Механический наддув – виды, устройство и принцип работы

Содержание

Неоконченная пьеса для механического нагнетателя — журнал За рулем

Неоконченная пьеса для механического нагнетателя

Принес его в редакцию сам разработчик — Олег Иванович Попырин, выпускник физфака МГУ, кандидат физико-математических наук и автор многих разработок в области физико-химических и газодинамических процессов. Запатентованная изюминка нагнетателя в оригинальной форме лопастей. Агрегат с такими лопастями проще в изготовлении, а постоянный зазор около 0,1 мм в зацеплении роторов и по торцам гарантирует хороший ресурс — трущихся частей нет. У компрессора собственная система смазки. Подшипники рассчитаны по оборотам (12 000 об/мин) и нагрузке, а шестерни и алюминиевые роторы отбалансированы. Естественно, мы не могли не испытать его на автомобиле. А тут и доброволец нашелся — Коля, умелец-самоучка, блестящий реаниматор сломавшихся на дороге машин, из службы эвакуации. Увидев разложенный по косточкам компрессор, взгляд отвести он больше не мог. И одним своим благоговеющим видом уговорил нас отдать агрегат ему. С клятвенным обещанием рассказать и показать. От наших речей про то, что устанавливать компрессор нужно после дроссельной заслонки* и переносить вакуумные шланги на новый патрубок, отмахнулся. Знаем, мол, плавали. А разговоры о том, что шкив компрессора должен лежать в одной плоскости с остальными, счел обидными. Дескать, я каждый день машины оживляю, а вы тут с ликбезом лезете. Забрал компрессор, кронштейны и переходники — и был таков.

Золотыми руками

Через несколько дней счастливый Коля заявился к нам — хвастать результатами. Распахнули капот «пятнашки»… Что тут у нас? Ох и тесно, даже наш компактный компрессор не сразу втиснулся в моторный отсек. После долгих примерок Коля разместил его на месте бачка омывателя. Удачное решение: тут гораздо меньше нагрев от двигателя и радиатора.**

Компрессор на кронштейне прикреплен к блоку двигателя четырьмя шпильками — резьба под них есть у всех «восьмерочных» блоков. Узел дроссельной заслонки он закрепил на входящем в комплект кронштейне, заглушив входное отверстие ресивера. Воздух в него попадает с противоположной стороны, где вместо заглушки теперь переходной фланец. Вроде все правильно…

Поехали?

Включаем стартер — и мотор оживает с новым, утробным бормотаньем. Манометр показывает 0,4 бара.*** На холостых оборотах стрелка тахометра нервно подергивается, но после перегазовки успокаивается на отметке 1000 об/мин. Пробная поездка ошеломляет пушечным разгоном, но выше 3000 об/мин стрелку загон

