Механический нагнетатель. Устройство и принцип работы —

drbroman › Блог › Механический нагнетатель. Устройство и принцип действия.

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

Механический нагнетатель. Устройство и принцип действия.

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

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

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

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

Виды механических нагнетателей

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

Роторный нагнетатель Roots

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

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

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

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

Винтовой (спиральный) компрессор Lysholm

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

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

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

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

компрессор Lysholm в сравнении с нагнетателем Eaton типа Roots

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

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

Центробежный нагнетатель

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

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

tihon635 › Блог › Механический нагнетатель. Устройство и принцип работы

Работа двигателя построена на том, что топливо должно быть замешено с необходимым количеством кислорода. Это обеспечит полное и эффективное сгорание горючей смеси и позволит достичь максимально возможной мощности. Больше сгорит – больше мощность. В данной статье речь пойдет про механические нагнетатели воздуха для автомобиля, их устройство и принцип работы.

Для нормальной работы двигателя пропорции смеси топливо–воздух принимаются приблизительно 1:14,7. Если прибавить к стандартному давлению в одну атмосферу, к примеру, еще одну, то получим в 2 раза больше воздуха, а значит, и кислорода, поступающего в цилиндры. Стало быть, мы должны получить от мотора в 2 раза больше мощности. Двигатель объемом 1,5 л при давлении наддува чуть более атмосферы практически эквивалентен трехлитровому «атмосфернику». Это, конечно, грубая арифметика, но идея именно такова.

Принцип работы и устройство центробежного нагнетателя

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

Основная деталь центробежного нагнетателя – рабочее колесо, или крыльчатка. Она имеет довольно сложную конусообразную форму. Лопатки крыльчатки играют самую главную роль. От того, насколько правильно они спроектированы и изготовлены, зависит результирующая эффективность всего нагнетателя.

Принцип работы центробежного нагнетателя состоит в следующем: воздух, пройдя по сужающемуся воздушному каналу в нагнетатель, попадает на радиальные лопасти крыльчатки. Лопасти закручивают и отбрасывают его центробежной силой к периферии кожуха, где имеется диффузор. Зачастую диффузор имеет лопатки, призванные снизить потери давления. Далее воздух выталкивается в окружной воздушный туннель (воздухосборник), который чаще всего имеет улиткообразную форму.

Такая конструкция создает необходимое давление воздушного потока на выходе из нагнетателя. Дело в том, что внутри кольца воздух поначалу движется быстро, и его давление мало. Однако в конце улитки русло расширяется, скорость воздушного потока понижается, а давление увеличивается. Так создается необходимый подпор для накачки цилиндров «спрессованной атмосферой».

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

Высокие рабочие обороты накладывают особые требования на качество используемых материалов и точность изготовления. К минусам самого принципа нагнетания можно также отнести некоторую задержку в срабатывании, хотя нужно отметить, что эта задержка не столь заметна, как у турбонагнетателей.

И еще одно замечание. Как правило, центробежный нагнетатель дает прибавку на довольно высоких оборотах двигателя. Сначала давление нарастает медленно, но затем, с увеличением оборотов, довольно резко возрастает. Эта особенность делает центробежные нагнетатели наиболее пригодными для тех случаев, когда более важно поддержание высоких скоростей, а не интенсивность разгона.

❗ Центробежные нагнетатели воздуха для автомобиля очень популярны. Сравнительно низкая цена и простота установки способствовали тому, что компрессоры этого типа почти вытеснили другие и стали популярны в тюнинге автомобилей.

Нагнетатели воздуха типа ROOTS

Компрессоры типа «Рутс» относятся к классу объемных нагнетателей. Конструкция их довольно проста и более всего напоминает масляный шестеренчатый насос двигателя. В корпусе овальной формы вращаются в противоположные стороны два ротора, имеющие специальный профиль. Роторы насажены на оси, связанные одинаковыми шестернями. Между самими роторами и корпусом поддерживается небольшой зазор.

Основное отличие этого метода нагнетания в том, что воздух сжимается не внутри, а как бы снаружи компрессора, непосредственно в нагнетательном трубопроводе. Именно поэтому их иногда называют компрессорами с внешним сжатием.

Главным минусом такого способа нагнетания является то, что, раз процесс сжатия воздуха осуществляется вовне компрессора, его эффективная работа возможна лишь до определенных значений наддува. Как бы точно ни были выполнены детали компрессора, с ростом давления в нагнетательном трубопроводе увеличивается просачивание воздуха назад, и его КПД ощутимо снижается. Увеличивая скорость вращения роторов, можно несколько снизить утечки воздуха, но это возможно лишь до определенных пределов. Далее мощность, затрачиваемая на вращение самого нагнетателя, может превысить добавочную мощность двигателя.

Еще один существенный недостаток. В компрессорах подобного типа при выдавливании несжатого воздуха в сжатый в нагнетательном трубопроводе создается турбулентность, способствующая росту температуры воздушного заряда. То есть, наряду с обычным ростом температуры от непосредственно повышения давления, в рутс-компрессорах происходит дополнительный нагрев. В этой связи подобные нагнетатели в обязательном порядке оснащаются интеркулерами.

Шум от работы объемных компрессоров не столь сильный, как у центробежных, и имеет несколько иную тональность и при этом, в отличие от центробежных, механические нагнетатели типа ROOTS эффективны уже на малых и средних оборотах двигателя. Эта особенность рутс-компрессоров сделала их наиболее пригодными для дрегрейсинга, где ценится прежде всего именно динамика разгона. Другой плюс – относительная простота конструкции.

❗ Малое количество движущихся частей и малые скорости вращения делают эти механические нагнетатели одними из самых надежных и долговечных. Однако сложность в изготовлении и установке, а значит, и высокая цена несколько снизили их рыночную популярность. В России такие нагнетатели в силу дороговизны не столь популярны.

➕ Плюсы и минусы использования механических нагнетателей ➖

Многие считают, что использование нагнетателей воздуха для автомобиля может негативно сказаться на ресурсе двигателя. Это и так, и не так. Как правило, поломку мотора вызывают повышенные обороты. Стало быть, использование нагнетателя, повышающего крутящий момент на низких и средних оборотах, может, наоборот, благоприятно сказаться на ресурсе двигателя. С другой стороны, если добиваться действительно большого роста мощности, многие штатные детали придется заменить на более прочные. Так, например, кованые поршни и шатуны будут совсем нелишними.

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

Еще более важна другая проблема, о которой мало кто задумывается, – детонация. Дело в том, что высокая температура и давление подаваемого в цилиндры воздуха может привести к тому, что в конце такта сжатия, когда поршень спрессует в цилиндре и так уже сжатую топливо-воздушную смесь, ее температура и давление могут оказаться настолько высокими, что это вызовет преждевременную ее детонацию, т. е. взрыв.

Дабы избежать подобных проблем, можно перейти на более высокооктановые сорта топлива, но чаще всего этого оказывается мало. При достаточно больших значениях давления приходится производить декомпрессию, т. е. снижать степень сжатия. При использовании нагнетателей рекомендуется изменить настройку по зажиганию. Правильный подбор свечей зажигания также немаловажен. На самом деле при установке наддува вопросов возникает куда больше.

❗ Установка компрессора на серийный двигатель может привести к различным результатам. Даже готовые комплекты от известных фирм не могут предусмотреть всех нюансов вашего автомобиля. В любом случае установка механического наддува требует высокого профессионализма.

Спасибо, что прочитали статью до конца
Удачи на дорогах

Механический нагнетатель: принцип работы, что дает.

Мы уже рассказывали, как с помощью интеркулера можно повысить мощность своего автомобиля, существуют еще конструкции используемые для повышения мощности – механические нагнетатели.

С помощью механического нагнетателя можно не только повысить мощность двигателя примерно на 50 процентов, но и повысить давление в системе впускного тракта, крутящийся момент увеличить на 30 процентов. Но, надо заметить, что механический нагнетатель расходует ресурсы двигателя.

Механический нагнетатель приводом присоединяется к коленвалу двигателя, за, что и получил свое название.

Механический нагнетатель служит для:

• втягивания воздуха;
• сжимание воздуха;
• нагнетение воздушного потока в систему впуска.

Для создания воздушного давления, механический нагнетатель крутится значительно быстрее двигателя, воздух нагревается при сжатии, соответственно давление и плотность становятся меньше, а охлаждает поток интеркулер (подробно об интеркулерах описано в предыдущей статье).

Для работы механические нагнетатели оснащены различными типами и видами приводов, самым востребованным считается прямой привод, для прикрепления механизма на фланец коленвала. Также используются разные виды ременных приводов, цепной вариант и зубчатая передача.

На сегоднящий день на автомобили ставятся три вида механических нагнетателей: центробежные, винтовые, кулачковые.

1. Механические нагнетатели – кулачковые.
2. Механические нагнетатели – центробежные.
3. Винтовые нагнетатели.
4. Кто использует нагнетатели?

Механические нагнетатели – кулачковые.

Кулачковые нагнетатели (чаще называемые воздуходувками) появились раньше других типов нагнетателей. В основе их работы два вращающихся ротора , по длине, которых располагаются кулачки. Этот механизм улавливает воздушный поток кулачками, воздух двигается между стенками корпуса устройства и нагнетается в трубопровод.

Кулачковые нагнетатели очень эффективно создают нужный уровень давления воздуха, при увеличении скорости вращения коленвала давление растет. Но есть и минус из-за избыточного давления могут образоваться воздушные пробки в канале, снижая мощность двигателя.

Конечно регулировать давление наддува можно, нужно выключить нагнетатель или сделать перепуск воздуха. Современные нагнетатели имеют датчики давления и датчики температуры воздуха и блок автоуправления, соответственно работа устройства регулируется автоматически.

Механические нагнетатели – центробежные.

Основа таких нагнетателей – крыльчатка, вращающаяся на высоких оборотах. Во время работы системы воздух засасывается в крыльчатку, а затем направляется центробежной силой наружу. Из рабочего колеса поток буквально выстреливает, но его давление при этом низкое.

Центробежные нагнетатели небольшого размера, веса, их возможно закрепить на двигателе различными способами, соответственно они нравятся автолюбителям и пользуются спросом.

Винтовые нагнетатели.

Винтовые нагнетатели состоят из: двух роторов-шнеков, в одном из них спецвыемки,а в другом выступы. Роторы-шнеки хватают воздушный поток, вращаются сжимая воздух, нагнетают его в впусковой патрубок. Все это образует внутреннее нагнетение воздушного потока.

Винтовые нагнетатели дороги, ставятся как правило на спортивные дорогие автомобили.

Кто использует нагнетатели?

Спортивным автомобилям нагнетатели нужны больше чем обычныи автомобилям. Но поставить их может любой желающий, часто нагнетатели встречаются на тюнингованных авто. Сейчас производители производят и предлагают различные комплекты для нагнетателей, с возможность подобрать и установить на любые автомобили, а ставить или нет решать вам.

Мнения ставить или нет механический нагнетатель между автолюбителями расходятся, бытует мнение, что установив нагнетатель мы уменьшаем ресурс двигателя, это не верно. Нагнетатель нужно правильно эксплуатировать, используя его на низких и средних оборотах , тогда вреда двигателю не будет. Если хочется значительно увеличить мощность, необходимо заменить производственные детали двигателя, поставив кованные шатуны и поршни вместо штатных.

Использовать механический нагнетатель необходимо вместе с интеркулером, который охлаждает воздух, в связки интеркулер и механический нагнетатель помогут максимально форсировать двигатель.

Также если вы будете использовать нагнетатель в связке с интеркулером необходимо пользоваться высокооктановым топливом и изменить настройки зажигания. Все это необходимо, чтобы уберечь двигатель автомобиля от преждевременного износа, так как высокое давление и высокая температура поступающего в цилиндры воздуха, может вызвать раннюю детонацию топливно – воздушной смеси, поступающей в цилиндры, что может привести к преждевременной детонации топливно-воздушной смеси, это очень вредно для двигателя.

Что такое механический нагнетатель и как он работает

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.

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.

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.

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.

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 нагнетатель воздуха: назначение, устройство и принцип работы турбонаддува

С появлением двигателей внутреннего сгорания (ДВС) возникла проблема увеличения уровня их мощности.

