Механический нагнетатель воздуха для автомобиля

Принцип функционирования механического компрессора

Схематически работу суперчарджера представить довольно просто: благодаря использованию нагнетательного механизма он всасывает наружный воздух, подавая его под давлением во впускной коллектор. Втягивание воздушных потоков осуществляется с использованием создаваемого в коллекторе разрежения. Чтобы нагнетать воздух под давлением, вал компрессора должен вращаться быстрее коленвала, что достигается посредством применения ременной передачи (в старых моделях – цепной).

Обычно нагнетание воздушного потока осуществляется за счёт использования разницы парциальных давлений в связке двигатель – компрессор. Поскольку при сжатии температура воздуха растёт, его плотность уменьшается, что приводит к ухудшению характеристик процесса горения ТВС. Для решения температурной проблемы в конструкцию нагнетателя встраивают интеркулер, представляющий собой радиатор охлаждения воздушного иди жидкостного типа.

Устройство нагнетателя

Для работы мотора в машине нужна ТВС (топливо-воздушная смесь), соотношение элементов зависит от нагрузки, режима работы. Без дополнительного оборудования ТВС подается за счет разряжения при впуске и полностью зависит от объема цилиндров. Объем можно увеличить, если создать дополнительное давление. В результате сгорит больше ТВС, мощность увеличится. Подобный подход экономит топливо, так как требуемую мощность можно получить при небольшом объеме цилиндров.

Механический наддув состоит из:

  1. компрессора;
  2. воздушного фильтра;
  3. интеркулера (охладителя);
  4. двух заслонок (дроссельной, трубопроводной);
  5. двух датчиков (температуры, давления).

     Схема работы механического нагнетателя

Механический нагнетатель связан с коленвалом, поэтому работа начинается одновременно с запуском мотора, объем подаваемого на двигатель воздуха пропорционален оборотам, что является основным преимуществом этого оборудования. Минусом считается потеря мощности двигателя.

Принцип действия

Механическим нагнетателем для автомобиля управляет заслонка на дросселе. Если обороты высокие, она открывается при закрытой заслонке на трубопроводе. Воздух свободно перемещается в коллектор. При низких оборотах заслонка дросселя тоже открыта, но под углом. Заслонка трубопровода при этом открывается полностью, возвращая часть воздуха обратно в компрессор. Функция интеркулера — снизить температуру воздуха на 10 градусов с целью повысить степень сжатия.

Крутящий момент от коленвала на компрессор передается через:

  • прямой привод (если нагнетатель установлен на фланец вала);
  • ремень (плоский, с зубьями или клиньями);
  • цепь;
  • шестеренчатую передачу.

Недостаток ремней — вероятность проскальзывания, короткий срок службы. При использовании шестерни увеличиваются размеры оборудования, создается дополнительный шум.

Классификация

Разработано несколько систем, обеспечивающих механический наддув. Они отличаются по конструкции, методу нагнетания, эксплуатационным особенностям.

Roots (роторный, кулачковый нагнетатель)
Это оборудование не совсем является компрессором, а скорее объемным нагнетателем. Сначала это были две шестерни, соединяющие оси двух роторов, вмонтированные в корпус. Поток воздуха создавался благодаря вращению роторов, оснащенных лопатками со сложной конструкцией. Нагнетание воз

духа в трубопровод создавалось во время его перемещения между кулачками и корпусом.

Плюсы роторной конструкции:

  • начало активной работы на низких оборотах;
  • отсутствие потери эффективности во время работы;
  • надежность, простота, компактные размеры конструкции;
  • бесшумность;
  • длительный срок эксплуатации.

Машины с роторным наддувом в почете у гонщиков-спортсменов.

Основные недостатки этого типа оборудования:

  • подача воздуха неравномерная, пульсирующая;
  • на высоких оборотах (большой скорости вращения роторов) создается большой поток, излишки которого, возвращаются в нагнетатель. В результате Рутс выдает меньше энергии чем потребляет, снижается КПД системы.

На средних оборотах поток воздуха тоже пульсирует, что вызывает чрезмерный перегрев. В более современные системы монтируется перепускной клапан или муфта с электроприводом для отключения агрегата.

Центробежный нагнетатель

Этот самый распространенный вид механического наддува. Такое оборудование устанавливается отдельно (как компрессор) или вместе с турбонагнетателем.