www.zr.ru

Механический наддув — e-fee.ru

Механический наддув
Механические нагнетатели (по англ. supercharger) позволяют довольно простым способом существенно поднять мощность мотора. Имея привод непосредственно от коленчатого вала двигателя, компрессор способен закачивать воздух в цилиндры при минимальных оборотах и без задержки увеличивать давление наддува строго пропорционально оборотам мотора.
Но у них есть и недостатки. Они снижают КПД ДВС, так как на их привод расходуется часть мощности, вырабатываемой силовым агрегатом. Системы механического наддува занимают больше места, требуют специального привода (зубчатый ремень или шестеренчатый привод) и издают повышенный шум.Существует два вида механических нагнетателей: объемные и центробежные.
Типичными представителемя объемных нагнетателей являются нагнетатель Roots и компрессор Lysholm.
Конструкция Roots напоминает масляный шестеренчатый насос. Два ротора вращаются в противоположные стороны внутри овального корпуса. Оси роторов связаны между собой шестернями. Особенность такой конструкции в том, что воздух сжимается не в нагнетателе, а снаружи – в трубопроводе, попадая в пространство между корпусом и роторами. Основной недостаток – в ограниченном значении наддува. Как бы безупречно ни были подогнаны детали нагнетателя, при достижении определенного давления воздух начинает просачиваться назад, снижая КПД системы. Способов борьбы немного: увеличить скорость вращения роторов либо сделать нагнетатель двух- и даже трехступенчатым. Таким образом можно повысить итоговые значения до приемлемого уровня, однако многоступенчатые конструкции лишены своего главного достоинства – компактности. Еще одним минусом является неравномерное нагнетание на выходе, ведь воздух подается порциями. В современных конструкциях применяются трехзубчатые роторы спиральной формы, а впускное и выпускное окна имеют треугольную форму. Благодаря этим ухищрениям нагнетатели объемного типа практически избавились от пульсирующего эффекта. Невысокие скорости вращения роторов, а следовательно, долговечность конструкции вкупе с низким шумом привели к тому, что ими щедро оснащают свою продукцию такие именитые бренды, как DaimlerChrysler, Ford и General Motors. Объемные нагнетатели поднимают кривые мощности и крутящего момента, не изменяя их формы. Они эффективны уже на малых и средних оборотах, а это наилучшим образом сказывается на динамике разгона. Проблема лишь в том, что подобные системы очень прихотливы в изготовлении и установке, а значит, довольно дороги.
Еще один способ нагнетать во впускной коллектор воздух под избыточным давлением в свое время предложил инженер Лисхольм (Lysholm). Его детище окрестили винтовым нагнетателем, или «double screw» (двойной винт). Конструкция наддува Лисхольма чем-то напоминает обычную мясорубку. Внутри корпуса установлены два взаимодополняющих винтовых насоса (шнека). Вращаясь в разные стороны, они захватывают порцию воздуха, сжимают и загоняют ее в цилиндры. Характерна такая система внутренним сжатием и минимальными потерями, благодаря точно выверенным зазорам. Кроме того, винтовые наддувы эффективны практически во всем диапазоне оборотов двигателя, бесшумны, очень компактны, но чрезвычайно дороги из-за сложности в изготовлении. Однако ими не брезгуют такие именитые тюнинг-ателье, как AMG или Kleemann.Центробежные нагнетатели по конструкции напоминают турбонаддув. Избыточное давление во впускном коллекторе также создает компрессорное колесо (крыльчатка). Его радиальные лопасти захватывают и отбрасывают воздух в окружной тоннель при помощи центробежной силы. Отличие от турбонаддува лишь в приводе. Центробежные нагнетатели страдают аналогичным, хотя и менее заметным инерционным пороком, но есть и еще одна важная особенность. Фактически величина производимого давления пропорциональна квадрату скорости компрессорного колеса. Проще говоря, вращаться оно должно очень быстро, чтобы надуть в цилиндры необходимый воздушный заряд, порой в десятки раз превышая обороты двигателя. Эффективен центробежный нагнетатель на высоких оборотах. Механические «центробежники» не так капризны в обслуживании и долговечнее газодинамических собратьев, поскольку работают при менее экстремальных температурах. Неприхотливость, а следовательно, и дешевизна конструкции снискали им популярность в сфере любительского тюнинга. Схема управления механическим нагнетателем довольно проста. При полной нагрузке заслонка перепускного трубопровода закрыта, а дроссельная открыта — весь поток воздуха поступает в двигатель. При работе с частичной нагрузкой дроссельная заслонка закрывается, а заслонка трубопровода открывается — избыток воздуха возвращается на вход нагнетателя. Входящий в схему охладитель наддувочного воздуха (Intercooler) является почти непременной составной частью не только механических, но и газотурбинных систем наддува. При сжатии в компрессоре (либо в нагнетателе) воздух нагревается, в результате чего его плотность уменьшается. Это приводит к тому, что в рабочем объеме цилиндра воздуха, а, следовательно, и кислорода, по массе помещается меньше, чем могло бы поместиться при отсутствии нагревания. Поэтому сжатый воздух перед подачей его в цилиндры двигателя предварительно охлаждается в интеркулере. По своей конструкции это обычный радиатор, который охлаждается либо потоком набегающего воздуха, либо охлаждающей жидкостью. Понижение температуры наддувочного воздуха на 10 градусов позволяет увеличить его плотность примерно на 3%. Это, в свою очередь, позволяет увеличить мощность двигателя примерно на такой же процент.

e-fee.ru

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 напра

www.zr.ru

В погоне за мощностью: Нагнетатели

Нагнетатель как радикальное средство дать пинок под зад своему автомобилю

Набор «Наддуй свой двигатель сам»

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

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

Наддувательство

Самым элементарным является инерционный наддув. Принцип его действия действительно прост: на капоте, если двигатель находится впереди, или по бокам или на крыше, если мотор сзади, ставятся дополнительные воздухозаборники, от которых по воздуховоду подводится дополнительный воздух к впускному коллектору. Заметим сразу, что воздухозаборники «ушастого» «Запорожца» никакого отношения к наддуву не имели — они служили для охлаждения двигателя. Точно так же заблуждались владельцы «тюнинговых» «Жигулей», которым умельцы устанавливали такие воздухозаборники на капоте. Дело в том, что инерционный наддув начинает работать только на скорости выше 180 км/ч, которую продукт отечественного автопрома развить не мог ни при каких обстоятельствах. А увидеть действующую систему в Москве можно на нескольких Pontiac Firebird Trans Am, на которые инерционный наддув ставился на заводе.

Реальную же прибавку в мощности можно получить, только установив компрессор. Если он приводится механической передачей от коленвала, то такое устройство чаще всего называют механическим нагнетателем в России, compressor — в Германии, supercharger — в Америке и blower — в Англии. Если же компрессор вращается турбиной, размещенной в выпускном тракте двигателя, то его чаще всего называют турбонагнетателем (turbocharger).

С немецким акцентом

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

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

Борьба с ямами

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

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

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

Недокрутить — пропасть, перекрутить — пропасть

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

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

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

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

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

Механика ручной сборки

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

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

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

$35 тыс. готовый набор для установки нагнетателя.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№2, Февраль 2003).

www.popmech.ru

Механический нагнетатель воздуха для автомобиля

Механический нагнетатель является одной из вариаций системы наддува воздуха, с целью увеличить мощность мотора. Главная задача эксплуатации такого решения заключается в создании значительно увеличенного давления, превышающего показатель атмосферного давления внутри впускного коллектора.

Устройства такого плана называют механическими по тому, что привод от коленчатого вала двигателя. Этим они отличаются от других систем нагнетания воздушной массы в цилиндры.