Решить данную проблему можно двумя путями:

1. Увеличение численности цилиндров. Данный вариант приводит к возникновению проблем с увеличением массы мотора и его габаритов.
2. Оборудование мотора наддувом (нагнетателем), позволяющим подавать дополнительный воздух.

Со временем появились разные варианты данного оборудования, в частности:

• Комбинированный, который совмещает элементы турбо и механического режимов;
• Comprex, который функционирует от выхлопных газов;
• Электронагнетатель;
• Турбонаддув, функционирующий от выхлопных газов;
• Механический наддув, который работает от коленвала.

Компрессор либо механический нагнетатель воздуха способен увеличивать уровень мощности на 50%. Воздух он берёт с воздушного патрубка. После сжатия воздух поступает в коллектор.

Как устроен нагнетатель?

Для обеспечения нормального функционирования мотора требуется топливно-воздушная смесь (ТВС), соотношение составляющих обуславливается режимом работы и уровнем нагрузки. Без использования вспомогательного оборудования подача ТВС происходит посредством разряжения при впуске и зависит от объёма цилиндров. Путём создания дополнительного давления можно увеличить объём. Это приведёт к сгоранию большего количества ТВС и как следствие повышению уровня мощности. Данный подход позволяет экономно расходовать топливо, поскольку необходимую мощность можно получить даже при наличии цилиндров незначительного объёма.

Конструкция механического наддува включает в себя:

• Два датчика (давления и уровня температуры);
• Две заслонки (трубопроводную и дроссельную);
• Охладитель (интеркулер);
• Воздушный фильтр;
• Компрессор.

Запуск работы механического нагнетателя происходит одновременно с активацией мотора. Главное достоинство данного оборудования заключается в том, что объём подаваемого на двигатель воздуха пропорционален оборотам.

Принцип работы

Механический нагнетатель автомобиля управляется размещённой на дросселе заслонкой. Она работает на высоких оборотах и открывается тогда, когда на трубопроводе закрыта заслонка. Воздух поступает в коллектор свободно. При небольших оборотах заслонка дросселя открыта под небольшим углом. При этом заслонка трубопровода открывается в полной мере, возвращая в компрессор часть воздуха. Главная функция интеркулера заключается в снижении уровня температуры воздуха до 10° для повышения степени сжатия.

Передача крутящего момента осуществляется посредством:

1. Шестеренчатой передачи;
2. Цепи;
3. Ремня (с клиньями, зубьями либо плоский);
4. Прямого привода (при установке нагнетателя на фланец вала).

Основной минус ремней заключается в коротком эксплуатационном сроке и риске проскальзывания. В случае применения шестерни создаётся дополнительный шум, и увеличиваются габариты оборудования.

Классификация

Существует несколько систем, применяемых для обеспечения механического наддува. Каждый из них обладает своей оригинальной конструкцией, способами нагнетания и особенностями использования.

Roots (кулачковый, роторный нагнетатель)

Данное оборудование не является в полной мере компрессором. Это больше объёмный нагнетатель, чем компрессор. Поначалу это были 2 шестерёнки, которые соединяют друг с другом пару роторов, которые вмонтированы в корпус. Поток воздушных масс создавался посредством вращения роторов, оборудованных лопатками сложной конструкции. В трубопровод воздух нагнетается при его перемещении между корпусом и кулачками.

Американские мускул кары

Достоинства роторных конструкций:

1. Длительность эксплуатационного срока;
2. Бесшумность;
3. Компактные габариты;
4. Простота и высокий уровень надёжности;
5. Отсутствие потери уровня эффективности при функционировании.

К минусам данного оборудования следует отнести:

1. При высоких оборотах создаётся значительный поток, излишки которого, возвращаются в нагнетатель. Благодаря этому Рутс создаёт меньший объём энергии, чем потребляет, а КПД системы снижается.
2. Пульсирующая, неравномерная подача воздуха. Поток воздуха пульсирует и при средних оборотах, что приводит к перегреву. Более современные системы оборудованы перепускным клапаном либо муфтой с электроприводом для отключения оборудования.

Центробежные нагнетатели

Это наиболее распространённая разновидность механического наддува. Данное оборудование может устанавливаться вместе с турбонагнетателем либо отдельно (в качестве компрессора).

Основной деталью данной конструкции является крыльчатка, внешне напоминающая колесо турбины, которое вращается со скоростью в 60 000 оборотов в минуту. В крыльчатку на значительной скорости, но под незначительным давлением поступает воздух. Требуемое давление приобретается во время перемещения по корпусу улитке. В коллектор воздух поступает на значительной скорости, однако, под высоким давлением.

Достоинствами являются:

1. Демократичная стоимость;
2. Незначительная масса;
3. Простота.

Благодаря данным особенностям центробежные нагнетатели зачастую применяются для тюнинга.

Недостатками являются:

1. Повысить уровень эффективности можно только с помощью высокой скорости вращения колеса;
2. Оборудование начинает работать лишь достигнув определённого количества оборотов.

Винтовые нагнетатели (спиральные компрессоры Lysholm)

По своему внешнему виду данное оборудование напоминает Roots, но обладает другой конструкцией. В корпусе располагается пара роторов, напоминающих свёрла, имеющие форму заострённой ёлочки. Именно ввиду таких особенностей конструкции данная система и называется спиральной (винтовой). После поступления внутрь корпуса воздух сжимается, а не просто перекачивается.

Таким образом, при значительных оборотах он не вернётся в компрессор обратно и мощность не будет потеряна. Результатом станет стабильно высокий КПД, который и является основным плюсом. Такой наддув устанавливается на спорткарах и автомобилях элит класса.

К минусам спиральных конструкций следует отнести:

1. Высокое потребление мощности мотора;
2. Значительная цена проектирования и производства;
3. Высокая сложность конструкции.

Конструкция двухступенчатой (комбинированной) системы наддува включает в себя два компрессора – механического, предназначенного для обеспечения функционирования двигателя при малых оборотах и турбо (в основном), который утилизирует выхлопные газы. После достижения определённого уровня оборотов механический нагнетатель активируется и начинает работать турбина, функционирующая от выхлопных газов.