Главная деталь такой конструкции крыльчатка, похожая на колесо турбины, вращающаяся со скоростью до 60 000 об/мин. Воздух под небольшим давлением но на большой скорости поступает на крыльчатку. Лопатки колеса бросают захваченный поток на корпус. При перемещении по корпусу-улитке приобретается нужный уровень давления. В коллектор, поток перемещается уже на небольшой скорости, но под высоким давлением.

К плюсам можно отнести:

  • простоту;
  • небольшой вес;
  • сравнительно низкую стоимость.

Благодаря этим свойствам центробежные нагнетатели часто используют для тюнинга.

Важно знать и недостатки:

  • начало работы только после достижения определенного количества оборотов;
  • для повышения эффективности требуется высокая скорость вращения колеса.

Недостатками предопределена необходимость в создании требуемых условий, проблемами при смазке подшипников.

Винтовой нагнетатель (спиральный компрессор Lysholm)

Внешний вид напоминает Roots, но конструкция другая. Внутри корпуса два ротора, похожие на сверла, с формой заостренной елочки. Именно из-за особенностей конструкции система называется винтовой (спиральной). Воздух после поступления в корпус не просто перекачивается, а сжимается. А это значит, что при больших оборотах он не будет возвращаться обратно в компресор и не будет потери мощности. Результат — сравнительно высокий, стабильный КПД, который считается главным преимуществом. Благодаря этому, таким наддувом комплектуются машины класса элит, спорткары.

Недостатки спиральной конструкции:

  • сложность, высокая стоимость проектирования, производства;
  • все тоже потребление мощности мотора.

Короткий видео-урок по принципу работы винтового компрессора

Комбинированная (двухступенчатая) система наддува состоит из двух компрессоров. Один из них приводной, механический, его предназначение — обеспечить работу двигателя на малых оборотах. Второй элемент чаще всего турбо, утилизирующий выхлопные газы. При достижении определенного уровня оборотов механический нагнетатель выключается и в работу вступает турбина, работающая от выхлопных газов.

Механизм работы

Роль нагнетателя становится понятна, если вспомнить сами основы функционирования любого ДВС. Смесь топлива и воздуха подходит в двигательные цилиндры, сгорает и обеспечивает движение мотора. Причем, разумный баланс между составными частями смеси – воздухом и топливом – должен удерживаться на заданных уровнях, согласно режиму функционирования, в зависимости от испытываемой движком нагрузки.

Обычно количественное ограничение ТВС обуславливается объемом цилиндров (она всасывается туда на впуске, когда мотор машины как бы вбирает в себя необходимое ее количество). Тут кроется возможность усиления мощности для двигателя, использующего принцип внутреннего сгорания. Ведь, если ту же ТВС подать с давлением, в данный определенный объем движка войдет больше смеси. А значит, при сгорании, соответственно, станет выделяться больше энергии.
Как следствие – увеличивается мощность мотора. Такой компрессор (нагнетатель) и используется для увеличения объема воздуха, поступающего в двигатель (газ сжимается и подается с давлением). Как дополнительное преимущество, можно рассматривать экономию самого топлива, на котором функционирует данный агрегат.

Виды нагнетателей

По сути, можно выделить различные способы наддува..

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

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

Механический

Нагнетательное устройство данного типа было создано на автомобильных движках одним из первых. Он связывается с коленвалом и начинает свою работу сразу после запуска. В этом – одно из его достоинств.
Недостаток – подобная конструкция отбирает часть мощности движка. Первоначальные нагнетатели такого плана выглядели, как две шестеренки, что вращаются в разные стороны. Они были помещены в металлический замкнутого типа корпус. После, конструкция «механики» существенно поменялась. Появились и механические наддувы, использующие центробежную силу, и винтовой принцип.

Турбо

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

    Разновидности приводных механизмов

    Механический нагнетатель воздуха, устанавливаемый в автомобиль, отличается от турбины реализацией системы привода – здесь она механическая, а в качестве источника момента движения используется коленвал.

    Существует несколько конструктивных решений для реализации такого способа приводного механизма:

    • прямой привод, когда вал нагнетателя устанавливается непосредственно на фланец коленвала (достаточно экзотическое решение, требующее немалой изобретательности в плане реализации такого способа);
    • ременной привод, в настоящее время самый распространённый, передающий движение от главного вала силовой установки на компрессор через ременную передачу с зубчатым, поликлиновым или плоским профилем ремня;
    • цепной привод;
    • редукторная разновидность зубчатой передачи (конусная/цилиндрическая шестерня);
    • электропривод, предполагающий применение отдельного электродвигателя.

    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.

    Особенности установки

    Сейчас повсеместно ведется продажа именно центробежных механических нагнетателей. Кто-то устанавливает их своими руками. Других вполне устраивает цена автомастерских, а потому они доверяют специалистам.

    Так или иначе, в установке нагнетателя воздуха для машины нет ничего принципиально сложного. Здесь основной акцент следует делать на рекомендациях самого производителя.

    Перед установкой нагнетателя рекомендуется заменить прокладку ГБЦ на более толстую и качественную.

    Также важно убедиться в соответствии нагнетателя и характеристик самого автомобильного двигателя.

    Сам же процесс установки состоит из нескольких этапов. От автомобилиста потребуется:

    • настроить фильтр;
    • установить конструкцию на кронштейны;
    • подключиться к приводу;
    • закрепить ремни.

    В теории, за счет механического нагнетателя происходит увеличение мощности силовой установки примерно на 50%. Параллельно можно поднять обороты на 30% от заводских значений.

    При таком приросте мощности и производительности, практически не происходит изменений по расходу топлива.

    Только рассчитывать на максимальный прирост всех рабочих характеристик, просто установив самодельный нагнетатель, не стоит. Подобный тюнинг требует более серьезного вмешательства, как и при установке термоленты на глушитель. Часто с заменой таких компонентов как коленвал, шатуны, поршни, клапана, распределительный вал и не только.

    Теперь будет интересно послушать ваше мнение. А также почитать комментарии тех, кто сам занимался чем-то подобным и ставил себе нагнетатель.

    Разновидности компрессоров

    Различаются механические нагнетатели двигателей и способом создания давления воздуха с целью нагнетания потока во впускной коллектор СА. На сегодня наиболее распространёнными считаются следующие системы компрессоров:

    • с кулачковым механизмом (нагнетатели типа Roots);
    • винтовые устройства типа Lysholm;
    • компрессоры, оснащаемые центробежным механизмом.

    Рассмотрим все эти типы более детально.

    Нагнетатель кулачкового типа

    Данная разновидность относится к исторически самым первым компрессорным установкам, которые применялись на заре автомобилестроения с начала прошлого столетия.

    Эта разновидность нагнетателя механического типа считается самым «древним» представителем класса. Кулачковый нагнетатель присутствовал на автомобилях с начала прошлого столетия. Компрессоры этого типа названы именем изобретателей данной системы, братьев Рутс.

    С тех пор механизм нагнетателей неоднократно совершенствовался, и в современной интерпретации его характерной особенностью считается применение двух роторов, состоящих из вала с расположенным на нём кулачками в количестве 3-4 штук. Валы вращаются в противоположном направлении, а сами кулачки имеют спиралевидную (червячную) форму. Угол наклона кулачков подобран таким образом, чтобы обеспечить максимальную степень сжатия воздуха с учётом неизбежных потерь из-за завихрений и других аэродинамических процессов.

    Можно сказать, что кулачковый МК по принципу функционирования схож с шестерёнчатой передачей маслонасоса силового агрегата.

    Поступающий снаружи воздух захватывается вращающимися кулачками, расположенными равномерно по всей длине вала, и благодаря такой конструкции сжимается, проходя между стенками компрессора и кулачками, поступая во впускной коллектор в сжатом состоянии. Этот принцип создания давления именуется внешним нагнетанием.

    Отличительной особенностью такого вида компрессоров является достаточно быстрый выход на рабочие показатели. Строго говоря, уровень компрессии увеличивается прямо пропорционально скорости вращения головного вала. Недостатком внешнего нагнетания считается возможность формирования давления воздуха, превышающего требуемое, что может привести к образованию в канале подачи воздушных пробок. Следствием этого будет кратковременное снижение уровня давления, которое будет проявляться падением мощности мотора на определённых режимах его работы.

    Безусловно, производители стараются избавиться от подобных нежелательных явлений, характерных именно для механических компрессоров. Реализуется данная функция без изменения конструкции агрегата, посредством ужесточения контроля над процессом наддува. Достигается это автоматической регулировкой уровня давления, причём существует два альтернативных способа:

    • контроль за процессом с временным отключением нагнетателя посредством установки датчика давления и электромагнитной муфты;
    • второй метод не предполагает остановки компрессора – здесь излишнее давление просто сбрасывается, для чего в паре с датчиком работает перепускной клапан.

    Отметим, что современные нагнетатели оснащаются высокоточными электронными компонентами, осуществляющими тонкую регулировку наддува и обеспечивающие практически идеальную, стабильную работу блока независимо от режима работы силового агрегата. В состав таких систем контроля обычно включают два датчика давления, один из которых устанавливается в самом нагнетателе, другой – в системе впуска двигателя. За приведение в действие системы отвечают исполнительные механизмы: для нагнетателей первого типа это магнит, входящий в конструкцию муфты, во втором – электромеханический привод, осуществляющий открытие/закрытие перепускного клапана.

    Усовершенствованные механические компрессоры кулачкового типа достаточно дорогие, что обусловлено сложностью технологи их изготовления (минимальные допуски, рекордные для отрасли). Из этого следует и их повышенная чувствительность к качеству основного активного вещества – воздуха, поскольку любой загрязнитель, попавший в нагнетатель, способен вывести из строя это прецизионное устройство. Решается проблема установкой соответствующих фильтрующих элементов, которые необходимо регулярно заменять.

    Среди других недостатков механических нагнетателей можно отметить солидную массу конструкции в сборе, а также повышенную шумность в работе. Если в первой особенностью пришлось смириться, то с шумом борются самыми разными способами, начиная с установки различных шумопоглощающих элементов (демпферов, резонаторов) и заканчивая внесением изменений в геометрию корпуса нагнетателя.

    На сегодня время несомненным лидером по проектированию и изготовлению компрессоров типа Рутс является фирма Eaton, специализирующаяся на производстве четырёхкулачковых нагнетателей серии TwinVortices («двойной вихрь») повышенной эффективности. Их продукцию можно встретить на многих серийных автомобилях, достаточно упомянуть модели Audi, Cadillac, Toyota. Впрочем, существуют и комплексные решения, характерной чертой которых является использование нагнетателя в паре с турбокомпрессором. Такие моторы семейства TSI выпускает автоконцерн VAG.

    Винтовые компрессоры

    Устройства для повышения мощности СА данного типа конструктивно сильно напоминает компрессоры типа Roots. По аналогии их тоже назвали именем изобретателя (Lysholm).

    Основой конструкции винтового нагнетателя являются два шнека роторного типа, один из которых оснащён выступами оригинальной формы, а другой – такими же по геометрии выемками несколько большего размера. Сами шнеки имеют конусообразную форму с уменьшением объёма каверн ближе к выходу компрессора. Именно сужение ротора и способствует созданию на выходе определенного давления.

    В данном случае мы имеем дело с внутренним нагнетанием, обладающим большей эффективностью, нежели при использовании кулачковых роторов. Однако стоимость таких компрессоров ещё выше, и именно этот фактор считается основной силой, сдерживающей распространение данной технологии. Точность работы у них выше, чем у кулачкового аналога, поэтому их устанавливают в основном на элитные спортивные модификации, а также на модели, выпускаемые лимитированными партиями.

    Центробежные нагнетатели

    По схематике функционирования механические нагнетатели центробежного типа ближе всего к классическим турбинам. Их основной элемент – крыльчатка, вращающаяся с огромной скоростью (порядка 50-60 тысяч оборотов/минуту).

    Принцип работы механического нагнетателя центробежного типа заключается в следующем: поступающий снаружи воздух захватывается крыльчаткой и засасывается внутрь её, Возникающая центробежная сила заставляет потоки воздуха ускоряться, проходя дальше через направляющие лопасти. Из крыльчатки воздушная струя выходит на большой скорости, однако такой разгон не сопровождается существенным повышением давления. За это ответственен другой элемент конструкции – диффузор, снабжённый лопатками специальной формы, которые и создают необходимое давление с одновременным снижением скорости движения потока.

    На данный момент именно центробежные компрессоры являются наиболее востребованными в автомобилестроении, чему способствует их относительная простота конструкции, малый вес, небольшие размеры, самую демократичную стоимость и высокую эффективность в работе. К тому же центробежные нагнетатели – наименее проблемные в части установки в моторном отсеке.

    Однако схожесть с турбокомпрессором обусловила и основной недостаток центробежного аналога: зависимость производительности устройства от режима работы силового агрегата. Как правила, в качестве привода используются передачи с изменяемым передаточным числом, что позволяет частично решить вышеуказанную проблему, заставляя компрессор работать с максимальной нагрузкой при минимальных оборотах коленвала и наоборот.