Особенности работы механического нагнетателя

Устройство по принципу работы схоже с турбокомпрессором. Он аналогично турбинам осуществляет целый список связанных между собой функций. Устройство затягивает воздух снаружи, осуществляя процесс его сжатия с последующее нагнетанием во впускную двигательную систему. Втягивается воздух благодаря созданному внутри коллектора разрежению. Для осуществления нужного уровня давления нагнетателям такого типа нужно вращаться на повышенных оборотах, опережая мотор. Нагнетается воздух во впуск благодаря разнице в давлении в системе.

Сжимаемый при помощи устройства воздух характеризуется увеличением температуры во время сжатия. Это приводит к понижению плотности, а итогом этого будет сниженный уровень давления. Механическую систему оснащают промежуточным охладителем для разрешения данной проблемы. Охладитель является воздушным или жидкостным радиатором, качественно охлаждающим сжатые воздушные массы после прохода устройства.

Особенности привода компрессоров

Механический нагнетатель воздуха для автомобиля с ДВС в конструктивном плане может иметь определенные отличия в сравнении с другими похожими решениями. Главное различие от схожих систем в основном является выступающая система его привода.

Приводное устройство нагнетателя может быть таким:

  • система прямого привода, с которой описываемое устройство обладает креплениями для прямого соединения с фланцем коленчатого вала;
  • зубчатые или плоские ремни ременного привода;
  • привод, базирующийся на цепном приводе;
  • зубчатая передача, под которой подразумевают редуктор цилиндрического типа;
  • электропривод, подразумевающий наличие отдельного электрического двигателя.

Разновидности

Теперь стоит рассмотреть каждую из разновидностей механического типа более детально.

Современные транспортные средства могут оснащать разнообразными вариациями компрессоров.

Широкое распространение получили 3 основных типа устройств:

  • кулачковый;
  • винтовой;
  • центробежный;

Кулачковый тип

Такой механический нагнетатель является одной из первых разработок. Его начали устанавливать на транспортные средства с самого начала прошлого столетия.

На сегодня, реализуется данная конструкция таким образом, что компрессор оснащается парой роторов. Они могут обладать тремя или четырьмя кулаками, вращающимися встречно друг другу.

Кулаки располагаются таким образом, чтобы размещаться спирально по всей длине вышеупомянутых роторов. Угол закручивания данных элементов побирается с целью обеспечения наиболее эффективного процесса нагнетания воздуха с учетом возникающих параллельно этому потерь. Общая конструкция и принцип действия кулачкового варианта схожи с шестеренным масляным насосом, устанавливаемый смазочную систему ДВС.

Оказывающийся в нагнетателе воздух ловится кулаками ротора, перемещается в кулачковом пространстве и между стенками нагнетателя. В процессе он сжимается, а после этого начинается процесс нагнетания воздуху во впуск. Таков принцип называют нагнетанием внешнего типа. Такие компрессоры выделяются тем, что в большом темпе реализует необходимое давление.

Фиксируется и рост вышеуказанного давления одновременно с увеличением частотности вращения коленчатого вала транспортного средства.

Иногда кулачковый агрегат способен создать очень сильное давление, превышающее необходимый уровень. Как результат – образование воздушных пробок в канале нагнетания и ухудшение эффективности давления, что становится причиной общего снижения мощности силового агрегата во множестве рабочих режимах. Во избежание столь нежелательных последствий, в процессе использования агрегатов механического типа в обязательном порядке реализуют дополнительные меры по контролю и регулированию давления.

Вышеуказанное давление регулируют 2-мя распространёнными методами:

  • Первый из них подразумевает регулирование давления посредство выключения агрегата. По большей части такой метод осуществляют посредством муфты электромагнитного типа;
  • Второй вариант подразумевает пуск воздуха на этапе непрерывной работы устройства. Воздушную массу пускают посредством перепускного клапана;

Сейчас решения наддува механического типа оснащают схемами регулировки так. Комплексный вариант включает в себя входные датчики давления наддува и во впуске, электронные управляющие блоки и т.д.

Одновременно с этим прибегают к многочисленным механизмам исполнения. К ним относятся модули привода перепускного клапана электромеханического типа, муфтовый электрический магнит и прочие элементы. Нагнетатели рассматриваемого типа преимущественно дорогие. Такое положение дел обуславливается допусками недостаточных размеров на этапе производства.

Решения такого плана характеризуются повышенными требованиями к стерильности поступающего внутрь воздуха. В независимости от уровня или типа загрязнений или посторонних предметов внутри системы, чувствительный агрегат может быть легко выведен из строя.

Устройства данной разновидности характеризуются солидным весом, а также большой шумностью во время их работы. Производителями эффективно используется большое число мер для подавления шума, начиная от конструктивных корпусных особенностей и заканчивая использованием резонаторов, демпферов и прочих.

Винтовой тип

Нагнетатели винтового типа представляют собой конструктивно схожие решения с ранее рассмотренной вариацией.

Рассматриваемый сейчас агрегат включает 2 ротора-шнека определенной формы. Один из них обладает характерными выступами, а второй выемками-канавками. Эти элементы имеют форму, близкую к конической форме, а камера для воздуха между ними имеет меньшие размеры. Это будет заметно, если присмотреться к длине роторов. Поступающие смеси наружных газов захватываются шнеками, а после перемещаются и сжимаются. Процесс сжатия осуществляется при помощи шнекового вращения.

Последний этап процесса подразумевает нагнетание компрессированного воздуха. Главное отличие рассматриваемого устройства от кулачковой разновидности заключается в обеспечении внутреннего нагнетания. Воздух будет нагнетаться между шнеками, а это позволяет сделать эффективнее.

Центробежный тип

В случае центробежных разновидностей нагнетание воздуха реализовано по принципу, напоминающему принцип работы турбокомпрессора. Основывается агрегат на рабочем колесе-крыльчатке. Оно вращается с весьма и весьма большой скоростью, а по числу оборотов способно достигнуть отметки в пятьдесят или шестьдесят оборотов в минуту.

Принцип работы центробежного решения заключается в том, что поступавший воздух засасывается устройством в пространство внутри колеса. Центробежная сила воздуха перемещается по лопастям, а воздух из колеса выходит уже на больших скоростях, но уже характеризуется низким давлением.

Именно в процессе выхода оттуда воздух будет проходить по диффузору, имеющему целый ряд лопаток стационарного типа, располагающихся вблизи колеса-крыльчатки. Потоки воздуха на огромных скоростях после прохода через диффузор проходят процесс по преобразованию и превращения высокоскоростные потоки воздуха в низко-скоростные, но теперь уже с высоким уровнем давления.

Важно упомянуть, что такой вариант устройства является наиболее распространённым среди всех механических решений. Очень распространён такого типа механический нагнетатель на ВАЗ, и других, относительно доступных автомобилях. К главным преимуществам можно отнести компактность, малую массу, рабочую эффективность, взвешенную стоимость, а также широкий спектр различных вариаций крепления на моторе.

Минусами таких вариаций являются: сильно выраженная зависимость их мощности и скорости вращения коленчатого вала. Производительно стараются учитывать и эти недостатки, пытаясь их исправить.

Максимальное число отношения привода передаточного типа требуется для работы двигателя при низких оборотах. Минимальный уровень отношения задействуют в случае режима работы при скоростных оборотах.

Благодаря целому ряду конструктивных свойств нагнетатели первых типов устанавливаются на транспортные средства для обеспечения хороших динамических показателей при разгоне, в то время центробежные решения лучше всего справляются в случае работы мотора при пиковых нагрузках и максимальных показателях скорости.

Механические компрессоры в автомобилях

Такие устройства весьма востребованы как в случае дорогих автомобилей серийного производства, так и в случае спортивных машин. Нагнетатели активно задействуют в тюнинге авто.

Большую часть автомобилей спортивного типа оборудуют именно такими нагнетателями или комплексными решениями, включающими в себя сразу и механический агрегат и турбокомпрессор.

Стоит отметить и то, что наиболее массовые автомобили, в особенности среднего класса, оснащают компрессорами описанных выше типов крайне редко.

Если статья была Вам полезна, можете поделиться материалом в социальных сетях:

rulikolesa.ru

Механический и газотурбинный наддув воздуха в ДВС


ТОП 10:

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 18Следующая ⇒

Механический наддув

Механические нагнетатели (по англ. supercharger) позволяют довольно простым способом существенно поднять мощность мотора. Имея привод непосредственно от коленчатого вала двигателя, компрессор способен закачивать воздух в цилиндры при минимальных оборотах и без задержки увеличивать давление наддува строго пропорционально оборотам мотора. Но у них есть и недостатки. Они снижают КПД ДВС, так как на их привод расходуется часть мощности, вырабатываемой силовым агрегатом. Системы механического наддува занимают больше места, требуют специального привода (зубчатый ремень или шестеренчатый привод) и издают повышенный шум.

Существует два вида механических нагнетателей: объемные и центробежные.

Типичными представителемя объемных нагнетателей являются нагнетатель Roots и компрессор Lysholm.

Конструкция Roots напоминает масляный шестеренчатый насос. Два ротора вращаются в противоположные стороны внутри овального корпуса. Оси роторов связаны между собой шестернями. Особенность такой конструкции в том, что воздух сжимается не в нагнетателе, а снаружи – в трубопроводе, попадая в пространство между корпусом и роторами. Основной недостаток – в ограниченном значении наддува. Как бы безупречно ни были подогнаны детали нагнетателя, при достижении определенного давления воздух начинает просачиваться назад, снижая КПД системы. Способов борьбы немного: увеличить скорость вращения роторов либо сделать нагнетатель двух- и даже трехступенчатым. Таким образом можно повысить итоговые значения до приемлемого уровня, однако многоступенчатые конструкции лишены своего главного достоинства – компактности. Еще одним минусом является неравномерное нагнетание на выходе, ведь воздух подается порциями. В современных конструкциях применяются трехзубчатые роторы спиральной формы, а впускное и выпускное окна имеют треугольную форму. Благодаря этим ухищрениям нагнетатели объемного типа практически избавились от пульсирующего эффекта. Невысокие скорости вращения роторов, а следовательно, долговечность конструкции вкупе с низким шумом привели к тому, что ими щедро оснащают свою продукцию такие именитые бренды, как DaimlerChrysler, Ford и GeneralMotors. Объемные нагнетатели поднимают кривые мощности и крутящего момента, не изменяя их формы. Они эффективны уже на малых и средних оборотах, а это наилучшим образом сказывается на динамике разгона. Проблема лишь в том, что подобные системы очень прихотливы в изготовлении и установке, а значит, довольно дороги.

