Механический нагнетатель двигателя

Преимущества и недостатки компрессора на двигатель

Итак, начнем с очевидных плюсов. Прежде всего, это увеличение мощности двигателя. Также следует выделить относительную простоту и дешевизну монтажа с минимальными переделками впускной системы по сравнению с установкой турбонаддува. Еще следует выделить отсутствие турбоямы благодаря прямой связи механического нагнетателя с коленвалом.

При этом компрессоры в зависимости от типа могут демонстрировать разную эффективность. Одни дают ощутимый прирост мощности на «низах» (коленвал вращается с небольшой частотой), тогда как другие увеличивают мощность на средних и высоких оборотах. Как правило, роторный компрессор и двухвинтовой рассчитан на низкие обороты, центробежные компрессоры хорошо работают на высоких.

Еще наличие компрессора в рамках дальнейшей эксплуатации не предполагает каких-либо дополнительных требований и сложностей. Компрессорный двигатель можно сразу глушить (на моторах с турбонаддувом нужно выждать время для остывания турбины), снижены требования к качеству моторного масла и т.д.

Теперь перейдем к недостаткам компрессоров. Главным минусом принято считать отбор мощности у двигателя, так как компрессор приводится от коленвала. На практике компрессор забирает до 20% мощности мотора. Получается, общая прибавка до 50% в реальности является фактическим увеличением мощности на 25-30%.

Также установка компрессора означает, что двигатель начинает испытывать более высокие нагрузки. Такой мотор должен быть изготовлен с использованием рассчитанных на такие увеличенные нагрузки частей, что позволяет реализовать необходимый запас прочности.

В результате изготовление такого ДВС получается более затратным, автомобиль с компрессором стоит изначально дороже атмосферных версий. Еще нужно учитывать, что компрессор также нуждается в обслуживании, что увеличивает общие расходы на содержание ТС.

Классификация

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

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

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

Плюсы роторной конструкции:

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

Машины с роторным наддувом в почете у гонщиков-спортсменов.

Основные недостатки этого типа оборудования:

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

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

Центробежный нагнетатель

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

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

К плюсам можно отнести:

простоту;
небольшой вес;
сравнительно низкую стоимость.

Благодаря этим свойствам центробежные нагнетатели часто используют для тюнинга.

Важно знать и недостатки:

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

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

Винтовой нагнетатель (спиральный компрессор Lysholm)

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

Недостатки спиральной конструкции:

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

Короткий видео-урок по принципу работы винтового компрессора

https://youtube.com/watch?v=5nuXpaeb8N4

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

Настройка работы турбины

Простенькая электротурбина на ВАЗе сможет повысить мощность, но незначительно. Намного эффективнее окажется использование механических турбокомпрессоров. Настройка турбодвигателя производится при помощи вестгейта. Давление в топливной системе будет тем больше, чем меньше его стравится в атмосферу. Желательно использовать для настройки уровня давления специальные конструкции boost-контроллеров.

Смотреть галерею

При помощи этого простого устройства можно непосредственно из салона автомобиля выставить необходимое давление. С его помощью защитный клапан, установленный на коллекторе, не стравливает давление. Поэтому оно постепенно растет.

Обязательно необходимо «перепрошивать» электронный блок управления, так как режимы работы двигателя существенно изменятся. Желательно доверить эту работу опытным специалистам, иначе неправильная работа двигателя будет сказываться не только на мощности, но и на расходе бензина, масла. Кроме того, все узлы двигателя могут изнашиваться в сотни раз быстрее, нежели при нормальных настройках.

ТУРБО – НЕ ТУРБО

Если разобрать конструкцию таких узлов, то можно выявить определенное сходство строения

А именно такие компрессоры работают от привода, который не требует вмешательства в штатные системы двигателя, а именно в смазку и систему отработанных газов, что очень важно! Такая конструкция действительно очень проста – устанавливается прямая связь с «коленвалом», что позволяет отлично взаимодействовать двигателю и нагнетателю, при разгонах. То есть чем выше обороты, тем быстрее вращается «коленвал», а соответственно раскручивает нагнетатель! Благодаря такому взаимодействию практически нет такого явления как «турбояма»

Также дополнительным плюсом можно отметить отсутствие работы при больших температурах, как у ТУРБО вариантов, а это значит, что ресурс намного увеличивается – ведь здесь не нужно остывать «турбине», то есть не обязательны «турботаймеры» или «бустконтроллеры», просто глушим машину и работа прекращается. Сайт autoflit.ru рекомендует действовать точно также. Кому интересно заходите.

Что такое компрессор? Роль компрессора в работе двигателя автотомобиля

Компрессором называют любое приспособление, которое предназначено для сжатия и подачи воздуха, а также других газов под давлением. Автомобильные инженеры, создатели гоночных авто и просто любители скорости все время работают над увеличением мощности двигателей. Одним из способов ее увеличения есть строительство мотора большого внутреннего объема, но большие двигатели много весят и кроме того затраты на их производство и содержание очень высоки.

Второй способ увеличения интенсивности двигателя – это создание агрегата стандартного размера, но более эффективного в использовании. Этого можно добиться при нагнетании большего объема воздуха в камеру сгорания. Благодаря этому в цилиндр подаётся больше топлива и, как следствие, создаётся высокое давление и происходит сильный выброс газа.

Кроме компрессора есть турбокомпрессор. Устройства отличаются способом извлечения энергии. Обычный компрессор приводится в действие энергией от коленчатого вала мотора через ременный или цепной привод механическим путем. Турбокомпрессор работает благодаря сжатому потоку выхлопных газов, вращающих турбину.

Какие функции может выполнять нагнетатель?

1. Аэрация

Сюда можно отнести все, что связано с насыщением воды кислородом, например, аэрацию прудов в рыбохозяйствах, или на станциях водоочистки для поддержания жизнеспособности аэробных бактерий.

Кроме того, возможен вариант использования нагнетателя, когда в емкость с жидкой средой накачивают определенный газ для осуществления необходимой химической реакции. В частности, при гальванизации подача воздуха в ванну позволяет быстро и равномерно наносить покрытие.

Даже процесс подачи сжатого воздуха в бассейн или ванну для создания пузырьков (джакузи) также можно выполнить при помощи воздуходувки.

2. Уборка, очистка

Воздуходувка может работать в режиме вакуумного насоса или нагнетателя, всасывая или сдувая с конвейерной ленты или станка излишки материала: металлическую крошку, тяжелую пыль, бумажные или тряпичные обрезки, обрывки пряжи.

3. Перемещение

Одним из основных назначений воздуходувок считается транспортировка газов, а также пневмотранспорт сыпучих материалов (легких гранул, порошка), небольших готовых изделий (методом всасывания или выталкивания). При помощи потока воздуха возможна также подача бумаги в печатную машину, а также приведение в движение плунжерного механизма.

4. Создание потока воздуха, сушка

Стабильный поток воздуха может требовать небольшого давления, например, для прохождения через фильтр тонкой очистки, создающий большое сопротивление. Подача нагнетаемого воздуха в вентиляционное отверстие поможет улучшить тягу.

При помощи воздуходувок производят быструю и качественную сушку тканого полотна, пленки, лакокрасочного слоя. При намотке тонкой ленты или пленки, перемотке бумаги также может потребоваться создание специальной воздушной подушки для предотвращения слипания или повреждения материала.

5. Упаковка

С помощью вакуума возможно удаление воздуха из бутылки при ее заполнении жидкостью, а также удержание предметов для их последующей укладки в коробку.

Виды нагнетателей

По сути, можно выделить различные способы наддува..

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

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

Механический

Нагнетательное устройство данного типа было создано на автомобильных движках одним из первых. Он связывается с коленвалом и начинает свою работу сразу после запуска. В этом – одно из его достоинств. Недостаток

– подобная конструкция отбирает часть мощности движка. Первоначальные нагнетатели такого плана выглядели, как две шестеренки, что вращаются в разные стороны. Они были помещены в металлический замкнутого типа корпус. После, конструкция «механики» существенно поменялась. Появились и механические наддувы, использующие центробежную силу, и винтовой принцип.

Турбо

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

Центробежный тип

Самые распространенные на двигателях внутреннего сгорания, работают при помощи так называемых лопастей или «лопаток». Если сравнить их двумя предыдущими, то этот тип самый компактный из всех, а также он прост в технологии изготовления, что удешевляет его конечную стоимость. Зачастую его могут путать с ТУРБО вариантом (который работает от выхлопных газов), из-за схожей конструкции, однако это совсем неправильно, это два совершенно разных устройства.

Принцип строения – состоит из входной части, рабочей (лопасти-лопатки) и диффузора, который может быть как лопаточный, так безлопаточный. Обязателен, для установки и воздухозаборник, сделанный в виде «улитки».

Воздух пройдя через специальный фильтр (кстати, также обязателен, иначе вся пыль будет внутри двигателя), попадает в специальный вход которое постепенно сужается (для минимальных потерь воздуха при подводе), далее следует к колесу. Рабочее же колесо устанавливается на специальном креплении, однако бывали случаи, когда размещалось и на самом валу. Далее через механическую передачу (привод), связывается с коленвалом.

Такие варианты самые распространенные на наших отечественных авто (в частности ВАЗ). Берут их за долговечность, небольшую цену, универсальность и компактность.

Минусами таких компрессоров является – низкий КПД при малых оборотах, зато на высоких мощность двигателя может вырасти до 30% от номинала. При оборотах от 4000, давление может достигать 0,5 – 0,6 бара.

Разновидности приводных механизмов

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

Существует несколько конструктивных решений для реализации такого способа приводного механизма:

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

Преимущества использования нагнетателя

Работа данного устройства построена по следующей схеме:

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

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

Особенности конструкции

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

Интеркулер может быть 2-х видов:

жидкостный;
воздушный.

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

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

Особенности установки

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

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

Также важно убедиться в соответствии нагнетателя и характеристик самого автомобильного двигателя. Сам же процесс установки состоит из нескольких этапов

От автомобилиста потребуется:

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

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

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

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

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

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

Установка механического комперссора на двигатель: тонкости и нюансы

Начнем с того, что главной задачей является подбор механического нагнетателя, который будет соответствовать ряду требований (вес, габариты, производительность, режимы работы, особенности смазки, исполнение привода и т.д.).

Для этих целей можно приобрести компрессор от какого-либо автомобиля или же заказать готовый тюнинг-комплект для форсирования двигателя. Также отмечены случаи, когда нагнетатель изготавливался самостоятельно, однако такие самодельные решения достаточно редки, особенно на территории СНГ.

Также не следует забывать о том, что большая мощность достигается за счет сжигания большего количества топлива. Закономерно, что выделение тепла в этом случае также сильно увеличивается, а мотор потребует более интенсивного охлаждения.

009_MOTO_1110_072

Cамодельный нагнетатель, построенный на базе отечественного турбокомпрессора, у которого «горячую» часть заменил редуктор. Выемка на крыльчатке — следствие балансировки: металл срезали не с лопасти, а оттуда, где выемка не создаст завихрений воздушного потока. Наши «кулибины» применили редуктор «наизнанку» — и компактно и масло само расходится по зубцам за счет центробежной силы. Планшайба соединяет «улитку» и редуктор. В ней же установлен подшипник и сальник вала крыльчатки. Cамодельный нагнетатель, построенный на базе отечественного турбокомпрессора, у которого «горячую» часть заменил редуктор. Выемка на крыльчатке — следствие балансировки: металл срезали не с лопасти, а оттуда, где выемка не создаст завихрений воздушного потока. Наши «кулибины» применили редуктор «наизнанку» — и компактно и масло само расходится по зубцам за счет центробежной силы. Планшайба соединяет «улитку» и редуктор. В ней же установлен подшипник и сальник вала крыльчатки.

Приводные нагнетатели

Преимущества масляных агрегатов

Самый распространенный метод снижения трения, возникающего при работе различных деталей и узлов, является их смазывание. Это позволяет снизить нагрузку на изделие в целом, в частности, на его ключевую деталь — двигатель.

Для решения, этой задачи применяют специальные, компрессорные масла, которые можно использовать в различных условиях эксплуатации.

Компрессоры такого типа в производстве обходятся дешевле. Поэтому, стоимость такого оборудования существенно дешевле, чем безмасляные аналоги. Но в эксплуатации, они обходятся дороже. Это вызвано тем, что в процессе эксплуатации вместе удалением воздуха из рабочей зоны, происходит выброс масла. Кстати, его необходимо заменять через каждые 2 000–3 000 часов эксплуатации.

Так как в сжатом воздухе присутствуют микрочастицы масла, в систему приходится устанавливать маслоулавливающие элементы, например, фильтры. Через определенное количество времени их так же необходимо заменять, а это усложняет обслуживание, и требует дополнительных расходов на приобретение заменяемых фильтров.

Тем не менее, несмотря на принимаемые меры, воздух, прошедший через масляный компрессор полностью очистить не представляется возможным. Например, после обработки воздуха на винтовом устройстве его загрязнение равно 3 мг на один кубометр. Чистота воздуха после его обработки на поршневом компрессоре, напрямую зависит от уровня износа его деталей и узлов.

Это привело к тому, что в отдельных технологических процессах использование масляных компрессоров запрещено.

Турбо нагнетатель воздуха

Такой подход к обеспечению мотора дополнительным количеством воздуха является наиболее популярным. Применяется он и для дизелей, и для бензиновых моторов. Принцип, на котором работает подобный нагнетатель, понятен из приведенного рисунка:

По сути дела, это комбинация двух устройств – турбины, использующей энергию выхлопных газов, и компрессора. Здесь надо сразу отметить, что режим турбо, применяемый для повышения мощности дизелей, применяется гораздо чаще, чем нагнетание воздуха в бензиновых двигателях. В них повышение давления ограничено появлением детонации, и введение режима турбо требует принятия специальных защитных мер.

Использование энергии отработанных газов связано с целым комплексом проблем, в первую очередь с применяемыми материалами. Лопатки турбины должны выдерживать температуру до тысячи градусов, и при этом скорость их вращения зачастую превышает десять тысяч оборотов в минуту. Однако режим турбо, при котором в дизель поступает дополнительный воздух, облегчает его работу.

Исходя из изложенных особенностей, наилучшим образом наддув турбо будет выполняться при высоких оборотах двигателя, когда турбина сильно раскручена. Другой особенностью такого режима является так называемое запаздывание. В момент резкого нажатия педали, пока сработает наддув в режиме турбо, проходит некоторое время, что и вызывает провал в характеристике.

Чтобы его обойти, применяются специальные технические решения. Одним из возможных вариантов будет применение двух нагнетателей турбо, один из которых работает на малых оборотах, а другой на высоких. Каждый из автопроизводителей по-своему решает эту задачу – кто-то использует мощный нагнетатель, обеспечивающий излишний приток воздуха на всех режимах, и при необходимости сбрасывает его излишки, кто-то применяет несколько маленьких нагнетателей вместо одного большого, кто-то реализует различные комбинации двух первых вариантов.

Тем не менее, режим турбо зачастую реализуют и на старых машинах, в том числе и семейства ВАЗ, правда, в этом случае чаще всего применяют электрический наддув.

Центробежная конструкция

Работа этого вида приборов очень похожа на функционирование турбокомпрессора. Рабочий элемент агрегата — крыльчатка-колесо. Он очень быстро вращается при работе, засасывая в себя воздух.

Следует отметить, что эта разновидность является самой популярной среди всех механических приборов. Она обладает массой преимуществ.

К примеру:

компактные габариты;
небольшая масса;
высокий уровень эффективности;
доступная цена;
надёжная фиксация на автомобильном моторе.

К недостаткам можно отнести лишь практически полную зависимость показателей производительности от оборотов коленвала автодвигателя. Но современные разработчики учитывают этот факт.

Плюсы и минусы компрессора механического типа

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

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