Механический нагнетатель двигателя

Механический нагнетатель двигателя

Механический нагнетатель

Механический нагнетатель – основной конструктивный элемент системы механического наддува. С помощью нагнетателя в впускном тракте создается давление выше атмосферного, а механический он потому, что привод рабочего органа осуществляется непосредственного от коленчатого вала двигателя. За рубежом механический нагнетатель называют одним словом – supercharger.

Применение механического нагнетателя обеспечивает повышение мощности (до 50%) и крутящего момента (до 30%) двигателя. Вместе с тем, механический нагнетатель отличают значительные затраты мощности двигателя на привод, которые могут достигать 30%.

Механический нагнетатель выполняет следующие взаимосвязанные функции: втягивание воздуха, сжатие воздуха и нагнетание воздуха во впускную систему. Втягивание воздуха происходит посредством созданного разряжения. Для того чтобы создать давление, нагнетатель должен вращаться быстрее чем двигатель. Нагнетание воздуха в впускной тракт осуществляется за счет разницы давлений в системе.

Воздух имеет свойство нагреваться при сжатии, при этом снижается его плотность и соответственно давление. Поэтому в системах наддува сжатый воздух охлаждается с помощью специального воздушного или жидкостного охладителя – интеркулера.

Механический нагнетатель конструктивно может иметь один из следующих приводов:

  • прямой привод (непосредственное крепление нагнетателя на фланец коленчатого вала);
  • ременной привод (различный виды ремней – клиновой, зубчатый, плоский);
  • цепной привод;
  • зубчатая передача (цилиндрический редуктор);
  • электрический привод (отдельный электродвигатель).

На современных автомобилях применяются три основных типа механических нагнетателей: кулачковый (нагнетатель Roots), винтовой (нагнетатель Lysholm) и центробежный.

Кулачковый нагнетатель

Кулачковый нагнетатель является самым старым типом механического нагнетателя, т.к. используется на автомобилях с 1900 года. Имеет другое название по имени изобретателей – нагнетатель Roots, обиходное название воздуходувка.

Современный кулачковый нагнетатель имеет два трех- или четырехкулачковых ротора, которые вращаются навстречу друг другу. Кулачки расположены по спирали на всей длине ротора. Угол закрутки кулачков обеспечивает максимальную эффективность в плане нагнетания и потерь.

По конструкции и принципу действия кулачковый нагнетатель очень похож на шестеренный масляный насос. Воздух в нагнетателе захватывается кулачками, перемещается в пространстве между кулачками и стенками корпуса, нагнетается в впускной трубопровод. Имеет место т.н. внешнее нагнетание.

Нагнетатель Roots характеризует быстрое создание необходимого давления наддува, а также рост этого давления с увеличением частоты вращения коленчатого вала. Вместе с тем в определенный момент может образоваться избыток давления, и как следствие – заторы в нагнетательном канале, снижение мощности двигателя. Поэтому при использовании механических нагнетателей всех типов осуществляется регулирование давления наддува.

Регулирование давления наддува производится двумя способами:

  1. отключением нагнетателя (например, с помощью электромагнитной муфты);
  2. перепусканием воздуха при непрерывной работе нагнетателя (с помощью перепускного клапана).

Современные системы механического наддува имеют электронное регулирование наддува, включающее входные датчики (датчик давления наддува, датчик температуры во впускном коллекторе и др.), электронный блок управления, исполнительные механизмы (электромеханический модуль привода перепускного клапана, электромагнит муфты и др.).

Нагнетатели Roots имеют достаточно высокую стоимость, обусловленную малыми допусками в изготовлении. Они предъявляют повышенные требования к чистоте подаваемого воздуха, т.к. инородный предмет в впускной системе может привести к выходу из строя нагнетателя. Необходимо отметить большой вес нагнетателя и высокий уровень шума при его работе. Производители достаточно эффективно борются с шумом. В их арсенале специальная конструкция корпуса, демпфирующие пластины и маты, резонатор, демпферы и др.