Плюсы и минусы механических нагнетателей

Теперь обобщим все достоинства и недостатки.

Главные преимущества:

1. Почти полное отсутствие потери мощности, при условии подключения системы к отдельному электроприводу;
2. Лучше всего центробежные нагнетатели работают на высокой скорости, а винтовые на разгоне;
3. Не высокая стоимость системы и простота её монтажа, обеспечивает отличное функционирование на незначительных оборотах и быстрое реагирование на любую манипуляцию с педалью газа.

Основные минусы:

1. В случае установки на инжекторный либо Карбюраторный двигатель необходима дополнительная подготовка. Следует учитывать изменения уровня давления, проще говоря «железа», прошивку ЭБУ. Для предотвращения падения уровня мощности двигателя все мероприятия следует осуществлять одновременно.
2. Некоторый уровень шума, создаваемый приводом. Износ деталей происходит крайне быстро, если система функционирует на высокой скорости.
3. Механический наддув создаётся посредством вращательного момента коленвала. Уровень мощности на порядок меньше, чем у турбонаддува, расход топлива больше, отбирается до 30% производительности мотора.

Следует грамотно подбирать нагнетатель, учитывая при этом принцип, устройство и соответствие по:

• Особенностям смазки;
• Типу используемого привода;
• Рабочим режимам;
• Массе и габаритам;
• Уровню производительности.

В реальности зачастую покупают б/у либо новые механические нагнетатели, которые рассчитаны на определённую модель автомобиля. Они реализуются в комплекте с крепежом, ремнями, трубопроводом, приводом и инструкцией.

Выбирая модель самостоятельно, следует знать особенности использования и классификацию. Надо учитывать, что во время сжигания значительного объёма топлива выделяется дополнительное тепло. Перед проведением монтажа дорабатываются цилиндры с учётом повышения КПД, система охлаждения и топливоподача. Как правило, производится замена форсунок и бензонасоса.

По материалам сайта vaznetaz.RU.

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

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

Что собой представляет механический нагнетатель?

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

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

Устройство и разновидности компрессоров

Система наддува состоит из:

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

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

Разновидности привода механического наддува

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

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

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

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

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

Разновидности компрессоров механического типа

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

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

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

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

Плюсы и минусы компрессора механического типа

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

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

Рекомендую посмотреть видео о механических нагнетателях. Очень познавательно!

Текст: savemotor.ru

Механический нагнетатель. Устройство и принцип работы

Механический нагнетатель. Устройство и принцип работы

Работа двигателя построена на том, что топливо должно быть смешано с необходимым количеством кислорода. Это позволит достичь максимально возможной мощности. Больше сгорит – больше мощность.

В данной статье речь пойдет про механические нагнетатели воздуха для автомобиля.

Центробежные нагнетатели воздуха

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

Принцип работы центробежного нагнетателя состоит в следующем: воздух, пройдя по воздушному каналу в нагнетатель, попадает на лопасти крыльчатки. Лопасти закручивают и отбрасывают его центробежной силой к периферии кожуха, где имеется диффузор. Далее воздух выталкивается в окружной воздушный туннель (воздухосборник), который имеет улиткообразную форму.

Такая конструкция создает необходимое давление воздушного потока на выходе из нагнетателя. Дело в том, что внутри кольца воздух поначалу движется быстро, и его давление мало. Однако в конце улитки русло расширяется, скорость воздушного потока понижается, а давление увеличивается. Так создается необходимый подпор для накачки цилиндров двигателя.

У центробежного нагнетателя есть недостаток. Для эффективной работы крыльчатка должна вращаться не просто быстро, а очень быстро. Фактически производимое центробежным компрессором давление пропорционально квадрату скорости крыльчатки. Скорости могут быть 40 тысяч об/мин и более. И поскольку привод осуществляется от коленвала посредством ременной передачи на шкив турбины, шум от такого устройства сильный. Хотя многим этот характерный свист нравится.

К минусам можно отнести некоторую задержку в срабатывании, хотя нужно отметить, что эта задержка не столь заметна, как у турбонагнетателей.

И еще замечание. Как правило, центробежный нагнетатель дает прибавку на высоких оборотах двигателя. Сначала давление нарастает медленно, но затем, с увеличением оборотов, довольно резко возрастает. Эта особенность делает центробежные нагнетатели наиболее пригодными для тех случаев, когда более важно поддержание высоких скоростей, а не интенсивность разгона.

Центробежные нагнетатели воздуха для автомобиля очень популярны. Сравнительно низкая цена и простота установки способствовали тому, что компрессоры этого типа почти вытеснили другие и стали популярны в тюнинге автомобилей.

Нагнетатели воздуха типа ROOTS

Компрессоры типа ‘Рутс’ относятся к классу объемных нагнетателей. Конструкция их довольно проста и напоминает масляный шестеренчатый насос двигателя. В корпусе овальной формы вращаются в противоположные стороны два ротора, имеющие специальный профиль. Роторы насажены на оси, связанные одинаковыми шестернями.

Основное отличие этого метода нагнетания в том, что воздух сжимается не внутри, а как бы снаружи компрессора, непосредственно в нагнетательном трубопроводе. Именно поэтому их иногда называют компрессорами с внешним сжатием.

Главным минусом такого способа нагнетания является, что, раз процесс сжатия воздуха осуществляется вовне компрессора, его эффективная работа возможна лишь до определенных значений наддува. С ростом давления увеличивается просачивание воздуха назад, и его КПД снижается. Далее мощность, затрачиваемая на вращение самого нагнетателя, может превысить добавочную мощность двигателя.

Еще один недостаток. В компрессорах подобного типа создается турбулентность, способствующая росту температуры воздушного заряда. То есть, наряду с обычным ростом температуры от непосредственно повышения давления, в рутс-компрессорах происходит дополнительный нагрев. В этой связи подобные нагнетатели в обязательном порядке оснащаются интеркулерами.

Шум от работы объемных компрессоров не столь сильный, как у центробежных, и имеет иную тональность. При этом, в отличие от центробежных, механические нагнетатели типа ROOTS эффективны уже на малых и средних оборотах двигателя. Эта особенность рутс-компрессоров сделала их наиболее пригодными для драг рейсинга, где ценится динамика разгона. Другой плюс – относительная простота конструкции.