Еще один способ нагнетать во впускной коллектор воздух под избыточным давлением в свое время предложил инженер Лисхольм (Lysholm). Его детище окрестили винтовым нагнетателем, или «doublescrew» (двойной винт). Конструкция наддува Лисхольма чем-то напоминает обычную мясорубку. Внутри корпуса установлены два взаимодополняющих винтовых насоса (шнека). Вращаясь в разные стороны, они захватывают порцию воздуха, сжимают и загоняют ее в цилиндры. Характерна такая система внутренним сжатием и минимальными потерями, благодаря точно выверенным зазорам. Кроме того, винтовые наддувы эффективны практически во всем диапазоне оборотов двигателя, бесшумны, очень компактны, но чрезвычайно дороги из-за сложности в изготовлении. Однако ими не брезгуют такие именитые тюнинг-ателье, как AMG или Kleemann.

Центробежные нагнетатели по конструкции напоминают турбонаддув. Избыточное давление во впускном коллекторе также создает компрессорное колесо (крыльчатка). Его радиальные лопасти захватывают и отбрасывают воздух в окружной тоннель при помощи центробежной силы. Отличие от турбонаддува лишь в приводе. Центробежные нагнетатели страдают аналогичным, хотя и менее заметным инерционным пороком, но есть и еще одна важная особенность. Фактически величина производимого давления пропорциональна квадрату скорости компрессорного колеса. Проще говоря, вращаться оно должно очень быстро, чтобы надуть в цилиндры необходимый воздушный заряд, порой в десятки раз превышая обороты двигателя. Эффективен центробежный нагнетатель на высоких оборотах. Механические «центробежники» не так капризны в обслуживании и долговечнее газодинамических собратьев, поскольку работают при менее экстремальных температурах. Неприхотливость, а следовательно, и дешевизна конструкции снискали им популярность в сфере люб ительского тюнинга.

Схема управления механическим нагнетателем довольно проста. При полной нагрузке заслонка перепускного трубопровода закрыта, а дроссельная открыта — весь поток воздуха поступает в двигатель. При работе с частичной нагрузкой дроссельная заслонка закрывается, а заслонка трубопровода открывается — избыток воздуха возвращается на вход нагнетателя. Входящий в схему охладитель наддувочного воздуха (Intercooler) является почти непременной составной частью не только механических, но и газотурбинных систем наддува. При сжатии в компрессоре (либо в нагнетателе) воздух нагревается, в результате чего его плотность уменьшается. Это приводит к тому, что в рабочем объеме цилиндра воздуха, а, следовательно, и кислорода, по массе помещается меньше, чем могло бы поместиться при отсутствии нагревания. Поэтому сжатый воздух перед подачей его в цилиндры двигателя предварительно охлаждается в интеркулере. По своей конструкции это обычный радиатор, который охлаждается либо потоком набегающего воздуха, либо охлаждающей жидкостью. Понижение температуры наддувочного воздуха на 10 градусов позволяет увеличить его плотность примерно на 3%. Это, в свою очередь, позволяет увеличить мощность двигателя примерно на такой же процент.

 

 

Газотурбинный наддув

Более широко на современных автомобильных двигателях применяются турбокомпрессоры. По сути, это тот же центробежный компрессор, но с другой схемой привода. Это самое важное, можно сказать, принципиальное отличие механических нагнетателей от «турбо». Именно схема привода в значительной мере определяет характеристики и области применения тех или иных конструкций. У турбокомпрессора крыльчатка-нагнетатель сидит на одном валу с крыльчаткой-турбиной, которая встроена в выпускной коллектор двигателя и приводится во вращение отработавшими газами. Частота вращения может превышать 200.000 об./мин. Прямой связи с коленвалом двигателя нет, и управление подачей воздуха осуществляется за счёт давления отработавших газов.К достоинствам турбонаддува относят: повышение КПД и экономичности мотора (механический привод отбирает мощность у двигателя, этот же использует энергию отработавших газов, следовательно, КПД увеличивает). Не следует путать удельную и общую экономичность мотора. Естественно, для работы двигателя, мощность которого возросла за счет применения турбонаддува, требуется больше топлива, чем для аналогичного безнаддувного мотора меньшей мощности. Ведь наполнение цилиндров воздухом улучшают, как мы помним, для того, чтобы сжечь в них большее количество топлива. Но массовая доля топлива, приходящаяся на единицу мощности в час у двигателя, оснащенного ТК, всегда ниже, чем у схожего по конструкции силового агрегата, лишенного наддува. Турбонаддув дает возможность достичь заданных характеристик силового агрегата при меньших габаритах и массе, чем в случае применения «атмосферного» двигателя. Кроме того, у турбодвигателя лучше экологические показатели. Наддув камеры сгорания приводит к снижению температуры и, следовательно, уменьшению образования оксидов азота. В бензиновых двигателях наддувом добиваются более полного сгорания топлива, особенно на переходных режимах работы. В дизелях дополнительная подача воздуха позволяет отодвинуть границу возникновения дымности, т. е. бороться с выбросами частиц сажи. Дизели существенно лучше приспособлены к наддуву вообще, и к турбонаддуву в частности. В отличие от бензиновых моторов, в которых давление наддува ограничивается опасностью возникновения детонации, им такое явление неведомо. Дизель можно наддувать вплоть до достижения предельных механических нагрузок в его механизмах. К тому же отсутствие дросселирования воздуха на впуске и высокая степень сжатия обеспечивают большее давление отработавших газов и их меньшую температуру в сравнении с бензиновыми моторами. В общем, как раз то, что нужно для применения турбокомпрессора. Турбокомпрессоры более просты в изготовлении, что окупает ряд присущих им недостатков.При низкой частоте вращения двигателя количество отработавших газов невелико, соответственно, эффективность работы компрессора невысока. Кроме того, турбонаддувный двигатель, как правило, имеет т. н. «турбояму» (по-английски «turbo-lag») — замедленный отклик на увеличение подачи топлива. Вам нужно резко ускориться — вдавливаете педаль газа в пол, а двигатель некоторое время «думает» и лишь потом подхватывает. Объяснение простое — требуется время, пока мотор наберет обороты, увеличится давление выхлопных газов, раскрутится турбина, с ней крыльчатка нагнетателя — и наконец, «пойдет» воздух. Избавиться от указанных недостатков конструкторы пытаются разными способами. В первую очередь, снижением массы вращающихся деталей турбины и компрессора. Ротор современного турбокомпрессора настолько мал, что легко умещается на ладони. Снижение массы достигается не только конструкцией ротора, но и выбором для него соответствующих материалов. Основная сложность при этом- высокая температура отработавших газов. Металлокерамический ротор турбины примерно на 20% легче изготовленного из жаростойких сплавов, да к тому же обладает меньшим моментом инерции. До последнего времени срок службы всего агрегата ограничивала долговечность подшипников. По сути, это были вкладыши, подобные вкладышам коленчатого вала, которые смазывались маслом под давлением. Износ таких подшипников скольжения был, конечно, велик, однако шариковые не выдерживали огромной частоты вращения и высоких температур. Выход нашли когда удалось разработать подшипники с керамическими шариками. Однако достойно удивления не применение керамики — подшипники заполнены постоянным запасом пластичной смазки, то есть канал от штатной масляной системы двигателя уже не нужен! Избавиться от недостатков турбокомпрессора позволяет не только уменьшение инерционности ротора, но и применение дополнительных, иногда довольно сложных схем управления давлением наддува. Основные задачи при этом — уменьшение давления при высоких оборотах двигателя и повышение его при низких. Полностью решить все проблемы можно использованием турбины с изменяемой геометрией (VariableNozzleTurbine), например, с подвижными (поворотными) лопатками , параметры которой можно менять в широких пределах. Принцип действия VNT турбокомпрессора заключается в оптимизации потока выхлопных газов, направляемых на крыльчатку турбины. На низких оборотах двигателя и малом количестве выхлопных газов VNT турбокомпрессор направляет весь поток выхлопных газов на колесо турбины, тем самым увеличивая ее мощность и давление наддува. При высоких оборотах и высоком уровне газового потока турбокомпрессор VNT располагает подвижные лопатки в открытом положении, увеличивая площадь сечения и отводя часть выхлопных газов от крыльчатки, защищая себя от превышения оборотов и поддерживая давление наддува на необходимом двигателю уровне, исключая перенаддув.




infopedia.su

Подборка лучших автомобилей с нагнетателями. История наддува в автомобилях.

Многие автопроизводители уже давно используют механический нагнетатель для увеличения производительности двигателя. Обычно компрессор наддува крепиться либо сбоку, либо поверх двигателя, обеспечивая мощность горения и продувание сжатого воздуха через цилиндры.

Нагнетатель, соединенный ремнем (в некоторых случаях цепью), раскручивается коленчатым валом. Это дает нам достаточно ценное мгновенное ускорение, хотя при этом мы «крадем» немного мощности у двигателя. Нагнетатель должен раскручиваться гораздо быстрее, чем двигатель внутреннего сгорания, чтобы втягивать достаточное количество воздуха; самые высокопроизводительные примеры такого двигателя могу достигать скорости 60.000 оборотов в секунду.

Есть три основных вида нагнетателей: роторный, центробежный и двухлопастный. В первом случае, используется пара трех или четырехлобных роторов для прогонки воздуха и вентиляции. В центробежном, для достижения тех же целей, используется импеллер. И наконец, в двухлопастном используется два зубчатых колеса.

После попадания в компрессор, воздух нагревается и тем самым уменьшает свою плотность. Для того, чтоб держать температуру под контролем, на всех двигателях с механическим нагнетателем есть или воздушное, или водяное охлаждение (охладительные трубы). Расположенные между компрессором и выпускным коллектором двигателя, эти трубы охлаждают выходящий воздух, повышая его плотность, тем самым оптимизируя процесс горения. После этого, воздух попадает в камеру сгорания, где он сгорает вместе с топливом, после чего его остатки выходят через выхлопную систему.

Можно говорить в том, что такой тип двигателей переживает своего рода кризис, так как компании производители вынуждены искать варианты с менее затратным использованием топлива. Некоторые компании предпочитают турбонаддув, некоторые пытаются адаптировать двигатели с механическим нагнетателем, а некоторые, снимаем шляпу перед Volvo, пытаются установить обе системы, чтобы взять лучше от каждой.

Мы в CARakoom решили составить наш том-10 самых крутых машин с компрессором наддува. У вас есть свое мнение на этот счет? Не стесняйтесь высказать его в комментариях, назвав свою любимую машину с таким типом двигателя.

Cord 812 — 4.7-liter V8

Cord 810 был выдающейся машиной по всем возможным критериям. Впервые представленный на Нью-Йоркском автосалоне 1935 года, переднеприводный 810, с его обтекаемыми фарами и длинным, как крышка гроба капотом, сильно выделялся на фоне остальных конкурсантов.

В 1937 году производители Cord доработали некоторые мелочи, и окрестили новую модель 812. По правде сказать, машины почти ничем не отличаются внешне, да и внутренности в большей части сохранились. Главное отличие моделей в том, что в случае с 812, стандартный двигатель 4.7 литров V8 мог быть оснащен компрессором наддува, который увеличил бы мощность до 170лс при 3,500 оборотов в минуту – а это, надо сказать, 45 дополнительных лошадок по сравнению со стандартным двигателем.

Еще одна отличительная особенность, выделявшая Cord на фоне других автомобилей того периода, это хромированные выхлопные трубы, которые разработчики бесстыдно выставили на показ.

Auburn Automobile, материнская компания Cord, выпустила около 3000 таких моделей, перед тем как “махнула рукой” на проект, но по данным компании, около 40% машин этой модели было заказано с наддувом.

Ford Thunderbird — 5.1-liter V8

В 1956 году компания Ford задумалась о создание собственного двигателя с наддувом, чтоб принять участие в гонках NASCAR; для этого была запущенна программа The Ford Motor Company Supercharger Program. Около пятидесяти образцов Thunderbird с двигателем с наддувом было создано в те годы, и они ждали одобрения боссов компании. Начальство “Голубого овала” выбрало модель с наилучшими показателями, после чего было решено выпускать ее в ограниченном количестве, как своеобразный “бонус” от компании для широкой публики.

Взяв за основу V8 объёмом 5,110 кс, компания добавила компрессор наддува от McCulloch/Paxton, четырехкамерный карбюратор и улучшенный распределительный вал, с целью выжать 300лс. В 1957 году выпустили всего 200 таких “красавиц”, и уже в следующем году модель была упразднена.

Studebaker Avanti — 4.7-liter V8

Studebaker в 1982 году применил технологии наддува двигателя в Avanti с его восьмицилиндровым движком объёмом 4,730 кс. Этот двигатель был создан на Paxton, дочерней компании Studebaker; при этом мощность автомобиля взлетела до солидных по тем временам 290лс, что значительно превышало стандартную модель. Интересно, что из-за компрессора наддува, в отсеке двигателя не хватило места для кондиционера.

Этот апгрейд двигателя мог позволил сногсшибательному Avanti стать вполне разумной альтернативой Chevrolet Corvette; и Avanti даже умудрился побить несколько скоростных рекордов в Бонневилле (соляной равнение в Юте). Но к сожалению, продажи были слишком низкие, и в скором модель вывели из оборота, но как мы знаем, и сама компания в скором времени “загнулась”.

Еще один интересный факт, что в этот же период, компания задумалась о создание пикапов Champ оснащенных двигателями с наддувом. Ни один из образцов так и не прошел стадию испытания, и поэтому сейчас о них уже ничего не известно.

Ford Shelby GT350 (1966 – 1967) 4.7-liter V8

Взяв за основу Mustang GT350, Shelby предложил покупателям вариант комплектации с компрессором наддува в 1966 и 1967 годах. Компания заявляет, что произведенный Paxton компрессор увеличил мощность двигатель V8 объёмом 4,730 кс с 271 до 395 лс, что является невероятным прыжком на 46%. На моделях с этим двигателем были так же установлены дополнительные измерительные приборы, установленные прямо под приборной панелью.

Судя по записям Ford, за двигатель с наддувом к обычной цене автомобиля добавлялось 670$, но достаточно немного GT350 было продано, а и того меньше сохранилось до наших ней. Как я уже сказал, такой двигатель, был необязательным при заказе и у покупателей был так же дополнительный вариант с турбокомпрессором, но это уже другая история.

Toyota MR2 — 1.6-liter I4

Первое поколение Toyota MR2, более известное как W10, получило отличные отзывы от прессы и общественности, но покупатели единогласно потребовали более мощную версию спортивного автомобиля с двигателем, расположенным в средней части. Toyota не заставила их долго ждать, предложив в 1987 году MR2 с двигателем с наддувом. Четырехцилиндровый двигатель 1.6 литров, мог уже немного поиграть мускулами, и похвастаться 145лс и 190нм.

