Устройство автомобиля. Как работает компрессор?

Как работает компрессор
 
С момента изобретения двигателя внутреннего сгорания автомобильные инженеры, любители скорости и проектировщики гоночных автомобилей все время находились в поисках путей увеличения мощности моторов. Один из способов увеличения мощности – построение двигателя большого внутреннего объема. Но большие двигатели, которые больше весят и обходятся существенно дороже в производстве и обслуживании, не всегда однозначно лучше.
Другой путь добавления мощности – это создание двигателя нормального размера, но более эффективного. Вы можете достичь этого, нагнетая больше воздуха в камеру сгорания. Большее количество воздуха дает возможность подать в цилиндр дополнительное количество топлива, что обозначает, что будет произведен более сильный взрыв и будет достигнута большая мощность. Добавление компрессора к впускной системе является отличным способом достижения усиленной подачи воздуха. В этой статье мы объясним, что такое компрессоры (их также еще называют нагнетателями), как они работают и чем отличаются от турбокомпрессоров (турбонаддува).
Компрессором является любое устройство, которое создает давление на выходе выше атмосферного. И компрессоры, и турбокомпрессоры способны это делать. На самом деле, турбокомпрессор является сокращенным названием от «турбонагнетателя» — его официального названия.
Различие между данными агрегатами заключается в способе получения энергии. Турбокомпрессоры приводятся в действие за счет плотного потока выхлопных газов, вращающих турбину. Компрессоры работают за счет энергии, передаваемой механическим путем через ременный или цепной привод от коленчатого вала двигателя.
В следующем разделе мы подробно рассмотрим, как компрессор выполняет свою работу.
 
Основы компрессора
Обычный четырехтактный двигатель внутреннего сгорания использует один из тактов для впуска воздуха. Этот такт можно разделить на три шага:

• Поршень перемещается вниз
• Это создает разрежение
• Воздух под атмосферным давлением засасывается в камеру сгорания

Как только воздух поступит в двигатель, он должен быть объединен с топливом для формирования заряда – пакета потенциальной энергии, которую можно превратить в полезную кинетическую энергию в результате химической реакции, известной как горение. Свеча зажигания инициирует эту реакцию путем воспламенения заряда. Как только топливо подвергается реакции окисления, сразу же высвобождается большое количество энергии. Сила этого взрыва, сконцентрированная над днищем поршня, толкает поршень вниз и создает возвратно-поступательное движение, которое в конечном итоге передается на колеса.
Подача большего количества топливно-воздушной смеси в заряд будет порождать более сильные взрывы. Но вы не можете просто так подать больше топлива в двигатель, так как требуется строго определенное количество кислорода для сжигания определенного количества топлива. Химически-верная смесь – 14 частей воздуха к одной части топлива – имеет очень большое значение для эффективной работы двигателя. Итог – чтобы сжечь больше топлива, придется подать больше воздуха.
Это работа компрессора. Компрессоры увеличивают давление на входе в двигатель путем сжатия воздуха выше атмосферного давления без образования вакуума. Это заставляет большему количеству воздуха попадать в двигатель, обеспечивая повышение давления. С дополнительным количеством воздуха больше топлива может быть добавлено, что вызывает увеличение мощности двигателя. Компрессор добавляет в среднем 46 процентов мощности и 31 процент крутящего момента. В условиях высокогорья, где мощность двигателя снижается за счет того, что воздух имеет меньшую плотность и давление, компрессор обеспечивает более высокое давление воздуха в двигателе, что позволяет ему работать в оптимальном режиме.

Рис.1

ProCharger D1SC – центробежный компрессор
 
В отличие от турбокомпрессоров, которые используют отработанные газы для вращения турбины, механические компрессоры приводятся в действие непосредственно от коленчатого вала двигателя. Большинство из них приводятся в движение с помощью приводного ремня, который обернут вокруг шкива, который подключен к ведущей шестерне. Ведущая шестерня, в свою очередь, вращает шестерню компрессора. Ротор компрессора может быть по-разному спроектирован, но, не смотря на это, в любом случае его работа сводится к захвату воздуха, сжатию воздуха в меньшем пространстве и сбросу его во впускной коллектор. Для того чтобы создавать давление воздуха, компрессор должен вращаться быстрее, чем сам двигатель. Создание ведущей шестерни большей, чем шестерни компрессора, заставляет компрессор вращаться быстрее. Компрессоры способны вращаться со скоростью, превышающей 50,000-60,000 оборотов в минуту. Компрессор, вращающийся со скоростью 50,000 оборотов в минуту, способен повысить давление с шести до девяти дюймов на квадратный дюйм (PSI). Это дополнительная прибавка с шести до девяти фунтов на квадратный дюйм. Атмосферное давление на уровне моря составляет 14,7 фунтов на квадратный дюйм, так что типичный эффект от применения компрессора – это увеличение подачи воздуха в двигатель примерно на 50 процентов.
Постольку поскольку воздух сжимается, он становится более горячим, а это значит, что он теряет свою плотность и не может столь сильно расширяться во время взрыва. Это обозначает, что он не может высвободить столько же энергии, сколько высвобождается при воспламенении свечой зажигания более холодной топливно-воздушной смеси. Для того чтобы компрессор работал на пике своей эффективности, сжатый воздух на выходе из компрессора должен быть охлажден перед подачей во впускной коллектор. Интеркулер несет ответственность за данный процесс охлаждения. Интеркуллеры бывают двух констуркций: «воздух-воздух» и «воздух-жидкость». Оба работают по принципу радиатора, с более холодным воздухом или жидкостью, циркулирующей по системе трубок или каналов. Горячий воздух, выходя из компрессора, попадает в трубки интеркулера и охлаждается там. Снижение температуры воздуха увеличивает его плотность, что делает плотнее заряд, поступающий в камеру сгорания.
Далее мы рассмотрим различные типы компрессоров.
 
 
Роторный компрессор Roots
Существует три вида компрессоров: роторный, двухвинтовой и центробежный. Главное отличие между ними заключается в способе подачи воздуха во впускной коллектор двигателя. Роторный и двухвинтовой компрессоры используют различные типы кулачковых валов, а центробежный компрессор – крыльчатку, которая увлекает воздух внутрь. Хотя все эти конструкции обеспечивают прибавку мощности, они значительно отличаются по своей эффективности. Каждый из этих типов компрессоров может быть доступен в различных размерах, в зависимости от того, какого результата хотите вы достичь – просто повысить мощность автомобиля или подготовить его к участию в гонках.

Конструкция роторного компрессора является самой древней. Братья Филандер и Фрэнсис Рутс в 1860 году запатентовали конструкцию своего компрессора в качестве машины, способной обеспечивать вентиляцию в шахтах. В 1900 году Готтлиб Вильгельм Даймлер включил роторный компрессор в конструкцию автомобильного двигателя.
 

Рис.2  Роторный компрессор
 
Так как кулачковые валы вращаются, воздух, находящийся в пространстве между кулачками, оказывается между стороной наполнения и напорной стороной. Большое количество воздуха перемещается во впускной коллектор и создает условия для образования положительного давления. По этой причине рассматриваемая конструкция является не чем иным, как объемным нагнетателем, а не компрессором, при этом термин «нагнетатель» по-прежнему часто используется для описания всех компрессоров.
Роторные компрессоры, как правило, имеют довольно большие размеры и располагаются в верхней части двигателя. Они популярны в автомобилях дрэгстеров и роддеров, поскольку зачастую выступают за габариты капотов. Тем не менее, они являются наименее эффективными компрессорами по двум причинам:

• Они существенно увеличивают вес транспортного средства.
• Они создают дискретный прерывистый воздушный поток, а не сглаженный и непрерывный.

 
Двухвинтовой компрессор
Двухвинтовой компрессор работает, проталкивая воздух через два ротора, напоминающих набор червячных передач. Как и в роторном компрессоре, воздух внутри двухвинтового компрессора оказывается в полостях между лопастями роторов. Но двухвинтовой компрессор сжимает воздух внутри корпуса роторов. Это происходит за счет того, что роторы имеют коническую форму, при этом воздушные карманы уменьшаются в размерах по мере продвижения воздуха из стороны наполнения в напорную сторону. Воздушные полости сжимаются, и воздух выдавливается в меньшее пространство.
 

Рис.3 Двухвинтовой компрессор
 
Это делает двухвинтовой компрессор более эффективным, но они стоят дороже, потому что винтовые роторы требуют дополнительной точности в ходе процесса производства. Некоторые типы двухвинтовых компрессоров располагаются над двигателем, подобно роторному компрессору типа Roots. Они также порождают много шума. Сжатый воздух на выходе из компрессора издает сильный свист, который следует приглушить с помощью специальных методов поглощения шума.
 
Центробежный компрессор
Центробежный компрессор – это крыльчатка, напоминающая собой ротор, которая вращается с очень высокой скоростью и нагнетает воздух в небольшой корпус компрессора. Скорость вращения крыльчатки может достигать 50,000-60,000 оборотов в минуту. Воздух, попадающий в центральную часть крыльчатки, под действием центробежной силы увлекается к ее краю. Воздух покидает крыльчатку с высокой скоростью, но под низким давлением. Диффузор – множество стационарно расположенных вокруг крыльчатки лопаток, которое преобразует высокоскоростной поток воздуха с низким давлением в поток воздуха с малой скоростью, но высоким давлением. Скорость молекул воздуха, встретивших на своем пути лопатки диффузора, уменьшается, что влечет за собой увеличение давления воздуха.
 

Рис.4  Центробежный компрессор

 
Центробежные компрессоры являются наиболее эффективными и самым распространенными устройствами из всех систем принудительного повышения давления. Они компактные, легкие и устанавливаются на передней части двигателя, а не сверху. Они также издают характерный свист по мере роста количества оборотов двигателя, способный заставить случайных прохожих на улице поворачивать головы в сторону вашего автомобиля.

Monte Carlo и Mini-Cooper S – два автомобиля, которые доступны в версиях с компрессором. Любой из рассмотренных выше типов компрессоров может быть добавлен к транспортному средству как дополнительная опция. Несколько компаний предлагают комплекты, состоящие из всех необходимых частей для собственноручного дооснащения автомобилей компрессорами. Такие доработки также являются неотъемлемой частью культуры «машин для фана» (смешных машинок) и автомобилей из мира спорта «Fuel Racing». Некоторые производители даже включают компрессоры в оснащение своих серийных моделей автомобилей.
Далее мы узнаем обо всех преимуществах компрессора, установленного в ваш автомобиль.
 
Преимущества компрессора
Самое главное преимущество компрессора – это увеличение мощности двигателя, измеряемой в лошадиных силах. Добавьте компрессор к любому обычному автомобилю или грузовику, и он станет вести себя как автомобиль с двигателем большего внутреннего объема или просто как с более мощным двигателем. Но как узнать, какой из нагнетателей выбрать – механический компрессор или турбокомпрессор? Этот вопрос горячо обсуждался авто инженерами и энтузиастами, но, в целом, механические компрессоры имеют несколько преимуществ над турбокомпрессорами. Механические компрессоры лишены такого недостатка как лага (отставания) двигателя – термина, используемого для описания времени, прошедшего с момента нажатия водителем педали газа до момента ответа двигателя на это внешнее воздействие. Турбокомпрессоры, к сожалению, подвержены явлению отставания, постольку поскольку требуется некоторое время, прежде чем выхлопные газы достигнут скорости, достаточной для полноценного раскручивания крыльчатки турбины. Механические компрессоры не имеют такого лага, так как они приводятся в действие непосредственно от коленчатого вала двигателя. Одни компрессоры наиболее эффективны при работе в диапазоне низких скоростей вращения коленчатого вала, в то время как другие раскрывают весь свой потенциал лишь на высоких оборотах. Например, роторный и двухвинтовой компрессоры обеспечивают большую мощность на низких оборотах. Центробежные компрессоры, которые становятся все более эффективными по мере роста скорости вращения крыльчатки, обеспечивают большую мощность в диапазоне высоких оборотов.
Установка турбокомпрессора требует обширной переделки выпускной системы двигателя, в том время как механические компрессоры могут быть легко привинчены к передней части двигателя или сверху. Это делает их дешевле в установке и проще в эксплуатации и обслуживании.
Наконец, при использовании компрессора не требуется никакой специальной процедуры остановки двигателя. Это обусловлено тем, что они не смазываются моторным маслом и могут быть остановлены привычным образом. Турбокомпрессоры должны отработать на холостом ходу 30 секунд и более для того, чтобы дать возможность моторному маслу остыть. С учетом сказанного, для компрессоров имеет важное значение предварительный прогрев, так как они работают наиболее эффективно при нормальной рабочей температуре двигателя.
Компрессоры являются характерной составляющей частью двигателей внутреннего сгорания самолетов. Это имеет смысл, если учесть, что самолеты проводят большую часть своего времени на больших высотах, где значительно меньше кислорода доступно для сгорания. Внедрение компрессоров позволило самолетам летать на большей высоте без снижения производительности двигателя.
Компрессоры, установленные на авиационные двигатели, работают на основе тех же самых принципов, которые заложены в конструкцию автомобильных компрессоров. Компрессоры получают энергию непосредственно от вала двигателя и способствуют подаче в камеру сгорания смеси, находящейся под давлением.
Далее рассмотрим некоторые недостатки компрессоров.
 
Недостатки компрессоров
Самый большой недостаток компрессоров является также и их определяющей характеристикой: постольку поскольку компрессор приводится в движение коленчатым валом двигателя, он отнимает несколько лошадиных сил у двигателя. Компрессор может потреблять до 20 процентов общей выходной мощностью двигателя. Но так как компрессор способен прибавить до 46 процентов мощности, большинство автолюбителей склоняется к тому, что игра стоит свеч. Компрессор дает дополнительную нагрузку на двигатель, который должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать дополнительный импульс и более сильные взрывы в камере сгорания. Большинство производителей учитывают это и создают усиленные узлы для двигателей, предназначенных для работы в паре с компрессором. Это в свою очередь удорожает автомобиль. Компрессоры также дороже в обслуживании, а большинство производителей предлагают использовать высокооктановое горючее премиум класса.
Несмотря на свои недостатки, нагнетатели по-прежнему являются наиболее экономически эффективным способом увеличения количества лошадиных сил. Компрессор может дать от 50 до 100 процентов увеличения мощности, что делает его находкой для гоночных автомобилей, автомобилей, перевозящих тяжелые грузы, а также для водителей, желающих получить от вождения своего автомобиля новую порцию острых ощущений.
 
 
Источник: https://auto.howstuffworks.com/supercharger.htm

Компрессор (приводной нагнетатель)

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

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

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

Типы приводных нагнетателей

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

Роторные компрессоры

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

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

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

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

Винтовые компрессоры

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

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

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

Рассмотрим конструкцию винтового компрессора на приведенном рисунке:

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

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

Центробежные компрессоры

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

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

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

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

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

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

Сравнительный анализ компрессоров и перспективы его установки на авто

Компрессор… Сколько восторженных взглядов порой притягивает этот серенький девайс рядом с двигателем даже несмотря на то, что под капотом любого современного автомобиля есть узлы куда более сложные, высокотехнологичные и, как принято нынче говорить, навороченные! И все же при всей простоте и очевидности принципа работы этого прибора многие по-прежнему путаются в многообразии его вариантов. Какие из них вообще можно называть компрессорами! Чем они отличаются от нагнетателей? Ответ прост: ничем.

И компрессор, и нагнетатель — это любое устройство, предназначенное для увеличения давления воздуха. Даже турбокомпрессор (он же турбонагнетатель) – это тоже компрессор, хоть и с приводом от газовой турбины. Ну а супер-, турбо- и другие — всего лишь иностранные синонимы наших терминов. И по большому счету все эти «рутсы», «лисхольмы» и «компрексы» делают одну и ту же работу — сжимают воздух во впускном коллекторе двигателя, резко увеличивая его отдачу. Впрочем, делают они ее все-таки по-разному.

И когда мы решаем вопрос, какой именно нагнетатель наилучшим образом подходит нашему автомобилю, эти различия становятся для нас весьма существенными. Какие здесь возможны варианты? Конечно, самые простые (и по устройству, и в установке на двигатель) — это компрессоры с приводом от коленчатого вала. Абсолютным же рекордсменом по простоте можно, пожалуй, назвать приводной центробежник. Он, кстати, есть почти в любом серийном моторе — в виде помпы, которая перекачивает жидкость в системе охлаждения. Если мы вздумаем поставить подобную помпу во впускной тракт, ее придется сделать достаточно большой (особо мощные двигатели ежеминутно потребляют десятки килограммов воздуха), но принцип работы сохранится: рабочее тело (то есть воздух) попадает на вращающееся с большой скоростью колесо с лопатками и отбрасывается к его периферии. Здесь корпус-улитка собирает этот веерообразный поток в один патрубок, откуда он и отправляется в дальнейшее путешествие по интеркулерам, коллекторам и цилиндрам.

Насколько хорошо работает такая система?

Этот нагнетатель, обладающий высоким КПД (у лучших образцов он достигает 80%!), способен развивать значительное давление наддува и не требует чрезмерных затрат энергии на собственные нужды. Недостаток у него лишь один, но весьма серьезный — эффективность зависит от частоты вращения его колеса, а значит, и коленвала, с которым оно связано через редуктор с постоянным передаточным отношением. И зависимость эта, как говорят математики, существенно нелинейна: при увеличении оборотов, скажем, на двадцать процентов, давление наддува (а с ним и крутящий момент двигателя!) может вырасти раза в полтора. Соответственно, при снижении оборотов тяга так же быстро упадет, что субъективно воспринимается как полное ее исчезновение.

Означает ли это, что для автомобильных двигателей центробежный компрессор совершенно не годится?

Ни в коем случае! Дело в том, что такой недостаток этих нагнетателей квалифицированный установщик может превратить в достоинство. Представьте себе мотор, имеющий «низовые» настройки, — с узкими фазами, небольшим перекрытием клапанов (забегая чуть вперед, заметим, что это вообще идеальный вариант для форсировки наддувом любого типа), длинными коллекторами. Крутящий момент здесь может быть весьма большим, и его максимум, как правило, смещен в зону малых оборотов. Зато и кривая мощности у подобных агрегатов начинает загибаться очень рано — при 5000 об/мин и ниже.

Вот такой, казалось бы, вялый двигатель можно очень легко оживить при помощи точно подобранного центробежника. Если передаточное число привода (обычно оно определяется диаметрами приводных ремней) подстроить так, чтобы на оборотах, где естественное наполнение идет на спад, вдруг начинался резкий рост давления наддува, то крутящий момент продолжил бы расти и дальше. Правда, отодвинется ближе к правой части шкалы тахометра, но будет значительно выше. Естественно, вырастет и мощность.

Центробежник — штука выносливая, но он очень не любит работать на запертый выход, то есть при маленьких расходах воздуха и больших давлениях наддува. И бездумно уменьшая диаметр шкива на компрессоре (его обороты от этого увеличиваются), можно доиграться до помпажа, который сопровождается резким падением давления и хлопками. Кстати, с подобным явлением сталкиваются и некоторые особо забывчивые, пренебрегающие установкой blow off-клапана (это такое Expottereo, которое стравливает воздух с выхода компрессора на его вход при закрытии дроссельной заслонки). Без него первый же сброс газа на больших оборотах может привести к своеобразному короткому замыканию.

Если говорить о двигателе, то неприятные для него последствия — по другую сторону графика. Предположим, мы заставили компрессор хорошо „дуть“ в нижнем диапазоне оборотов и при этом не вывели его за границы устойчивой (без помпажа) работы. Но ведь развиваемое им давление прогрессивно (и, можно сказать, почти безгранично) увеличивается по мере раскрутки. Если не принять меры, то не исключен овербуст, детонация (весьма опасная на больших оборотах и давлениях!) и разные другие неприятности вплоть до разрушения поршней и шатунов.

Вот для приводных нагнетателей объемного типа (например, Roots или Lysholm) такая опасность практически исключена благодаря их замечательной линейности — каждому обороту вала соответствует строго определенное количество воздуха. Примерно постоянным, не зависящим от оборотов будет и давление. С приемлемой для практики точностью можно сказать, что его величина однозначно задается диаметром приводных шкивов, а уж их выбирают, исходя из типа компрессора. Например, компрессоры Roots, которые не умеют сжимать воздух в своих недрах, а только проталкивают его по прогонной части.

Но не зря говорят, что недостатки — это продолжение достоинств. Большое давление, которое развивают объемные нагнетатели на малых оборотах, здорово помогает при интенсивном разгоне на полном дросселе. Здесь оно обеспечивает отменное, очень ровное и длительное ускорение. А если мы отпустим педаль и захотим прокатиться не спеша, в экономичном режиме? Сэкономить помешает компрессор, который будет тратить значительную часть мощности двигателя на трение лопастей о корпус и бесполезное проталкивание сжатого воздуха через прикрытую дроссельную заслонку. Поэтому системы такого типа, как правило, делают отключаемыми при помощи специальной муфты сцепления.

Этого недостатка начисто лишены нагнетатели центробежные. Да, на малых оборотах развиваемое ими давление невелико, но и потери минимальны. Кстати, такое качество центробежников широко используется в поршневых авиационных моторах.

На взлетном режиме, когда мощность важнее экономичности, компрессор работает в полную силу. Но стоит лишь чуть уменьшить обороты, как избыточный наддув тут же пропадает, свободно вращающееся колесо нагнетателя почти не создает излишнего противления и практически не повышает аппетит двигателя. Несмотря на то, что в чистом виде на автомобилях она встречается не так уж и часто. Если вал центробежного компрессора соединить с турбиной, то получится турбонагнетатель. Именно этот прибор сегодня устанавливается на автомобили с наддувными двигателями.

Что можно сказать о системах такого типа? В первую очередь, наверное, что „турбо“ — это тема! Благодаря турбонаддуву мы можем добиться чрезвычайно высокого уровня форсировки, неплохой экономичности и получить двигатель, обладающий практически любым необходимым нам характером. Но прежде чем рассматривать особенности работы турбомоторов, уместно поговорить о том, что же такое хорошо подобранный нагнетатель. То, что прибор должен быть надежным и качественным, это понятно. Очевидно и то, что его КПД должен быть близким к максимально возможному — во всяком случае, на наиболее часто используемых скоростях и режимах.

По каким параметрам можно судить о пригодности компрессора для того или иного автомобиля?

Их много, но чтобы выделить самый главный, достаточно вспомнить принципы работы двигателя. Казалось бы, что общего между скромной 1,5- литровой „четверкой» компактного хэтчбека и 12-цилиндровым произведением искусства под капотом BMW или Ferrari? Эти агрегаты разительно отличаются и объемом, и мощностью, и оборотами, при которых она достигается… Буквально всем! Но есть и сходства. Во-первых, разные моторы одного поколения имеют близкий механический КПД.

То есть на трение колец и подшипников мы тратим примерно одинаковое количество процентов от полезной работы газа в цилиндрах. Во-вторых, эта самая работа, выполняемая каждым килограммом смеси воздуха и топлива, строго зависит от степени сжатия и температуры сгорания. Последняя же при нормальных регулировках системы питания почти идентична как для двигателя мопеда, так и для агрегата от болида Формулы 1. А это значит, что практически одинаковой будет и мощность на коленвале, развиваемая этим килограммом воздуха в смеси с топливом.

Все это вместе взятое имеет очень важные последствия. Оказывается, компрессору все равно, сколько клапанов, цилиндров и литров рабочего объема имеет мотор. Главное, чтобы он расходовал нужное количество воздуха, что, как мы выяснили, соответствует совершенно определенному количеству лошадей.

Выходит, что кроме оптимального давления для нагнетателя, по большому счету, важна лишь мощность, которую мы рассчитываем получить от надутого им двигателя. То есть если мотор нашей Лады под избыточным давлением 0,6 кг/см2 будет развивать 150 л. с. (а он на это вполне способен!), то турбокомпрессор КОЗ от популярных 150-сильных „Фольксвагенов» и „Ауди“ с шильдиком 1,8 Turbo на корме нам придется впору. Пусть наш агрегат выдаст эту мощность на чуть больших оборотах (объем-то меньше!), но все будет работать как надо: режимы нагнетателя будут точно такими же, как и у автомобиля-донора. Конечно, этим вариантом спектр возможностей не ограничивается. Но золотое правило работает почти в любом случае: если совпадают давление наддува и расходы воздуха, то компрессор нам, скорее всего, подойдет. Первый параметр можно измерить на оборудованном им живом моторе (или выяснить у тех, кто это делал), а второй определяется мощностью, которую легко узнать из каталога.

Остается выполнить лишь одно условие. Планируемое нами давление должен спокойно выдерживать двигатель. И если оно достаточно большое, то не обойтись без уменьшения степени сжатия — иначе возможна детонация. Для решения этой проблемы, как правило, приходится изменять и настройки системы управления, которая вдобавок должна обеспечивать форсированный мотор положенным объемом топлива.

Колодийчук Андрей, специально для ByCars.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 направлении свернули — несовершенство технологий и материалов вываливало на чаши весов больше «против», чем «за». Аббревиатура ПЦН (приводной центробежный нагнетатель) укоренилась в обиходе мотористов в 30-е годы ХХ века — правда, только в авиации. Внедрение ПЦН позволило убить сразу двух зайцев: повысить удельную мощность и снизить падение мощности на больших высотах. (С ростом высоты плотность воздуха падает, соответственно, в движок его попадает меньше, и для сохранения мощности приходится загонять окислитель силком.) Все нагнетатели, устанавливаемые на двигатели внутреннего сгорания, по принципу работы можно разделить на две основные группы: центробежные и объемные. А по типу привода — на приводные (с приводом от коленвала) и газотурбинные (использующие энергию отработавших газов).

Что же такое ПЦН? Давайте окунемся в детство и вспомним юлу. Что будет, если на раскрученную юлу сверху плеснуть воды? Правильно, вода разбрызгается по сторонам под действием сил инерции (центробежной силы), а юла останется почти сухой. Так и в центробежном нагнетателе роль юлы выполняет крыльчатка, а роль воды — молекулы воздуха. Думаю, в детстве каждый заглядывал внутрь пылесоса и видел за решеткой отсека пылесборника странный диск с лопастями и гаечкой посередине. Это и есть простейший центробежный нагнетатель, только работает он на отсос, а не создание избыточного давления. А что будет, если подсоединить шланг к пылесосу, но с той стороны, откуда он выдувает воздух? А если его еще и внедрить во впуск двигателя…

Крыльчатка настоящего ЦН имеет довольно сложную конусообразную форму, а лопатки — сложный профиль и изгиб. От их геометрии зависит производительность и эффективность всего нагнетателя. (Скажем, чем больше диаметр крыльчатки, тем большее давление она может дать на тех же оборотах, но в то же время кушает больше мощности; или при увеличении количества лопастей растет давление, но падает производительность.) Воздух, пройдя по воздушному каналу в нагнетатель, попадает на радиальные лопасти крыльчатки. Лопасти отбрасывают его к периферии кожуха через тонкую щель. Там воздух тормозится в улиткообразном диффузоре, его скорость падает, а давление растет.

Фактически ПЦН — половинка уже привычного в мире авто турбокомпрессора, только вместо «горячей» (турбинной) части — механический привод от коленвала. В силу самого принципа работы у центробежного нагнетателя есть один существенный недостаток. Для эффективной работы крыльчатка должна вращаться не просто быстро, а очень быстро. Производимое центробежным компрессором давление пропорционально квадрату скорости крыльчатки. Соответственно, отсюда и основной недостаток центробежников: узкий рабочий диапазон. Но этот теоретический минус на практике оборачивается плюсом. Ведь если нагнетатель будет все время насильно пичкать мотор воздухом, то это приведет к росту тяги во всем диапазоне оборотов, и совладать с таким «фруктом» на низах будет тяжело. Другое дело, если избыток давления во впуске начинает зарождаться на средних оборотах и достигает пика на высоких, когда наполнение цилиндров ухудшается за счет потерь на трение о впускной тракт воздушно-топливной смеси (этим обуславливается заваленный вниз хвостик кривой крутящего момента в области высоких оборотов на многих дино-графиках). Центробежник здорово «наддувает» именно верхи, помогая смеси поступать в цилиндры в должном объеме. Именно поэтому отпадает необходимость отключать нагнетатель на малых оборотах, как это приходится делать с объемными компрессорами.

001_MOTO_1110_072

002_MOTO_1110_072

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

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

003_MOTO_1110_072

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

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

004_MOTO_1110_072

Объемные нагнетатели — журнал За рулем

В прошлом номере мы изучали анатомию и физиологию «улиток», работающих во благо принудительного наполнения цилиндров. Сейчас посмотрим, как устроены «мясорубки».

000_moto_1210_050

Принципиальное отличие объемных нагнетателей от центробежников, рассмотренных нами в прошлый раз, заключается в том, что они изолируют впуск от внешней среды и сжимают воздух не внутри себя в «улитке», а попросту запихивают его в цилиндры порциями. Самой распространенной конструкцией стала та, которую в 1859 году придумали братья Рутс: внутри овального корпуса вращаются два ротора, по форме напоминающие восьмерки, которые и прокачивают воздух (см. рисунок). Основная характеристика такого нагнетателя — производительность, то есть, объем воздуха, подаваемый компрессором за один оборот. Синхронное и равномерное вращение роторов обеспечивает пара шестерен. Роторы не касаются ни стенок, ни друг друга, соответственно, нет и износа. Отсюда и основной недостаток нагнетателя братьев Рутс: при росте разницы давления на входе и выходе компрессора через зазоры между роторами и корпусом просачивается все больше и больше воздуха и КПД падает. Поэтому «рутсы» редко применяют при давлениях выше 0,5 бар — «наддутая» с малой эффективностью мощность в основном тратится на привод компрессора.

От недостатков перейдем к достоинствам: во-первых, производительность объемника, в отличие от центробежника, не зависит от оборотов двигателя, а значит, давление наддува постоянно и обеспечивает ровный «приход» во всем диапазоне оборотов, не нужно ждать, когда мотор раскрутится и компрессор выйдет на режим, во-вторых, отсутствие деталей, вращающихся с космической скоростью, подразумевает менее технологичную конструкцию, меньшую нагрузку на детали, и как следствие, больший ресурс. Дальнейшее развитие таких компрессоров привело к тому, что лопастей на роторах становилось больше, а зазоры между ними — меньше, что повышало КПД. Тем не менее, такие недостатки, как большой размер и пульсации потока (роторы прокачивают воздух порциями, а это приводит к тому, что давление во впуске чуть-чуть «скачет»), не дали им вытеснить центробежники; такие компрессоры больше всего прижились в мире драг-рейсинга (вспоминаем американские muscle-кары с торчащими из капотов компрессорами и смотрим на «драговый» GSX-R 750 на картинке). В наше время наибольшее распространение получили нагнетатели Eaton, «младшая» линейка которых (М45 и другие) по производительности вполне подходит большим мотоциклетным моторам.

За дальнейшее развитие идеи братьев Рутс взялся Альф Лисхольм. В 1936 году он запатентовал винтовой компрессор: засунул в корпус нагнетателя Рутса не прямые роторы в форме восьмерок, а два «зеркальных» шнека, почти как в мясорубке, и перенес впуск с бока корпуса на торец. Получается, что канавки шнеков как бы «раскрываются», засасывая воздух, а затем, когда шнек поворачивается, начинают «закрываться», выпихивая воздух в выпуск. Так как канавок на шнеке много, а зазоры при должном изготовлении меньше и «заковыристее», чем у «рутса», то и КПД такого устройства выше, и работает оно плавно, обеспечивая равномерный наддув без скачков и пульсации. И зачем тогда «рутс», когда «лисхольм» превосходит его по всем параметрам? По всем, да не по всем: ввиду крайне сложной формы «мясорубок», винтовой компрессор при изготовлении обходится минимум в полтора раза дороже, чем обычный с прямыми роторами. Именно поэтому, такие нагнетатели прочно застолбили за собой премиум-сегмент рынка компрессоров, и The Machine Ледокола, построенный Юрием Шифом («Мото» №11–2010) — яркий тому пример: свободное дыхание его четырех цилиндров обеспечивает именно винтовой нагнетатель.

001_moto_1210_050

Роторы в нагнетателе Лисхольма внешне действительно напоминают шнеки мясорубки, только толкают они не мясо, а воздух.

Роторы в нагнетателе Лисхольма внешне действительно напоминают шнеки мясорубки, только толкают они не мясо, а воздух.

002_moto_1210_050

Синхронизирующие шестерни — важная деталь компрессора: стоит роторам коснуться друг друга, износ не заставит себя ждать.

Синхронизирующие шестерни — важная деталь компрессора: стоит роторам коснуться друг друга, износ не заставит себя ждать.

003_moto_1210_050

Между роторами (1, 3) и корпусом (2) есть крохотные зазоры, и они — основной враг КПД объемного нагнетателя.

Между роторами (1, 3) и корпусом (2) есть крохотные зазоры, и они — основной враг КПД объемного нагнетателя.

004_moto_1210_050

005_moto_1210_050

По сложности изготовления шнеки компрессора Лисхольма (фото вверху) и рядом не лежали с относительно простыми по форме лопастями нагнетателя Рутса (фото внизу).

По сложности изготовления шнеки компрессора Лисхольма (фото вверху) и рядом не лежали с относительно простыми по форме лопастями нагнетателя Рутса (фото внизу).

006_moto_1210_050

Выпускной канал компрессора Eaton M-45 имеет форму треугольника — для снижения шума.

Выпускной канал компрессора Eaton M-45 имеет форму треугольника — для снижения шума.

007_moto_1210_050

Механический нагнетатель: функции, виды и целесообразность установки

Помимо интеркулеров, для повышения мощности двигателя авто используются механические нагнетатели. С помощью этих конструкций повышается давление во впускном тракте системы. Механическими же нагнетатели именуются потому, что их привод подсоединяется к коленвалу двигателя.

Используя механический нагнетатель, можно не только на 50% повысить мощность движка, но и на 30% увеличить крутящий момент. Однако это устройство расходует ресурсы двигателя.

Нагнетатель выполняет такие функции:

• втягивает воздух;
• сжимает его;
• нагнетает воздушный поток в систему впуска.

Чтобы создать воздушное давление, нагнетатель крутится быстрее движка. При сжатии воздух нагревается, а его давление и плотность уменьшается. Для охлаждения потока применяются уже упоминавшиеся нами интеркулеры.

Механические нагнетатели оснащаются разыми типами приводов. Самым распространенным является прямой привод, то есть крепление устройства на фланец коленвала. Также используются разные виды ременных приводов, цепной вариант и зубчатая передача.

Современные транспортные средства оснащаются тремя видами нагнетателей: центробежными, кулачковыми и винтовыми.

Кулачковые нагнетатели

Самый старый тип устройств – кулачковые нагнетатели, в народе именуемые воздуходувками. Они имеют 2 вращающихся ротора, по всей длине которых находятся кулачки. Такие конструкции улавливают воздушный поток кулачками, после чего он двигается между стенками корпуса устройства и нагнетается в трубопровод.

«Воздуходувки» хороши тем, что быстро создают необходимый уровень давления воздуха. Во время увеличения скорости вращения коленвала это давление возрастает. Это и хорошо, и плохо, ведь избыток давления, который может возникнуть в любой момент, образовывает воздушные пробки в канале, чем снижает мощность двигателя.

Естественно, давление наддува можно регулировать. Для этого следует либо отключить нагнетатель, либо выполнить перепускание воздуха. К слову, новейшие системы наддува оснащены датчиками давления и температуры воздуха, а также блоком автоуправления. Благодаря такой конструкции работа кулачкового нагнетателя регулируется автоматически.

Центробежные системы

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

Центробежные нагнетатели пользуются большой популярностью. Просто они имеют небольшие размеры и вес, а также довольно эффективны в работе. На двигателе их можно закрепить разными способами.

Винтовые модели

В конструкцию таких механических нагнетателей входят 2 ротора-шнека, один из которых имеет специальные выемки, а другой – выступы. Шнеки захватывают воздух и, вращаясь, сжимают его, нагнетая в патрубок впуска. Такая система создает внутреннее нагнетание воздушного потока. Цена винтовых систем довольно высока, так что ими, как правило, оснащают лишь дорогие спортивные «тачки».

Область использования

Устанавливаются механические нагнетатели как на спортивные, так и на обыкновенные транспортные средства. Естественно, для спортивных моделей они нужны больше. Изготовители предлагают автолюбителям специальные установочные комплекты с различными деталями, необходимыми для монтажа механических нагнетателей. Встречаются эти устройства и на нетюненгованных авто, но бывает это нечасто.

Итог

Некоторые люди полагают, что из-за установки нагнетателей уменьшается ресурс движка. Но это не так. Если использовать устройство, увеличивающее крутящий момент на средних и низких оборотах, вы не причините двигателю вреда. Но если вы хотите добиться большого прироста мощности, вам придется заменить некоторые штатные детали движка. К примеру, вам не помешают кованые шатуны и поршни вместо стандартных.

Не нужно забывать, что механический нагнетатель нужно обязательно использовать в связке с интеркулером, охлаждающим воздух. Это устройство позволит увеличить воздушный заряд и максимально форсировать движок.

Высокое давление и температура воздуха, поступающего в цилиндры, может привести к преждевременной детонации топливно-воздушной смеси, что очень вредно для мотора. Чтобы уберечь его от быстрого износа, следует использовать высокооктановое топливо, а также изменить настройки зажигания.

Читайте так же: турбина или компрессор, что лучше установить…

Плюсы и минусы турбокомпрессоров по сравнению с нагнетателями: инженерное объяснение

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

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

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

1. Преимущества и недостатки турбокомпрессора:

Плюсы:

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

Минусы:

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

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

2.Преимущества и недостатки нагнетателя:

Плюсы:

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

Минусы:

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

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

Что я предпочитаю?

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

Источник изображения: Mercedes AMG Petronas

Куда все пойдет в будущем?

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

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

Имея все это в виду, что вы предпочитаете; турбокомпрессор или нагнетатель? Или вы больше не интересуетесь бензином…?

Что такое электрические нагнетатели и действительно ли они работают?

Нагнетатели

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Аккумулятор на 12 В действительно будет изо всех сил стараться не отставать от E-Supercharger после того, как разобрался с этой партией

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

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

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

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

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

Основы наддува

Когда дело доходит до выжать больше лошадиных сил из данного количества кубических дюймов, ничто не сравнится с нагнетателем (кроме, может быть, турбокомпрессора, который является конкурирующей формой принудительной индукции).Количество мощности, производимой любым двигателем, зависит от того, сколько воздушно-топливной смеси прокачивается через него за данный момент времени. Следовательно, чтобы увеличить выходную мощность двигателя, вам необходимо либо увеличить рабочий объем двигателя (больше кубических дюймов), либо увеличить частоту вращения, либо повысить эффективность дыхания (так называемая «объемная» эффективность).

Скорость двигателя естественным образом возрастает при открытии дроссельной заслонки, поэтому для двигателя с заданным рабочим объемом самый быстрый способ увеличения мощности — это увеличение его объемного КПД.Карбюратор большего размера, впускной коллектор с улучшенной пропускной способностью, кулачок с большим подъемом, продолжительностью и перекрытием, открывающими головные порты, большие клапаны и свободный поток выхлопных газов — все это традиционные средства, с помощью которых двигатель может проглатывать и пропускать больше воздуха и топлива. Но даже самый лучший безнаддувный двигатель никогда не достигнет 100-процентного объемного КПД, потому что атмосферное давление может только так много сделать, чтобы преодолеть ограничения и турбулентность во впускной системе. А с увеличением числа оборотов объемный КПД падает.

Единственный способ преодолеть это ограничение — добавить систему принудительной индукции. Механически увеличивая объем воздуха, который поступает в двигатель, принудительная индукция увеличивает атмосферное давление, давая воздуху больше «толчка», когда он входит в цилиндры. Увеличивается объемный КПД, и двигатель развивает значительно большую мощность. Теперь двигатель может дышать со 100-процентным объемным КПД или выше, в зависимости от того, сколько «наддува» встроено в систему. Поднимите давление наддува, и даже маленький двигатель оживет.В этом секрет того, как выжать сотни лошадиных сил из четырех, шести и даже восьмицилиндровых двигателей с относительно небольшим рабочим объемом.

НАДЗДВИГ ИЛИ ТУРБОНАДДУВ?

Принудительная индукция может принимать одну из двух форм: наддув или турбонаддув. В нагнетателе используется нагнетатель или компрессор с механическим приводом для нагнетания большего количества воздуха во впускную систему, в то время как в турбонагнетателе имеется крыльчатка компрессора, приводимая в движение горячими выхлопными газами, выходящими из двигателя.

Те, кто говорит, что турбонаддув — это лучший способ, ссылаются на тот факт, что турбонаддув не создает паразитного расхода лошадиных сил на двигателе, как нагнетатель.Поскольку турбонаддув приводится в движение «отходящим» теплом в выхлопе, он обеспечивает наддув бесплатно. Но надо заплатить штраф.

Бесплатных обедов не существует. Хотя турбонагнетатель приводится в действие выхлопом, он все же отнимает у двигателя некоторую мощность, создавая противодавление в выхлопе. Другой недостаток заключается в том, что, поскольку турбонагнетатель приводится в действие выхлопом, существует неизбежная задержка по времени между моментом открытия дроссельной заслонки и временем, которое требуется турбонагнетателю, чтобы «раскрутить» и начать подачу наддува.Задержка может растягиваться до нескольких секунд в зависимости от оборотов двигателя, нагрузки, передачи трансмиссии, количества трубопроводов во впускной и выпускной системе, размера турбонагнетателя, размера интеркулера (если один) и даже инерция турбинного колеса и турбинных колес. Турбонагнетатель должен набрать десятки тысяч оборотов в минуту, прежде чем он наберет обороты, а это требует времени.

Турбо-лаг можно уменьшить путем тщательного выбора размера турбонаддува, улучшения конструкции турбонаддува и установки турбонагнетателя близко к двигателю.Турбонагнетатели меньшего размера раскручиваются быстрее, поэтому турбины меньшего размера обычно используются для уличных двигателей небольшого объема, чтобы улучшить реакцию дроссельной заслонки и крутящий момент на низких оборотах. Но компромисс использования турбонаддува меньшего размера заключается в том, что он ограничивает мощность на верхнем уровне. Турбины с изменяемой геометрией, такие как корпус «двойной спирали», в котором Mazda использовала свой RX-7, или турбокомпрессор Garrett с подвижными лопатками, могут уменьшить турбо-задержку, как и легкое керамическое колесо турбины с низкой инерцией, такое как то, которое использовалось Buick в их Grand 1987 года. Национальный.

Еще один недостаток использования горячих выхлопных газов для привода крыльчатки компрессора — тепло. Турбины нагреваются, и часть этого тепла передается поступающему воздуху. Нагрев также сильно влияет на подшипники турбонагнетателя и систему подачи масла, что может сократить срок службы турбонагнетателя, если пренебречь заменой масла. В большинстве двигателей с турбонаддувом следует использовать высококачественное синтетическое моторное масло для защиты подшипников турбонагнетателя.

В последние годы автопроизводители часто предпочитают турбонаддув над наддувом для повышения производительности двигателей малого рабочего объема.Они говорят, что турбины более эффективны, дешевле или их легче разместить под низкопрофильными капотами в тесноте моторного отсека. Тем не менее, было также немало автомобилей поздних моделей, оснащенных двигателями с наддувом, таких как Ford Mustang GT500, Dodge Challenger Hellcat и Corvette ZR1.

6,2-литровый Dodge Demon с наддувом выдает 840 лошадиных сил с давлением наддува 14,5 фунтов на квадратный дюйм на гоночном газе.

ИСТОРИЯ ПЕРЕЗАРЯДКИ

Нагнетатели так же стары, как и сам двигатель внутреннего сгорания.Фактически, воздуходувки типа Рутса появились раньше, чем двигатель внутреннего сгорания. В то время как Отто все еще пытался выяснить, как извлечь энергию из горящих газов с помощью поршневого двигателя внутреннего сгорания, воздуходувки Рутса использовались для вентиляции угольных шахт и отделения пшеницы от соломы. Есть бесчисленное множество примеров первых пионеров автомобильной промышленности, которые использовали наддув для установления рекордов скорости и победы в гонках. Но цена, шум и практичность всегда относили нагнетатели к гоночной трассе, экзотике и элите.Auburn, Cord, Duesenberg, Stutz, Mercedes-Benz и Packard были лишь некоторыми из фирменных знаков спортивных двигателей с наддувом в 1920-х и 30-х годах.

Во время Первой мировой войны британцы использовали наддув, чтобы сбивать немецкие цеппелины. Чтобы летать так высоко, как воздушные корабли, двигатели самолетов нуждались в форсировке, чтобы преодолеть потерю мощности, которая происходила на больших высотах.

Нагнетатель

получил еще один импульс, когда подразделение GM Detroit Diesel в 1938 году разработало знаменитый нагнетатель 6-71.Воздуходувка типа Рутса предназначалась для использования в тяжелых дизельных двигателях, но хотродеры вскоре осознали потенциал воздуходувки и начали привинчивать их к фордам с плоской головкой. Остальное, как говорится, уже история. Воздуходувка GMC 6-71 стала синонимом высочайшей производительности и вскоре стала доминировать как на улице, так и на улице. Сегодня многие поставщики послепродажного обслуживания предлагают свои собственные версии GM 6-71, а другие разработали собственные конструкции воздуходувок.

ПРЕИМУЩЕСТВА ЗАРЯДКИ

Основными преимуществами наддува перед турбонаддувом являются мгновенный отклик дроссельной заслонки и больший наддув на низких оборотах двигателя.Поскольку нагнетатель приводится в движение ременным приводом от коленчатого вала, он может создавать наддув сразу после открытия дроссельной заслонки. Скорость нагнетателя прямо пропорциональна частоте вращения двигателя, поэтому, если нагнетатель является нагнетательным (а это большинство), наддув будет увеличиваться с той же скоростью, что и частота вращения двигателя. Таким образом, нет никаких задержек, и двигатель прямо сейчас обеспечивает мощность и потрясающий крутящий момент на низких оборотах.

Нагнетатель с болтовым креплением может добавить от 30 до 50% мощности к обычному двигателю.Горячая установка — это вентилятор с небольшим рабочим объемом (скажем, 144 куб. Дюйма), работающий с перегрузкой от 1,75 до 2,25, который обеспечивает давление наддува от 6 до 9 фунтов на квадратный дюйм на небольшой блок V8. Такая компоновка обеспечивает максимальную производительность при оборотах ниже 6000 об / мин, где большинству уличных двигателей требуется мощность.

Преимущества в стоимости и надежности также заявляются для наддува над турбонаддувом. В отличие от турбонагнетателя, который вращается со скоростью до 100 000 и более об / мин, нагнетатель работает на значительно меньшей скорости, кратной частоте вращения коленчатого вала.Передаточное число между шкивами нагнетателя и коленчатого вала определяет скорость нагнетателя (и, следовательно, наддува), которая обычно не превышает 12 000–15 000 об / мин. Таким образом уменьшается износ воздуходувки. Также нет горячих выхлопных газов, с которыми нужно справляться, поэтому подшипники нагнетателя намного холоднее, чем их турбодвигатели.

Мгновенная реакция дроссельной заслонки и крутящий момент на низкой скорости имеют свою цену. Поскольку вентилятор имеет ременной привод, количество лошадиных сил, необходимое для его вращения, зависит от открытия дроссельной заслонки и передаточного числа привода вентилятора.Чем шире отверстие дроссельной заслонки и чем выше передаточное число, тем больше мощности требуется для привода нагнетателя. Воздуходувка, установленная на верхнем двигателе драгстера, может откачивать до нескольких сотен лошадиных сил на максимальной скорости. Но кого это волнует, если двигатель выдает тысячи лошадиных сил? Для уличных применений потребление энергии более скромное. Мощность в лошадиных силах, необходимая для привода нагнетателя на типичном OEM-нагнетателе, может составлять от 50 до 60 л.с. при полностью открытой дроссельной заслонке, но менее одной лошадиной силы при малом дросселе.

РАЗМЕР ВЕНТИЛЯТОРА И ДАВЛЕНИЕ НАДПИСИ

При использовании на улице размер вентилятора также важен. Маленькая воздуходувка лучше работает на малых оборотах и ​​развивает мощность быстрее, чем большая. Большой вентилятор отлично подходит для максимальной мощности, но не так хорошо подходит для работы на низких оборотах из-за большей нагрузки на двигатель.

Одним из наиболее важных преимуществ уличных двигателей с наддувом является то, что он может превратить относительно стандартный двигатель в настоящий двигатель без значительных дорогостоящих модификаций.Наддув может быть прямой установкой на болтах, и он хорошо работает со штатными головками, кулачками и поршнями. Более того, он обеспечивает лучшую реакцию дроссельной заслонки на низких оборотах и ​​крутящий момент, чем безнаддувный двигатель с большим карбюратором, большими клапанами, высокой степенью сжатия и «горячим» кулачком.

Испытания

Dyno показали, что воздуходувка может быть гораздо более «управляемой», чем двигатель без наддува, рассчитанный на эквивалентную мощность. Сдутый двигатель более удобен, потому что он лучше работает на низких оборотах.Установка комплекта нагнетателя может стоить на несколько сотен долларов дороже, чем то, что потребовалось бы в эквивалентных модификациях двигателя для достижения того же уровня производительности с большим карбюратором или корпусом дроссельной заслонки, более горячим кулачком и модифицированными головками. Но взорванный двигатель будет обеспечивать примерно на 10% больше мощности и крутящего момента в диапазонах низких скоростей, где он наиболее эффективен на улице. Кроме того, отлично выглядит взорванный уличный мотор.

МОДИФИКАЦИИ ДВИГАТЕЛЯ

Немногое, если какие-либо модификации двигателя необходимы, если вы прикручиваете комплект нагнетателя для стандартного уличного двигателя.Большинство уличных комплектов ограничивают давление наддува от 6 до 9 фунтов на квадратный дюйм. Но для более высокого давления наддува или гонок настоятельно рекомендуется обновить двигатель.

Чтобы максимизировать потенциал наддува, различные изменения помогут нагнетателю максимально использовать мощность. Установка кулачка «нагнетателя» оптимизирует характеристики дыхания нагнетателя и улучшит как крутящий момент на низкой скорости, так и мощность на высокой скорости. Кулачок длительного действия с большим количеством перекрытий отлично работает в двигателе без наддува, но НЕ является хорошим выбором для двигателя с наддувом, потому что давление наддува поступает во впускной клапан и сразу же выходит из выпускного отверстия на низкой скорости.Что лучше всего работает с нагнетателем, так это кулачок с небольшим перекрытием, большим подъемом и увеличенной продолжительностью работы выпускных клапанов (поскольку нагнетатель не делает ничего, чтобы помочь вакуумировать цилиндры). В двигателе с турбонаддувом требуется больший подъем и продолжительность работы впускного клапана, чтобы предотвратить обратное давление (создаваемое турбонаддувом) в цилиндр.

При использовании любой системы принудительной индукции следует помнить одно предостережение — это сжатие. Из-за избыточного количества воздуха и топлива, которые забиваются в цилиндры, детонация может стать проблемой, если сжатие выйдет из-под контроля.Многие гоночные двигатели с выдувным двигателем лучше всего работают со степенью статического сжатия менее 8: 1 (лучше 7: 1 или 7,5: 1). Чем ниже степень статического сжатия, тем выше давление наддува, которое вы можете безопасно использовать с нагнетателем, и тем ниже диапазон оборотов, при котором нагнетатель может развивать максимальный крутящий момент. Уличные двигатели с меньшим давлением наддува обычно могут работать со степенью сжатия до 10 или от 10,5 до 1.

Если ваш суперкомпрессор обеспечивает давление наддува более 9 фунтов на квадратный дюйм, для снижения риска поломки обычно необходимы следующие модификации двигателя:

Замените стандартные литые поршни на кованые алюминиевые поршни с плоской верхней частью более прочные поршневые кольца из ковкого чугуна или стали.

Замените стандартные шатуны из порошковой медали или чугунные шатуны на более прочные двутавровые или двутавровые шатуны из кованой стали или алюминиевые стержни.

Замените коленчатый вал из чугуна на коленчатый вал из кованой стали или заготовки

Замените стандартные 2-болтовые главные крышки кривошипа более прочными заготовками 4-болтовых основных крышек или нижним опорным поясом

Если ваш двигатель имеет алюминиевый блок с цилиндрами без футеровки и вы используете нагнетатель с высоким наддувом, втулки блока цилиндров выполнены из высокопрочного чугуна или стали.

Замените стандартную прокладку (и) головки цилиндров на сплошные медные прокладки головки и уплотнительное кольцо головки (ов) цилиндров, чтобы выдерживать более высокое давление в цилиндрах

Замените стандартные болты головки блока цилиндров, шатуна и главной крышки более прочными болтами головки ARP .

Roush 5,0-литровый Ford Mustang с наддувом развивает мощность от 670 до 730 л.с. в зависимости от давления наддува.

ТИПЫ НАСОСНОГО ЗАРЯДА

Нагнетатели

доступны в различных конфигурациях только для улиц и гонок.Воздуходувки типа Рутса являются наиболее распространенными и называются «объемными» насосами, потому что они нагнетают заданный объем воздуха в коллектор. Они бывают разных размеров с парой двух- или трехлепестковых роторов с прямым вырезом или парой трехлепестковых роторов с витыми канавками. Чем длиннее корпус воздуходувки и / или больше роторы, тем больший объем воздуха нагнетатель может подать к двигателю.

Воздуходувка с двухлепестковым ротором может перекачивать больше воздуха, чем воздуходувка с трехлепестковым ротором, но он также будет испытывать больший «обратный поток», что снижает эффективность откачки по сравнению с трехлепестковой конструкцией.Прямые двух- и трехлопастные роторы также могут быть довольно шумными, поэтому в некоторых воздуходувках используется конструкция трехроторного типа с витыми канавками (типичная для OEM-нагнетателей производства Eaton, которые Ford и GM использовали на протяжении многих лет). Ротор с закрученной канавкой открывается в полость коллектора при повороте более плавно, что снижает обратный поток и волны давления, которые создают шум.

Воздуходувки

Roots доступны у ряда поставщиков послепродажного обслуживания (см. Список поставщиков ниже).

Центробежный нагнетатель Paxton

Другой тип системы принудительной индукции — это «центробежный» нагнетатель, в котором для нагнетания воздуха в двигатель используется быстро вращающееся рабочее колесо.Он работает как турбонагнетатель, но благодаря ременному приводу он работает намного холоднее, чем турбо, и обеспечивает мгновенный отклик на газ. Этот тип нагнетателя можно установить практически на любой двигатель, включая многие современные двигатели с впрыском топлива, такие как GM Tuned Point Injection, Ford Mustang и другие. У Paxton Supercharger, ProChargers и Vortech есть различные комплекты нагнетателей для многих малолитражных автомобилей Chevrolet и Ford.

Нагнетатель осевого потока Latham

Одним из необычных элементов конструкции является нагнетатель «Axial Flow» Latham, который напоминает вентиляторный компрессор от реактивного двигателя.Цилиндрический ротор с десятками маленьких лопастей вращается внутри корпуса с лопастями, поэтапно сжимая входящий воздух. Подобно центробежному нагнетателю, он работает на высокой скорости (470 процентов перегрузки) и является не поршневым насосом прямого вытеснения, а скорее вентилятором большого объема с рабочей скоростью около 20 000 об / мин! Одним из заявленных преимуществ была гораздо более низкая температура воздуха на выходе, чем у воздуходувок типа Рутса. Нагнетатель Latham недолго производился примерно с 1955 по 1965 год, но так и не получил широкого распространения.

Роторно-поршневые и лопастные нагнетатели также были разработаны и используются для нагнетания воздуха в двигатели. Но этот подход еще не нашел широкого признания ни на уровне оригинального оборудования, ни на гоночной трассе.

Еще одна инновационная конструкция нагнетателя — это двухвинтовой нагнетатель (также называемый винтовым компрессором «Lysholm» или спиральным нагнетателем). В двухвинтовой воздуходувке используется пара скрученных роторов, которые втягивают воздух в один из нагнетателей, сжимают его между винтовыми роликами и затем выталкивают назад.Конструкция заимствована из винтового компрессора, изначально разработанного для автобусных кондиционеров. Конструкция с двумя винтами имеет ряд преимуществ перед воздуходувкой Рутса, в том числе более высокую эффективность, она требует значительно меньше мощности для привода воздуходувки и создает меньше тепла в сжатом воздухе.

---

Поставщики нагнетателя:

Camden Superchargers

Dyer’s Blowers

Eaton Supercharger

Edelbrock Supercharger

ESS Tuning Supercharger

Hampton Supercharger

Littlefield Supercharger

Magnacharger Supercharger 9000 Supercharger

9000 Supercharger

Paxton 9000 Supercharger

9000 Supercharger

Paxton

Whipple Supercharger

---

Статьи по теме:

Мощность и крутящий момент

Объем двигателя

Что такое детонация двигателя

Диагностика и ремонт турбокомпрессора

Связанные ресурсы:

РУКОВОДСТВО ПО ТУРБО — РАБОТА С ТУРБО, ДИАГНОСТИКА, РЕМОНТ И НАСТРОЙКА

Что такое нагнетатель? (с изображением)

Нагнетатель — это любая часть оборудования, которая сжимает воздух, подаваемый в двигатель, что позволяет переполнить камеру сгорания без увеличения пространства.Более высокая концентрация кислорода, обеспечиваемая этим оборудованием, соответствует большему количеству топлива из топливных форсунок. Согласно этому определению, турбонагнетатель на самом деле относится к семейству нагнетателей, хотя его часто считают устройством совершенно другого типа.

Турбокомпрессор — это разновидность нагнетателя.

Нагнетатель выпускается в двух вариантах: объемный и динамический. Нагнетатель прямого вытеснения нагнетает воздух в двигатель с постоянной скоростью, в то время как динамический нагнетатель использует скорость для управления давлением в воздухе. В любом случае кислород сжимается, когда он подается в двигатель, что позволяет получать больше мощности от каждого взрыва в камерах сгорания. Напротив, автомобили, в которых нет этого устройства, втягивают воздух, используя его естественный поток, контролируя и регулируя количество с помощью датчиков и клапанов; эти автомобили получили название без наддува .

Эти устройства также классифицируются в зависимости от источника питания. Некоторые нагнетатели, известные как турбокомпрессоры, используют выхлопные газы для питания компрессора.Выхлопные газы преобразуются в энергию в устройстве, называемом турбиной. Другие приводятся в движение механически от двигателя, обычно через приводной ремень, но иногда также через цепь или шестерню. Этот тип обычно называют нагнетателем или «нагнетателем», хотя все системы, сжимающие воздух, поступающий в двигатель, технически являются нагнетателями, независимо от того, как они приводятся в действие.

Нагнетатель с механическим приводом имеет те же недостатки, что и турбонагнетатель, например, сокращение срока службы двигателя, особенно при неправильной установке.Из-за резкого увеличения мощности двигатели с наддувом требуют более низкой степени сжатия, чтобы избежать повреждения двигателя. По этой причине нагнетатель не следует устанавливать на автомобиль без наддува без внесения в двигатель необходимых изменений. Кроме того, при установке устройства владелец автомобиля должен тщательно изучить влияние изменения на гарантию трансмиссии, если автомобиль все еще находится на гарантии.

Однако нагнетатель с механическим приводом превосходит турбокомпрессор по нескольким параметрам.Прежде всего, поскольку мощность поступает непосредственно от самого двигателя, нет задержки перед тем, как устройство начнет сжимать всасываемый воздух. Турбонагнетатель, с другой стороны, должен дождаться накопления выхлопных газов, прежде чем их будет достаточно для питания компрессора. Кроме того, нагнетатель с механическим приводом меньше страдает от проблем, связанных с нагревом турбокомпрессора, что позволяет ему работать с большей эффективностью. Он даже может увеличить расход бензина в автомобиле, если используется в небольшой машине с небольшим двигателем.

В автомобилях обычно используются три типа. Оба типа корневого и двухвинтового типа являются нагнетателями прямого вытеснения, а центробежный тип — динамическими.

Knowledge Boost: выбор нагнетателя

Центробежный против прямого вытеснения

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Еще о чем следует подумать

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Андре Симон
Instagram: hpa101

Сайт: http://www.learntotune.com

Тема Blower Bash для Speedhunters

В чем разница между турбонагнетателями и нагнетателями?

Если в вашем самолете есть турбокомпрессор или нагнетатель, это означает, что вы можете взлететь на крейсерские высоты, о которых безнаддувные двигатели могли только мечтать.Но в чем разница между турбонагнетателем и нагнетателем? И когда каждый из них используется? Давайте взглянем.

Как работает турбокомпрессор

Во-первых, как работает турбо? Что ж, он использует выхлопные газы для вращения турбины, которая сжимает и нагнетает больше воздуха в ваш двигатель. А когда в двигатель поступает больше воздуха, вы можете добавить больше газа для топливно-воздушной смеси двигателя, что означает, что вы получите больше мощности. Турбины особенно полезны на большой высоте, где воздуха значительно меньше, чем на уровне моря.

На приведенной ниже диаграмме довольно хорошо показано, как работает турбо.

Как работает нагнетатель

Далее, нагнетатель. Теоретически это почти , точно так же, как и турбокомпрессор , за исключением одного главного отличия: он приводится в движение коленчатым валом двигателя и обычно соединяется ремнем или цепью. Это важно, потому что для работы нагнетателя требуется мощность двигателя, в отличие от турбонагнетателя, который работает с отработанными выхлопными газами.

Турбокомпрессор: плюсы и минусы

Как и все, у турбокомпрессора есть свои плюсы и минусы.

Во-первых, плюсы.
Турбокомпрессоры более эффективны, чем нагнетатели, поскольку в турбинах используется отработанный воздух, который уже выходит через выхлопную трубу. Хотя они не работают полностью «бесплатно». Выхлопу двигателя требуется энергия, чтобы вращать турбину.

Но по сравнению с нагнетателем турбины потребляют меньше топлива и обычно имеют меньший общий вес, чем нагнетатель.Наконец, большинство турбокомпрессоров обеспечивают лучший общий прирост мощности, чем нагнетатели, потому что их скорость можно изменить, регулируя перепускной клапан (что иногда является автоматической функцией).

Теперь о минусах.
Большинство турбокомпрессоров страдают лагами. Поскольку выхлопным газам требуется секунда или две, чтобы раскрутить турбину, существует задержка от момента, когда вы дросселируете двигатель, до момента, когда турбина достигает желаемой скорости и мощности. Далее, турбины не дают практически никакой выгоды на холостом ходу и при низкой мощности.И, наконец, турбины могут пострадать от скачков напряжения. Это происходит, когда вы быстро уменьшаете мощность, и давление воздуха во впускном коллекторе быстро увеличивается, вызывая временное изменение направления потока и вибрацию. Помпаж не является такой большой проблемой для современных турбин, как раньше, но это то, чего вам нужно остерегаться, особенно если вы летите на старых самолетах с турбонаддувом.

Нагнетатель: за и против

Очевидно, что у нагнетателя есть свои плюсы и минусы.

Во-первых, плюсы.
У нагнетателей нет лагов, они разгоняют двигатель на низких оборотах, они работают при более низких температурах, чем турбины, и они относительно дешевы по сравнению с турбинами (эти турбины могут быть очень дорогими).

Теперь о минусах.
Нагнетатели неэффективны, потому что для их поворота требуется довольно много мощности двигателя. Это делает нагнетатели менее экономичными, чем турбины. И, наконец, поскольку они используют систему шкивов и шестерен для поворота, есть больше деталей, которые могут сломаться.

Нагнетатели начали, но турбины никуда не денутся

Еще в середине 1900-х годов, и особенно во время Второй мировой войны, нагнетатели обычно были предпочтительным вариантом наддува двигателя. Их более простое управление было одной из главных причин. Другой причиной их популярности было отсутствие металлов, способных выдержать тепло, выделяемое турбинами. К тому же бензин был очень дешевым, так что было не так уж важно сжечь немного больше газа, чтобы получить желаемую мощность.

Жаропрочные сплавы, меньший вес и лучшая топливная экономичность — все это сделало турбины лучшим выбором почти для всех современных самолетов.А благодаря автоматическим заслонкам для мусора на многих моделях работать с ними проще (и надежнее), чем когда-либо прежде.

Станьте лучшим пилотом.