Малое количество движущихся частей и малые скорости вращения делают эти механические нагнетатели одними из самых надежных и долговечных. Однако сложность и высокая цена снизили их популярность.

Плюсы и минусы использования механических нагнетателей

Использование нагнетателей воздуха для авто может негативно сказаться на ресурсе двигателя. Как правило, поломку мотора вызывают повышенные обороты. Стало быть, использование нагнетателя, повышающего крутящий момент на низких и средних оборотах, может, наоборот, благоприятно сказаться на ресурсе двигателя.

С другой стороны, если добиваться действительно большого роста мощности, многие штатные детали придется заменить на более прочные. Так, например, кованые поршни и шатуны будут совсем нелишними.

Cжатие воздуха всегда сопряжено с повышением температуры. В некоторых компрессорах это повышение не существенно, но в любом случае для увеличения воздушного заряда и снижения потери мощности на привод нагнетателя воздух необходимо охлаждать.

Еще одна проблема, о которой мало кто задумывается, – детонация. Дело в том, что высокая температура и давление подаваемого в цилиндры воздуха может привести к тому, что в конце такта сжатия, когда поршень спрессует в цилиндре и так уже сжатую топливо-воздушную смесь, ее температура и давление могут оказаться настолько высокими, что это вызовет преждевременную ее детонацию, т. е. взрыв.

Дабы избежать подобных проблем, можно перейти на высокооктановые сорта топлива, но часто этого мало. При достаточно больших значениях давления приходится производить декомпрессию, т. е. снижать степень сжатия. Правильный подбор свечей зажигания также немаловажен.

Механический нагнетатель. Устройство и принцип работы

Работа двигателя построена на том, что топливо должно быть смешано с необходимым количеством кислорода. Это позволит достичь максимально возможной мощности. Расскажем про механические нагнетатели воздуха для автомобиля.

Центробежные нагнетатели воздуха

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

Принцип работы центробежного нагнетателя состоит в следующем: воздух, пройдя по воздушному каналу в нагнетатель, попадает на лопасти крыльчатки. Лопасти закручивают и отбрасывают его центробежной силой к периферии кожуха, где имеется диффузор. Далее воздух выталкивается в окружной воздушный туннель (воздухосборник), который имеет улиткообразную форму.

Такая конструкция создает необходимое давление воздушного потока на выходе из нагнетателя. Дело в том, что внутри кольца воздух поначалу движется быстро, и его давление мало. Однако в конце улитки русло расширяется, скорость воздушного потока понижается, а давление увеличивается. Так создается необходимый подпор для накачки цилиндров двигателя.

У центробежного нагнетателя есть недостаток. Для эффективной работы крыльчатка должна вращаться не просто быстро, а очень быстро. Фактически производимое центробежным компрессором давление пропорционально квадрату скорости крыльчатки. Скорости могут быть 40 тысяч об/мин и более. И поскольку привод осуществляется от коленвала посредством ременной передачи на шкив турбины, шум от такого устройства сильный. Хотя многим этот характерный свист нравится.

К минусам можно отнести некоторую задержку в срабатывании, хотя нужно отметить, что эта задержка не столь заметна, как у турбонагнетателей.

И еще замечание. Как правило, центробежный нагнетатель дает прибавку на высоких оборотах двигателя. Сначала давление нарастает медленно, но затем, с увеличением оборотов, довольно резко возрастает. Эта особенность делает центробежные нагнетатели наиболее пригодными для тех случаев, когда более важно поддержание высоких скоростей, а не интенсивность разгона.

Нагнетатели воздуха типа ROOTS

Компрессоры типа «Рутс» относятся к классу объемных нагнетателей. Конструкция их довольно проста и напоминает масляный шестеренчатый насос двигателя. В корпусе овальной формы вращаются в противоположные стороны два ротора, имеющие специальный профиль. Роторы насажены на оси, связанные одинаковыми шестернями.

Основное отличие этого метода нагнетания в том, что воздух сжимается не внутри, а как бы снаружи компрессора, непосредственно в нагнетательном трубопроводе. Именно поэтому их иногда называют компрессорами с внешним сжатием.

Главным минусом такого способа нагнетания является, что, раз процесс сжатия воздуха осуществляется вовне компрессора, его эффективная работа возможна лишь до определенных значений наддува. С ростом давления увеличивается просачивание воздуха назад, и его КПД снижается. Далее мощность, затрачиваемая на вращение самого нагнетателя, может превысить добавочную мощность двигателя.

Еще один недостаток. В компрессорах подобного типа создается турбулентность, способствующая росту температуры воздушного заряда. То есть, наряду с обычным ростом температуры от непосредственно повышения давления, в рутс-компрессорах происходит дополнительный нагрев. В этой связи подобные нагнетатели в обязательном порядке оснащаются интеркулерами.

Шум от работы объемных компрессоров не столь сильный, как у центробежных, и имеет иную тональность. При этом, в отличие от центробежных, механические нагнетатели типа ROOTS эффективны уже на малых и средних оборотах двигателя. Эта особенность рутс-компрессоров сделала их наиболее пригодными для , где ценится динамика разгона. Другой плюс – относительная простота конструкции.

Плюсы и минусы использования механических нагнетателей

Использование нагнетателей воздуха для авто может негативно сказаться на ресурсе двигателя. Как правило, поломку мотора вызывают повышенные обороты. Стало быть, использование нагнетателя, повышающего крутящий момент на низких и средних оборотах, может, наоборот, благоприятно сказаться на ресурсе двигателя.

С другой стороны, если добиваться действительно большого роста мощности, многие штатные детали придется заменить на более прочные. Так, например, и шатуны будут совсем нелишними.

Cжатие воздуха всегда сопряжено с повышением температуры. В некоторых компрессорах это повышение не существенно, но в любом случае для увеличения воздушного заряда и снижения потери мощности на привод нагнетателя воздух необходимо охлаждать.