    Особенности конструкции нагнетателей разного типа обусловили их преимущественную сферу использования: компрессоры первых двух типов, как правило, устанавливают на автомобили, для которых важна высокая разгонная динамика, центробежные нагнетатели нашли применение на автотранспортных средствах, двигатель которых должен работать с максимальной эффективностью на самых высоких оборотах.

    Применение механических компрессоров на автомобилях

    Применение механических нагнетателей очень востребовано как для серийных дорогих авто, так и на спортивных моделях. Компрессоры активно используются для тюнинга автомобилей. Большинство спортивных автомобилей оборудованы механическим нагнетателем или комплексным решением, которое включает в себя одновременно механический и турбокомпрессор.

    Широчайшая популярность механических нагнетателей в области тюнинга автомобильных ДВС привела к тому, что производители компрессоров предлагают сегодня готовые комплекты для установки компрессора на атмосферный мотор. Такие комплекты включают в себя полный список необходимых элементов конструкции для доступной установки на различные модели двигателей.

    Напоследок хотелось бы добавить, что серийные массовые автомобили, особенно среднего ценового сегмента, оснащаются механическими нагнетателями довольно редко.

    Наиболее распространённые поломки и ремонт своими руками

    Если компрессор приобретён недавно и срок гарантийного обслуживания ещё не закончился, все поломки обязаны устранить работники сервисной организации. Но если гарантия закончилась и ремонтировать оборудование приходится самостоятельно, изучите таблицу, приведённую ниже.

    Преимущества и недостатки механических нагнетателей

    Пришло время обобщить все преимущества и недостатки.

    Основные плюсы:

    1. Система этого типа не дорогая, легко устанавливается, обеспечивает хорошую работу на небольших оборотах, мгновенно реагирует на манипуляции с педалью газа.
    2. Винтовые нагнетатели лучше всего функционируют на разгоне, центробежные на высоких скоростях.
    3. Потери мощности практически нет, если система подключается к отдельному электроприводу.

    Основные минусы:

    1. Механический наддув осуществляется за счет вращательного момента коленвала. Если сравнивать с турбонаддувом, то мощность меньше, расход топлива больше, отбирается примерно 30% производительности мотора.
    2. Привод создает определенный уровень шума. Если механическая система используется на высоких скоростях, детали изнашиваются очень быстро.
    3. При установке на карбюраторный или инжекторный двигатель требуется дополнительная подготовка. Необходимо учесть изменения давления, то есть, заменить часть «железа», прошивку ЭБУ. Все работы нужно выполнить одновременно, чтобы предотвратить снижение мощности двигателя.

    Важно правильно подобрать нагнетатель, учитывая устройство, принцип работы, соответствие:

      • по производительности;
      • размерам, весу;
      • режимам функционирования;
      • типу привода;
      • особенностям смазки.

    На практике чаще всего приобретаются новые или б/у комплекты механических нагнетателей воздуха, рассчитанные на конкретную модель авто. Они продаются вместе с инструкцией, приводом, трубопроводом для воздуха, ремнями, крепежом.

    При самостоятельном подборе важно знать классификацию, особенности эксплуатации. Необходимо учесть, что при сжигании большего объема топлива будет выделяться дополнительное количество тепла. Перед установкой дорабатывается топливоподача, система охлаждения, конструкция цилиндров с учетом увеличения КПД. Чаще всего меняется бензонасос, форсунки.

    Источники


    • https://DriverTip.ru/osnovy/kak-rabotaet-mehanicheskiy-nagnetatel-vozduha-vavtomobile.html
    • https://VazNeTaz.ru/mexanicheskij-nagnetatel-vozduxa
    • http://AutoFlit.ru/940-chto-takoe-nagnetatel-na-avto-ego-vidy-i-detalnyy-razbor-nyuansov.html
    • https://scart-avto.ru/remont/mehanicheskiy-nagnetatel-vozduha-kakoy-metod-montazha/
    • https://pricep-vlg.ru/tyuning/mehanicheskiy-nagnetatel-vozduha-dlya-avtomobilya/
    • http://KrutiMotor.ru/ustrojstvo-mexanicheskogo-kompressora/
    • https://grounde.ru/printsip-rabotyi-kompressora.html

    Рейтинг
    ( Пока оценок нет )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Ремонт автомобиля, решение проблем с авто
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: