Механический нагнетатель воздуха: назначение, устройство и принцип работы турбонаддува

С появлением двигателей внутреннего сгорания (ДВС) возникла проблема увеличения уровня их мощности.

Решить данную проблему можно двумя путями:

1. Увеличение численности цилиндров. Данный вариант приводит к возникновению проблем с увеличением массы мотора и его габаритов.
2. Оборудование мотора наддувом (нагнетателем), позволяющим подавать дополнительный воздух.

Со временем появились разные варианты данного оборудования, в частности:

• Комбинированный, который совмещает элементы турбо и механического режимов;
• Comprex, который функционирует от выхлопных газов;
• Электронагнетатель;
• Турбонаддув, функционирующий от выхлопных газов;
• Механический наддув, который работает от коленвала.

Компрессор либо механический нагнетатель воздуха способен увеличивать уровень мощности на 50%. Воздух он берёт с воздушного патрубка. После сжатия воздух поступает в коллектор.

Как устроен нагнетатель?

Для обеспечения нормального функционирования мотора требуется топливно-воздушная смесь (ТВС), соотношение составляющих обуславливается режимом работы и уровнем нагрузки. Без использования вспомогательного оборудования подача ТВС происходит посредством разряжения при впуске и зависит от объёма цилиндров. Путём создания дополнительного давления можно увеличить объём. Это приведёт к сгоранию большего количества ТВС и как следствие повышению уровня мощности. Данный подход позволяет экономно расходовать топливо, поскольку необходимую мощность можно получить даже при наличии цилиндров незначительного объёма.

Читайте подробнее про ⇒ устройство и принцип работы механического нагнетателя.

Конструкция механического наддува включает в себя:

• Два датчика (давления и уровня температуры);
• Две заслонки (трубопроводную и дроссельную);
• Охладитель (интеркулер);
• Воздушный фильтр;
• Компрессор.

Запуск работы механического нагнетателя происходит одновременно с активацией мотора. Главное достоинство данного оборудования заключается в том, что объём подаваемого на двигатель воздуха пропорционален оборотам.

Принцип работы

Механический нагнетатель автомобиля управляется размещённой на дросселе заслонкой. Она работает на высоких оборотах и открывается тогда, когда на трубопроводе закрыта заслонка. Воздух поступает в коллектор свободно. При небольших оборотах заслонка дросселя открыта под небольшим углом. При этом заслонка трубопровода открывается в полной мере, возвращая в компрессор часть воздуха. Главная функция интеркулера заключается в снижении уровня температуры воздуха до 10° для повышения степени сжатия.

Читайте также все про ⇒ устройство и принцип работы двигателя.

Передача крутящего момента осуществляется посредством:

1. Шестеренчатой передачи;
2. Цепи;
3. Ремня (с клиньями, зубьями либо плоский);
4. Прямого привода (при установке нагнетателя на фланец вала).

Основной минус ремней заключается в коротком эксплуатационном сроке и риске проскальзывания. В случае применения шестерни создаётся дополнительный шум, и увеличиваются габариты оборудования.

Классификация

Существует несколько систем, применяемых для обеспечения механического наддува. Каждый из них обладает своей оригинальной конструкцией, способами нагнетания и особенностями использования.

Roots (кулачковый, роторный нагнетатель)

Данное оборудование не является в полной мере компрессором. Это больше объёмный нагнетатель, чем компрессор. Поначалу это были 2 шестерёнки, которые соединяют друг с другом пару роторов, которые вмонтированы в корпус. Поток воздушных масс создавался посредством вращения роторов, оборудованных лопатками сложной конструкции. В трубопровод воздух нагнетается при его перемещении между корпусом и кулачками.

[caption id="attachment_11126" align="aligncenter" width="850"] Американские мускул кары[/caption]

Достоинства роторных конструкций:

1. Длительность эксплуатационного срока;
2. Бесшумность;
3. Компактные габариты;
4. Простота и высокий уровень надёжности;
5. Отсутствие потери уровня эффективности при функционировании.

К минусам данного оборудования следует отнести:

1. При высоких оборотах создаётся значительный поток, излишки которого, возвращаются в нагнетатель. Благодаря этому Рутс создаёт меньший объём энергии, чем потребляет, а КПД системы снижается.
2. Пульсирующая, неравномерная подача воздуха. Поток воздуха пульсирует и при средних оборотах, что приводит к перегреву. Более современные системы оборудованы перепускным клапаном либо муфтой с электроприводом для отключения оборудования.

Центробежные нагнетатели

Это наиболее распространённая разновидность механического наддува. Данное оборудование может устанавливаться вместе с турбонагнетателем либо отдельно (в качестве компрессора).

Основной деталью данной конструкции является крыльчатка, внешне напоминающая колесо турбины, которое вращается со скоростью в 60 000 оборотов в минуту. В крыльчатку на значительной скорости, но под незначительным давлением поступает воздух. Требуемое давление приобретается во время перемещения по корпусу улитке. В коллектор воздух поступает на значительной скорости, однако, под высоким давлением.

Достоинствами являются:

1. Демократичная стоимость;
2. Незначительная масса;
3. Простота.

Благодаря данным особенностям центробежные нагнетатели зачастую применяются для тюнинга.

Недостатками являются:

1. Повысить уровень эффективности можно только с помощью высокой скорости вращения колеса;
2. Оборудование начинает работать лишь достигнув определённого количества оборотов.

Винтовые нагнетатели (спиральные компрессоры Lysholm)

По своему внешнему виду данное оборудование напоминает Roots, но обладает другой конструкцией. В корпусе располагается пара роторов, напоминающих свёрла, имеющие форму заострённой ёлочки. Именно ввиду таких особенностей конструкции данная система и называется спиральной (винтовой). После поступления внутрь корпуса воздух сжимается, а не просто перекачивается.

Таким образом, при значительных оборотах он не вернётся в компрессор обратно и мощность не будет потеряна. Результатом станет стабильно высокий КПД, который и является основным плюсом. Такой наддув устанавливается на спорткарах и автомобилях элит класса.

К минусам спиральных конструкций следует отнести:

1. Высокое потребление мощности мотора;
2. Значительная цена проектирования и производства;
3. Высокая сложность конструкции.

Конструкция двухступенчатой (комбинированной) системы наддува включает в себя два компрессора – механического, предназначенного для обеспечения функционирования двигателя при малых оборотах и турбо (в основном), который утилизирует выхлопные газы. После достижения определённого уровня оборотов механический нагнетатель активируется и начинает работать турбина, функционирующая от выхлопных газов.

Плюсы и минусы механических нагнетателей

Теперь обобщим все достоинства и недостатки.

Главные преимущества:

1. Почти полное отсутствие потери мощности, при условии подключения системы к отдельному электроприводу;
2. Лучше всего центробежные нагнетатели работают на высокой скорости, а винтовые на разгоне;
3. Не высокая стоимость системы и простота её монтажа, обеспечивает отличное функционирование на незначительных оборотах и быстрое реагирование на любую манипуляцию с педалью газа.

Основные минусы:

1. В случае установки на инжекторный либо Карбюраторный двигатель необходима дополнительная подготовка. Следует учитывать изменения уровня давления, проще говоря «железа», прошивку ЭБУ. Для предотвращения падения уровня мощности двигателя все мероприятия следует осуществлять одновременно.
2. Некоторый уровень шума, создаваемый приводом. Износ деталей происходит крайне быстро, если система функционирует на высокой скорости.
3. Механический наддув создаётся посредством вращательного момента коленвала. Уровень мощности на порядок меньше, чем у турбонаддува, расход топлива больше, отбирается до 30% производительности мотора.

Следует грамотно подбирать нагнетатель, учитывая при этом принцип, устройство и соответствие по:

• Особенностям смазки;
• Типу используемого привода;
• Рабочим режимам;
• Массе и габаритам;
• Уровню производительности.

В реальности зачастую покупают б/у либо новые механические нагнетатели, которые рассчитаны на определённую модель автомобиля. Они реализуются в комплекте с крепежом, ремнями, трубопроводом, приводом и инструкцией.

Итог

Выбирая модель самостоятельно, следует знать особенности использования и классификацию. Надо учитывать, что во время сжигания значительного объёма топлива выделяется дополнительное тепло. Перед проведением монтажа дорабатываются цилиндры с учётом повышения КПД, система охлаждения и топливоподача. Как правило, производится замена форсунок и бензонасоса.

По материалам сайта vaznetaz.RU.