В результате, легковесный MR2 разгонялся с 0 до 100 всего за 6,5 секунд. Автомобиль оснащался пятиступенчатой коробкой передач. Компрессор наддува позволял ему без труда обогнать своих ближайших конкурентов Bertone X1/9 и Pontiac Fiero. Удивительно, но эта модификация MR2 могла обогнать даже Fiero с его V6.

Toyota прекратила ставить компрессор наддува на машины этой серии с уходом на покой W10 MR2. На W20, приемнике W10, уже стоял четырехцилиндровый турбированный двигатель 2.0 литров.

Volkswagen Golf GTI G60 — 1.8-liter I4

Появившись в Европе в начале 90-х, Volkswagen Golf GTI G60 был спроектирован с целью по-настоящему проверить, на что способен переднеприводный автомобиль. Он имел шестнадцатиклапанный, четырехцилиндровый двигатель 1.8 литров, оснащенный компрессорам наддува. Инновационный дизайн использовался на Golf Rallye, предшественнике современного Golf R, и так же на некоторых других машинах Volkswagen, в том числе на Passat и Polo.

G-образный компрессор позволял двигателю 1.8 литров развивать мощность 160 лс и 216нм. Оборудованный пятиступенчатой механикой, GTI G60 с легкостью разгонялся до 100 за 8.3 секунд, что на 0.7 быстрее обычного двигателя. Максимальная скорость модели с наддувом была 220 км/ч.

MINI Cooper S John Cooper Works — 1.6-liter I4

В 2002 году, отелом BMW MINI была представлена тюнингованная комплектация хэтчбека Cooper S, известного как John Cooper Works. Изначальное он представлялся, как эксклюзивная дилерская модификация, которая значительно отличалась от первоначального продукта. В этой модификации, разработчики выжали 200 лс из четырёхцилиндрового двигателя Mini 1.6 литров, добавив новый электронный блок управления двигателем, спортивную систему выхлопа и механический нагнетатель.

С новым двигателем, Cooper S моментально стал главным героем на сцене крутых хэтчбеков, и этому он во многом благодарен своему резкому ускорению и внешнему виду как у машины для гольфа. В 2005, MINI добавил еще 10 лошадей, и он стал доступным в широкой продаже.
Но разработчики на этом не остановились, и в 2006 представили новую версию MINI JCW для любителей “хардкора”, тем самым формально попрощавшись с MINI Cooper первого поколения. Он в свою очередь, является самым быстрым автомобилем из серии MINI; все доработки были направлены на повышение показателей машины, например, настраиваемые шасси, доработанная подвеска, улучшенная система выхлопа и увеличенные форсунки.

Audi S5 — 3.0-liter V6

Audi заинтересовался механическим нагнетатель, после выпуска 200T с турбированным двигателем. В послужном списке компании достаточно много автомобилей с турбонаддувом, но мы в CARakoom считаем, что самый интересный проект компании – это двигатель TFSI с компрессорам наддува, трехлитровый V6. Пять лет подряд он выигрывал престижную награду Ward’s Best Engine, а это много стоит.

Пожалуй самое возбуждающее применение этого двигателя — купе S5, где его мощность достигла 333лс и 440 нм. Audi использовало TFSI и в других моделях , таких как S4, A6, A7 и даже в дорогом A8.

LandRoverRange Rover Sport — 5.0-liter V8

С первого же дня выпуска в 2005, Land Rover Range Rover Sport был доступен с механическим нагнетателем. Сейчас, Sport оснащают пятилитровым двигателем v8 с компрессором наддува, который с гордостью демонстрирует нам свои 510лс и 625нм. Ему достаточно всего 5 секунд на разгон с 0 до 100.

Если для вас это не быстро, то специально для вас Jagua и Land Rover недавно объявили о программе Special Vehicles Operations, в рамках которой разрабатывают специально заточенную под Нюрбургринг модификацию Sport, которая уже сейчас выдает 550 лс. Land Rover амбициозно заявляет, что это будет самый быстрый и поворотливый SUV, допущенный к эксплуатации на обычных дорога.

Chevrolet Corvette Z06 — 6.2-liter V8

Chevrolet Corvette Z06, который был ранее представлен в Детройте в этом году, уже окрестили наиболее эффективным автомобилем вышедши из под крыла GM. И, пожалуй, самый экстремальный из седьмого поколения Vette. В самом сердце этого дикого зверя спрятан двигатель V8 объемом 6.2 литрова с компрессором наддувом, который генерирует мощность в 650лс и 881нм, унося Corvette с нашей планеты, в галактику суперкаров.
Мощность передается на передние колеса за счет либо восьмиступенчатой автоматической трансмиссии, либо за счет первое в их истории семиступенчатой механически. Весь этот табор лошадей держат в уделах огромные дисковые тормоза и колеса от Michelin Pilot Sport.

Для тех, кто любит по-настоящему диких зверей и Z06 кажется слишком “одомашненным”, Chevrolet предлагает Z07, комплектацию которая поможет вам полностью реализовать потенциал механического нагнетателя с помощью добавления углеродно-керамические тормозов и задним спойлером, который дает Vette такую прижимную силу, о которые не и не мечтает ни одна модель компании.

carakoom.com

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о