Ведущим производителем нагнетателей Roots является фирма Eaton, которая в настоящее время предлагает высокоэффективные четырехкулачковые нагнетатели TVS, Twin Vortices Series (дословно – спаренная серия вихрей). Данные нагнетатели устанавливаются на серийные двигатели автомобилей Cadillac, Toyota, Audi. На некоторых двигателях кулачковые нагнетатели используются совместно с турбонагнетателями, например двойной наддув двигателя TSI.

Винтовой нагнетатель

Винтовой нагнетатель (другое наименование по имени изобретателя – нагнетатель Lysholm) по конструкции похож на нагнетатель Roots. Нагнетатель включает два ротора-шнека специальной формы (один ротор c выступами, другой – с выемками). Роторы имеют коническую форму, при которой воздушные камеры между роторами уменьшаются в размере по длине.

Порция воздуха захватывается шнеками, перемещается и сжимается при вращении шнеков и нагнетается в впускной патрубок. В отличие от кулачковых нагнетателей винтовой нагнетатель обеспечивает внутреннее (т.е. между шнеков) нагнетание воздуха, которое более эффективно. Но цена винтовых нагнетателей значительно больше, поэтому и применяются они реже, в основном на дорогих спортивных автомобилях.

Центробежный нагнетатель

Центробежный нагнетатель в части нагнетания воздуха аналогичен турбокомпрессору. Основу нагнетателя составляет рабочее колесо (крыльчатка), которое вращается с высокой скоростью (порядка 50000-60000 об/мин).

Воздух засасывается в центральную часть колеса. Центробежная сила направляет воздух по лопастям специальной формы наружу. Из рабочего колеса он выходит на большой скорости и с низким давлением. При выходе воздух сталкивается с диффузором, имеющим множество стационарных лопаток вокруг рабочего колеса. Высокоскоростной поток воздуха низкого давления преобразуется в поток воздуха низкой скорости и высокого давления.

Центробежные нагнетатели наиболее распространены из всех механических нагнетателей. Они компактные, легкие, эффективные, имеют возможность разнообразного крепления на двигателе. В пассив центробежных нагнетателей следуют отнести зависимость производительности от скорости вращения коленчатого вала. Это качество центробежных нагнетателей предполагает использование привода с переменным передаточным отношением. Максимальное передаточное отношение привода требуется при низких оборотах двигателя, минимальное – при высоких оборотах.

Область применения механических нагнетателей достаточно широка: спортивные и серийные автомобили, а также тюнинг автомобилей. Практически все спортивные автомобили используют механические нагнетатели – это их основное применение. Установка механических нагнетателей является одним из направлений тюнинга автомобилей. Производители предлагают комплекты, включающие необходимые конструктивные элементы для установки на двигатель. На серийных автомобилях механические нагнетатели встречаются достаточно редко.

В силу своей конструкции нагнетатели Roots и Lysholm применяются для обеспечения высокой разгонной динамики, центробежные нагнетатели эффективны в поддержании высоких скоростей.

Компрессор (приводной нагнетатель)

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

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

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

Типы приводных нагнетателей

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

Роторные компрессоры

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

Читать еще:  Какое масло залить в кпп гранты

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

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

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

Винтовые компрессоры

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

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

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

Рассмотрим конструкцию винтового компрессора на приведенном рисунке:

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

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

Центробежные компрессоры

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

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

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

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

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

Для установки на модель Нива-Шевроле предназначен центробежный компрессор “АutoTurbo” с установочным комплектом для ВАЗ 2123. В устройстве применен компрессор ПК-23, который при своевременной замене ремня и подшипников обладает неограниченным ресурсом. Создавая давление наддува до 0,5 бар, устройство отличается сравнительно небольшими габаритами и бесшумностью работы. Этот комплект может устанавливаться на двигатели с максимальным объемом 2 л.

Механический нагнетатель

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 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.

Читать еще:  Как проверить стучит ли рулевая рейка

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.

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:

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.

Читать еще:  Описание подрулевых лепестков переключения передач: что это, фото и видео

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.

Механические нагнетатели. Какие бывают?

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. Но 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.

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.

Плюсы и минусы

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 – 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.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector