатель создает больший наддув при увеличении числа оборотов, этот тип нагнетателя имеет тенденцию к увеличению кривой крутящего момента при увеличении числа оборотов. В результате двигатель чувствует себя так, как будто он просто хочет продолжать тянуть до ограничителя оборотов.

По сути, вам нужно выбрать то, что вы хотите от своего двигателя: монстр с низким крутящим моментом, способный поджарить шины при касании дроссельной заслонки, или двигатель с более линейным откликом, который просто продолжает тянуть сильнее, чем дальше вы его вращаете.

Последнее соображение - установка в моторном отсеке. Современные моторные отсеки становятся все теснее, и найти достаточно места для любой формы нагнетателя может быть проблемой. Нагнетатель прямого вытеснения может иметь здесь некоторые преимущества - особенно в установке V6 или V8, где нагнетатель часто хорошо подходит для долины.

Центробежный нагнетатель может быть сложно установить, но с другой стороны, он может быть установлен удаленно от впускного коллектора, что дает немного больше гибкости их местоположению.

Итак, вот краткий обзор вариантов, с которыми вы сталкиваетесь, если хотите наддув двигателя. Когда дело доходит до модификации автомобиля, нет простого выбора, и выбор подходящего для вас нагнетателя ничем не отличается.

По крайней мере, теперь вы должны иметь твердое представление о вариантах и ​​их влиянии на результаты, которые вы, вероятно, увидите. Если у вас есть какие-либо дополнительные вопросы о более тонких деталях воздуходувок, вашей настройке или ваших будущих планах по увеличению мощности, я буду рад ответить на них в разделе комментариев ниже.

Андре Симон
Instagram: hpa101

Сайт: http://www.learntotune.com

Тема Blower Bash для Speedhunters

.

В чем разница между турбонагнетателем и нагнетателем на двигателе автомобиля?

Начнем с сходства. И турбокомпрессоры, и нагнетатели называются системами принудительной индукции . Они сжимают воздух, поступающий в двигатель (см. Как работают автомобильные двигатели, чтобы узнать о потоке воздуха в обычном двигателе). Преимущество сжатия воздуха заключается в том, что он позволяет двигателю загружать больше воздуха в цилиндр. Больше воздуха означает, что можно залить больше топлива, поэтому вы получаете больше мощности от каждого взрыва в каждом цилиндре.Двигатель с турбонаддувом и турбонаддувом в целом производит больше мощности, чем тот же двигатель без наддува.

Типичный наддув, обеспечиваемый турбокомпрессором или нагнетателем, составляет от 6 до 8 фунтов на квадратный дюйм (psi). Поскольку нормальное атмосферное давление на уровне моря составляет 14,7 фунтов на квадратный дюйм, вы можете видеть, что в двигатель попадает примерно на 50 процентов больше воздуха. Следовательно, вы ожидаете получить на 50 процентов больше мощности. Однако это не совсем эффективно, поэтому вместо этого вы можете получить улучшение на 30-40%.

Объявление

Ключевым отличием турбокомпрессора от нагнетателя является блок питания . Что-то должно обеспечивать питание воздушного компрессора. В нагнетателе есть ремень , который соединяется непосредственно с двигателем. Он получает свою мощность так же, как водяной насос или генератор. Турбокомпрессор, с другой стороны, получает энергию от выхлопного потока . Выхлоп проходит через турбину, которая, в свою очередь, вращает компрессор (подробности см. В разделе «Как работают газотурбинные двигатели»).

В обеих системах есть компромиссы. Теоретически турбокомпрессор более эффективен, потому что он использует «потерянную» энергию в потоке выхлопных газов для своего источника энергии. С другой стороны, турбонагнетатель вызывает некоторое противодавление в выхлопной системе и имеет тенденцию обеспечивать меньший наддув, пока двигатель не будет работать на более высоких оборотах. Нагнетатели легче установить, но они, как правило, дороже.

.

Смотрите также