Еще одна проблема, о которой мало кто задумывается, – детонация. Дело в том, что высокая температура и давление подаваемого в цилиндры воздуха может привести к тому, что в конце такта сжатия, когда поршень спрессует в цилиндре и так уже сжатую топливо-воздушную смесь, ее температура и давление могут оказаться настолько высокими, что это вызовет преждевременную ее детонацию, т. е. взрыв.

Дабы избежать подобных проблем, можно перейти на высокооктановые сорта топлива, но часто этого мало. При достаточно больших значениях давления приходится производить декомпрессию, т. е. . Правильный также немаловажен.

Механический нагнетатель — типы нагнетателей, конструкция и применение

Механический нагнетатель, или как его еще называют supercharger, является главной составной частью всего механизма наддува. Его роль состоит в создании давления выше атмосферного, которое образуется во впускном тракте.

Такое название он получил по причине непосредственной связи с коленчатым валом, с которым его соединяет специальный привод.

Привод нагнетателя с коленчатым валом

Преимущества использования нагнетателя

Работа данного устройства построена по следующей схеме:

• втягивание воздуха;
• сжатие;
• нагнетание воздуха в саму впускную систему.

Для того чтобы втянуть необходимое количество воздуха внутри нагнетателя образуется разряжение. Что касается создания давления, то это осуществляется путем быстрого вращения механизма (быстрее, чем обороты двигателя). А вот нагнетание происходит из-за имеющейся разницы в давлении.

Особенности конструкции

В данной конструкции присутствует интеркулер. Это специальный радиатор, предназначенный для охлаждения сжатого воздуха. Дело в том, что во время сжатия воздух нагревается, а это влечет значительное снижение показателей давления и плотности.

Интеркулер может быть 2-х видов:

1. жидкостный;
2. воздушный.

Привод, посредством которого происходит соединение коленчатого вала и механического нагнетателя, имеет несколько типов:

• прямой – нагнетатель закрепляется на фланец коленвала;
• цепной – для связи используется металлическая цепь;
• ременной – применяются различные типы ремней. Это может быть плоский, зубчатый или клиновой ремень;
• электрический – он представляет собой электродвигатель;
• зубчатый – это редуктор цилиндрического типа.

Типы механических нагнетателей

Конструкция этих устройств может быть разной.

Типы механических нагнетателей

За всю историю было разработано довольно много видов данных агрегатов. Некоторые из них устанавливаются на автомобили до сих пор, но о многих забыли, потому как они не оправдали возложенных надежд.

Стоит упомянуть о таких аппаратах как: шиберные (лопастные), спиральные, подпоршневые насосы и другие. Все эти типы, по тем или иным причинам, либо не были запущены в массовое производство, либо были сняты с конвейера.

В настоящее время наиболее популярными и востребованными являются 3 типа механических нагнетателей (на фото выше):

1. Кулачковый (Roots);
2. Винтовой (Lysholm);
3. Центробежный.

Кулачковые нагнетатели

В честь имени своих создателей такое устройство называется Roots, в простонародье же носит название «воздуходувка». Данный тип конструкции по праву можно назвать старейшим. Его использование началось еще в далеком 1900 году. С той поры они постоянно совершенствуются.

Сегодня такой нагнетатель располагает роторами, состоящими из 3-х или 4-х кулачков, вращающихся навстречу друг другу. Их расположение напоминает спираль и протягивается через весь ротор. Благодаря точно рассчитанному углу наклона этих кулачков, достигается оптимальный баланс потерь и нагнетания. Он работает по принципу внешнего нагнетания, в ходе которого кулачки захватывают воздух и нагнетают его в трубопровод (впускной). Похожий принцип работы и у самого обычного масляного насоса.

Неоспоримым достоинством такого устройства является очень быстрое нагнетание воздуха до необходимых показателей, а также повышение этого давления параллельно с учащением вращения коленчатого вала.

Но это преимущество имеет и обратную сторону. Такой тип обязательно должен оснащаться системой регулировки давления. В противном случае, из-за неконтролируемого нагнетания воздуха, образуется избыток давления, который приводит к заторам в канале (нагнетательном). По этой причине падает мощность двигателя.

Для осуществления регулировки применяются 2 метода:

1. Перепускание воздуха – в таком случае нагнетатель работает все время, а при необходимости открывается перепускной клапан;
2. Отключение механического нагнетателя.

В целях обеспечения корректной работы всей системы, она комплектуется различными датчиками (температуры во впускном коллекторе, давления и другие), ЭБУ, а также исполнительными механизмами. К последним относятся: электромагнит муфты, модуль привода перепускного клапана и другие.

Механические нагнетатели такого типа довольно дороги, потому как точность их изготовления очень высокая. Чистота втягиваемого воздуха также имеет большое значение, потому как даже мелкий мусор может вывести всю систему из строя. Само устройство довольно тяжелое и создает заметный шумовой фон, для погашения которого устанавливаются резонаторы, демпферы, совершенствуется конструкция корпуса и так далее.

Винтовые нагнетатели

Можно встретить еще одно название такого прибора – Lysholm. Этот тип имеет сходство с кулачковым. Он состоит их 2-х роторов-шнеков, имеющих особую коническую форму. Один из них с выступами на поверхности, а другой с выемками.

Во время работы воздух захватывается шнеками и при их вращении сжимается, после чего следует его нагнетание во впускной патрубок. Главное отличие винтового прибора от кулачкового – внутренне нагнетание воздуха. Данный способ более эффективен.

Но широкое распространение такого типа конструкции сдерживается высокой ценой на устройство, которая объясняется значительными издержками при его изготовлении. Главная сфера применения данных нагнетателей – дорогие спортивные и гоночные автомобили.

Центробежные нагнетатели

Такой тип практически одинаков с турбокомпрессором. Он оснащен крыльчаткой (колесом), которое очень быстро вращается (частота достигает порядка 50-60 тысяч оборотов в минуту). Изобретение этого нагнетателя произошло практически одновременно с кулачковым – на заре ХХ века.

Вначале происходит засос воздуха в центральную часть крыльчатки. Под действием центробежной силы он устремляется по лопастям, имеющим особую форму. На выходе воздух располагает низким давлением и высокой скоростью. В таком состоянии происходит его столкновение с диффузором. Благодаря этому возникает воздушный поток высокого давления с низкой скоростью.

У такого типа нагнетателей множество преимуществ перед остальными:

• малый вес;
• компактность;
• эффективность;
• множество вариантов крепления на моторе;
• невысокая стоимость.

Но имеются и недостатки, главный из которых – зависимость эффективности устройства от частоты вращения коленвала. По этой причине требуется установка привода с передаточным отношением переменного типа.

Главный недостаток всех механических нагнетателей

Он состоит в том, что их работа основана на задействовании части мощности, создающейся двигателем. В этом и состоит основное отличие нагнетателя от турбины, которая функционирует за счет энергии газов (отработанных). Это значит, что та мощность, которая могла бы пойти на увеличение скорости автомобиля, используется для приведения в действие «суперчарджера». А эти потери весьма значительны, особенно на высокой скорости.

Применение

Данные устройства используются как при производстве автомобилей, так и во время тюнинга. В целом можно выделить 3 основные области применения:

1. производство серийных машин;
2. тюнинг;
3. выпуск спортивных автомобилей.

На серийных машинах механические нагнетатели устанавливаются нечасто, а вот что касается спортивных версий, то они не обходятся без этого прибора. При тюнинге монтаж нагнетателя на двигатель не является редкостью. В целях их правильной установки производители изготавливают специальные комплекты, которые включают в себя все детали для корректной установки.

Видео:

Таким образом, область применения механических нагнетателей довольно обширна, чему способствует разнообразие видов устройств. У них есть определенные недостатки, но они не критичны, и не в состоянии кардинально изменить ситуацию.

Механический нагнетатель. Устройство и принцип работы — все об авто

Центробежные нагнетатели воздуха

Подобные нагнетатели в тюнинге получили наибольшее распространение. По своей конструкции они наиболее близки к турбонаддуву, поскольку имеют одинаковый принцип нагнетания воздуха. Отличаются лишь способы поводу. Работа осуществляется следующим образом.

Принцип работы центробежного нагнетателя состоит в следующем: воздух, пройдя по воздушному каналу в нагнетатель, попадает на лопасти крыльчатки. Лопасти закручивают и отбрасывают его центробежной силой к периферии кожуха, где имеется диффузор. Далее воздух выталкивается в окружной воздушный туннель (воздухосборник), который имеет улиткообразную форму.

Такая конструкция создает необходимое давление воздушного потока на выходе из нагнетателя. Дело в том, что внутри кольца воздух поначалу движется быстро, и его давление мало. Однако в конце улитки русло расширяется, скорость воздушного потока понижается, а давление увеличивается. Так создается необходимый подпор для накачки цилиндров двигателя.

У центробежного нагнетателя есть недостаток. Для эффективной работы крыльчатка должна вращаться не просто быстро, а очень быстро. Фактически производимое центробежным компрессором давление пропорционально квадрату скорости крыльчатки. Скорости могут быть 40 тысяч об/мин и более. И поскольку привод осуществляется от коленвала посредством ременной передачи на шкив турбины, шум от такого устройства сильный. Хотя многим этот характерный свист нравится.

К минусам можно отнести некоторую задержку в срабатывании, хотя нужно отметить, что эта задержка не столь заметна, как у турбонагнетателей.

И еще замечание. Как правило, центробежный нагнетатель дает прибавку на высоких оборотах двигателя. Сначала давление нарастает медленно, но затем, с увеличением оборотов, довольно резко возрастает. Эта особенность делает центробежные нагнетатели наиболее пригодными для тех случаев, когда более важно поддержание высоких скоростей, а не интенсивность разгона.

Центробежные нагнетатели воздуха для автомобиля очень популярны. Сравнительно низкая цена и простота установки способствовали тому, что компрессоры этого типа почти вытеснили другие и стали популярны в тюнинге автомобилей.

Нагнетатели воздуха типа ROOTS

Компрессоры типа «Рутс» относятся к классу объемных нагнетателей. Конструкция довольно проста и напоминает шестеренчатый насос масляный двигателя. В корпусе овальной формы вращаются в противоположные стороны два ротора, имеющие специальный профиль. Роторы насажены на оси, связанные одинаковыми шестернями.

Основное отличие этого метода нагнетания в том, что воздух сжимается не внутри, а снаружи компрессора, непосредственно в нагнетательном трубопроводе. Именно поэтому их иногда называют компрессорами с внешним сжатием.

Главным минусом такого способа нагнетания является, что, раз процесс сжатия воздуха осуществляется вовне компрессора, его эффективная работа возможна лишь до определенных значений наддува. С ростом давления увеличивается просачивание воздуха, и его КПД снижается. Далее мощность, затрачиваемая на вращение самого нагнетателя, может превысить добавочную мощность двигателя.

Еще один недостаток. В компрессорах подобного типа создается турбулентность, способствующая росту температуры воздушного заряда. То есть, наряду с обычным ростом температуры от непосредственно повышения давления, в рутс-компрессорах происходит дополнительный нагрев. В связи с этим подобные нагнетатели в обязательном порядке оснащаются интеркулерами.

Шум от работы объемных компрессоров не столь сильный, как у центробежных, и имеет другую тональность. При этом, в отличие от центробежных, механические нагнетатели типа ROOTS эффективны уже на малых и средних оборотах двигателя. Эта особенность рутс-компрессоров сделала их наиболее пригодными для драг рейсинга, где ценится динамика разгона. Другой плюс – относительная простота конструкции.

Малое количество движущихся частей и малые скорости вращения делают эти механические нагнетатели одними из самых надежных и долговечных. Однако сложность и высокая цена снизили их популярность.

Плюсы и минусы использования механических нагнетателей

Использование нагнетателей воздуха для авто может негативно сказаться на ресурсе двигателя. Как правило, поломку мотора вызывают повышенные обороты. Стало быть, использование нагнетателя, что повышает крутящий момент на низких и средних оборотах, может, наоборот, благоприятно сказаться на ресурсе двигателя.

С другой стороны, если добиваться действительно большого роста мощности, многие штатные детали придется заменить на более прочные. Так, например, кованые поршни и шатуны будут совсем нелишними.

Сжатие воздуха всегда связано с повышением температуры. В некоторых компрессорах это повышение не существенно, но в любом случае для увеличения воздушного заряда и снижения потерь мощности на привод нагнетателя воздух необходимо охлаждать.

Еще одна проблема, о которой мало кто задумывается, – детонация. Дело в том, что высокая температура и давление подаваемого в цилиндры воздуха может привести к тому, что в конце такта сжатия, когда поршень спрессует в цилиндре и так уже сжатую топливо-воздушную смесь, ее температура и давление могут оказаться настолько высокими, что это вызовет преждевременную ее детонацию, т. е. взрыв.

Чтобы избежать подобных проблем, можно перейти на высокооктановые сорта топлива, но часто этого мало. При достаточно больших значениях давления приходится проводить декомпрессию, то есть понижать степень сжатия. Правильный подбор свечей зажигания также важен.

Полезная информация? Сохраните у себя, чтобы не потерять

Механический нагнетатель ДВС, устройство и принцип работы

Механический наддув — это один из способов увеличения мощности двигателя. Основным элементом такой системы является механический компрессор. Это устройство, приводимое в действие вращением коленчатого вала. Установка механического нагнетателя может прибавить мощности двигателю до 50%. При наддуве воздух засасывается через воздушный фильтр, сжимается, а затем направляется во впускной коллектор двигателя внутреннего сгорания, что способствует увеличению мощности последнего.

1. Как работает механический нагнетатель
2. Конструкция компрессора
3. Какие бывают виды приводов компрессора
4. Типы компрессоров
5. Сильные и слабые стороны механического нагнетателя

Как работает механический нагнетатель

В современной автомобильной промышленности используются несколько типов систем механического наддува, каждая из которых имеет свои особенности в конструкции и принцип работы.

Конструкция компрессора

Механический нагнетатель состоит из следующих компонентов:

• компрессор;
• интеркулер;
• дроссельная заслонка;
• перепускная заслонка трубопровода;
• воздушный фильтр;
• датчики давления наддува;
• датчики температуры воздуха во впускном коллекторе.

Механический нагнетатель управляется дроссельной заслонкой, которая открывается на высоких оборотах. В этом случае заслонка трубопровода закрывается, и весь воздух поступает во впускной коллектор двигателя. Когда двигатель работает на малых оборотах, дроссельная заслонка открывается под небольшим углом, а перепускная заслонка в трубопроводе полностью открыта, позволяя некоторой части воздуха возвращаться в компрессор.

Воздух из нагнетателя проходит через промежуточный охладитель (интеркулер), который снижает температуру сжатого воздуха примерно на 10 ° C и способствуя, тем самым, более высокой степени сжатия.

Какие бывают виды приводов компрессора

Каким образом передается крутящий момент от коленчатого вала к механическому компрессору? Существует несколько вариантов:

• Прямой привод. Установка компрессора осуществляется непосредственно на фланец коленчатого вала двигателя.
• Ременная передача. Усилие передается через ремень. Разные производители используют разные типы ремней (плоские, V-образные или зубчатые). Ременные системы имеют короткий срок службы, так же в процессе эксплуатации может наблюдаться проскальзывание ремня.
• Цепной привод. Он работает по принципу ременной передачи.
• Зубчатая передача (шестеренчатая). Недостаток такой системы — повышенная шумность и большие габариты.

Типы компрессоров

Каждый вид компрессора имеет свои рабочие характеристики. Всего существует три типа механических нагнетателей:

• Центробежный. Самый популярный вид механического нагнетателя. Основным рабочим элементом системы является крыльчатка, которое по конструкции аналогично компрессорному колесу турбины. Оно вращается со скоростью около 60 000 об / мин. В этом случае воздух всасывается в центр крыльчатки компрессора с высокой скоростью и низким давлением. Пройдя через лопатки компрессора, воздух поступает во впускной коллектор, но уже на малой скорости и под высоким давлением. Этот тип наддува используется вместе с турбинами для устранения эффекта турбо-задержки.
• Винтовой. Представляет собой систему из двух вращающихся конических винтов — шнеков. Воздух, попадая в более широкую часть, проходит через камеры компрессора и за счет вращения сжимается и выталкивается во впускной коллектор. В основном такие системы используются на спортивных и дорогих автомобилях, так как их изготовление достаточно сложно .Это достаточно эффективная система.
• Кулачковый. Один из первых видов механических «воздуходувок». Конструктивно он состоит из двух роторов со сложным профилем поперечного сечения. Оси вращения роторов соединены двумя одинаковыми шестернями. При вращении системы воздух перемещается между стенками корпуса и кулачками, тем самым выталкиваясь во впускной коллектор. Недостатком этой системы является создание избыточного давления, которое вызывает сбои в работе наддува. Чтобы этого избежать, в кулачковой конструкции нагнетателя предусмотрена муфта с электрическим приводом для отключения компрессора или байпасный клапан.

Механический наддув довольно часто используются на автомобилях марок Cadillac, Audi, Mercedes-Benz и Toyota. При этом кулачковые и винтовые компрессоры в основном устанавливаются на мощные спортивные автомобили с бензиновыми двигателями, а центробежные компрессоры являются частью системы двойного наддува для дизельных двигателей.

Сильные и слабые стороны механического нагнетателя

По сравнению с турбонагнетателем механический нагнетатель приводится в движение не выхлопными газами двигателя, а вращением коленчатого вала. Это означает, что с одной стороны увеличивается мощность двигателя, а с другой создается дополнительная нагрузка, которая в зависимости от типа компрессора забирает до 30% мощности двигателя. Еще один недостаток системы — высокий уровень шума системного привода.

Использование механического наддува на более высоких скоростях приводит к более быстрому износу деталей двигателя, поэтому они должны быть изготовлены из высокопрочных материалов.
Основным преимуществом механического привода является невысокая стоимость конструкции (по сравнению с турбонаддувом), простота установки и быстрая реакция системы на увеличение оборотов двигателя. Таким образом, системы с винтовыми и кулачковыми компрессорами обеспечивают высокую динамику разгона, а центробежные нагнетатели — стабильную работу двигателя на высоких оборотах.

Механический наддув может также управляться отдельным электродвигателем без подключения к коленвалу двигателя. В этом случае можно избежать потери мощности двигателя.