С разработкой ДВС (двигателя внутреннего сгорания) возникла проблема повышения его мощности. Первый вариант — увеличение количества цилиндров. Но этот подход рождает проблемы, связанные с увеличением размеров и веса мотора. Второй вариант более перспективный. Это установка нагнетателя (наддува), позволяющего подать дополнительный объем воздуха.
Со временем были созданы различные варианты такого оборудования:
- механический наддув, работающий от коленвала;
- турбонаддув, работающий за счет выхлопных газов;
- электрический нагнетатель;
- Сomprex, работающий от выхлопных газов;
- комбинированный, совмещающий элементы механического и турбо.
Механический нагнетатель воздуха (он же компрессор, compressor, Supercharger) увеличивает мощность на 50%. Он берет воздух с воздушного патрубка, после сжатия переправляет в коллектор.
Устройство нагнетателя
Для работы мотора в машине нужна ТВС (топливо-воздушная смесь), соотношение элементов зависит от нагрузки, режима работы. Без дополнительного оборудования ТВС подается за счет разряжения при впуске и полностью зависит от объема цилиндров. Объем можно увеличить, если создать дополнительное давление. В результате сгорит больше ТВС, мощность увеличится. Подобный подход экономит топливо, так как требуемую мощность можно получить при небольшом объеме цилиндров.
Механический наддув состоит из:
- компрессора;
- воздушного фильтра;
- интеркулера (охладителя);
- двух заслонок (дроссельной, трубопроводной);
- двух датчиков (температуры, давления).
Схема работы механического нагнетателя
Механический нагнетатель связан с коленвалом, поэтому работа начинается одновременно с запуском мотора, объем подаваемого на двигатель воздуха пропорционален оборотам, что является основным преимуществом этого оборудования. Минусом считается потеря мощности двигателя.
Принцип действия
Механическим нагнетателем для автомобиля управляет заслонка на дросселе. Если обороты высокие, она открывается при закрытой заслонке на трубопроводе. Воздух свободно перемещается в коллектор. При низких оборотах заслонка дросселя тоже открыта, но под углом. Заслонка трубопровода при этом открывается полностью, возвращая часть воздуха обратно в компрессор. Функция интеркулера — снизить температуру воздуха на 10 градусов с целью повысить степень сжатия.
Крутящий момент от коленвала на компрессор передается через:
- прямой привод (если нагнетатель установлен на фланец вала);
- ремень (плоский, с зубьями или клиньями);
- цепь;
- шестеренчатую передачу.
Недостаток ремней — вероятность проскальзывания, короткий срок службы. При использовании шестерни увеличиваются размеры оборудования, создается дополнительный шум.
Классификация
Разработано несколько систем, обеспечивающих механический наддув. Они отличаются по конструкции, методу нагнетания, эксплуатационным особенностям.
Roots (роторный, кулачковый нагнетатель)
Это оборудование не совсем является компрессором, а скорее объемным нагнетателем. Сначала это были две шестерни, соединяющие оси двух роторов, вмонтированные в корпус. Поток воздуха создавался благодаря вращению роторов, оснащенных лопатками со сложной конструкцией. Нагнетание воз
духа в трубопровод создавалось во время его перемещения между кулачками и корпусом.
Плюсы роторной конструкции:
- начало активной работы на низких оборотах;
- отсутствие потери эффективности во время работы;
- надежность, простота, компактные размеры конструкции;
- бесшумность;
- длительный срок эксплуатации.
Машины с роторным наддувом в почете у гонщиков-спортсменов.
Основные недостатки этого типа оборудования:
- подача воздуха неравномерная, пульсирующая;
- на высоких оборотах (большой скорости вращения роторов) создается большой поток, излишки которого, возвращаются в нагнетатель. В результате Рутс выдает меньше энергии чем потребляет, снижается КПД системы.
На средних оборотах поток воздуха тоже пульсирует, что вызывает чрезмерный перегрев. В более современные системы монтируется перепускной клапан или муфта с электроприводом для отключения агрегата.
Центробежный нагнетатель
Этот самый распространенный вид механического наддува. Такое оборудование устанавливается отдельно (как компрессор) или вместе с турбонагнетателем.
Главная деталь такой конструкции крыльчатка, похожая на колесо турбины, вращающаяся со скоростью до 60 000 об/мин. Воздух под небольшим давлением но на большой скорости поступает на крыльчатку. Лопатки колеса бросают захваченный поток на корпус. При перемещении по корпусу-улитке приобретается нужный уровень давления. В коллектор, поток перемещается уже на небольшой скорости, но под высоким давлением.
К плюсам можно отнести:
- простоту;
- небольшой вес;
- сравнительно низкую стоимость.
Благодаря этим свойствам центробежные нагнетатели часто используют для тюнинга.
Важно знать и недостатки:
- начало работы только после достижения определенного количества оборотов;
- для повышения эффективности требуется высокая скорость вращения колеса.
Недостатками предопределена необходимость в создании требуемых условий, проблемами при смазке подшипников.
Винтовой нагнетатель (спиральный компрессор Lysholm)
Внешний вид напоминает Roots, но конструкция другая. Внутри корпуса два ротора, похожие на сверла, с формой заостренной елочки. Именно из-за особенностей конструкции система называется винтовой (спиральной). Воздух после поступления в корпус не просто перекачивается, а сжимается. А это значит, что при больших оборотах он не будет возвращаться обратно в компресор и не будет потери мощности. Результат — сравнительно высокий, стабильный КПД, который считается главным преимуществом. Благодаря этому, таким наддувом комплектуются машины класса элит, спорткары.
Недостатки спиральной конструкции:
- сложность, высокая стоимость проектирования, производства;
- все тоже потребление мощности мотора.
Короткий видео-урок по принципу работы винтового компрессора
Комбинированная (двухступенчатая) система наддува состоит из двух компрессоров. Один из них приводной, механический, его предназначение — обеспечить работу двигателя на малых оборотах. Второй элемент чаще всего турбо, утилизирующий выхлопные газы. При достижении определенного уровня оборотов механический нагнетатель выключается и в работу вступает турбина, работающая от выхлопных газов.
Преимущества и недостатки механических нагнетателей
Пришло время обобщить все преимущества и недостатки.
Основные плюсы:
- Система этого типа не дорогая, легко устанавливается, обеспечивает хорошую работу на небольших оборотах, мгновенно реагирует на манипуляции с педалью газа.
- Винтовые нагнетатели лучше всего функционируют на разгоне, центробежные на высоких скоростях.
- Потери мощности практически нет, если система подключается к отдельному электроприводу.
Основные минусы:
- Механический наддув осуществляется за счет вращательного момента коленвала. Если сравнивать с турбонаддувом, то мощность меньше, расход топлива больше, отбирается примерно 30% производительности мотора.
- Привод создает определенный уровень шума. Если механическая система используется на высоких скоростях, детали изнашиваются очень быстро.
- При установке на карбюраторный или инжекторный двигатель требуется дополнительная подготовка. Необходимо учесть изменения давления, то есть, заменить часть «железа», прошивку ЭБУ. Все работы нужно выполнить одновременно, чтобы предотвратить снижение мощности двигателя.
Важно правильно подобрать нагнетатель, учитывая устройство, принцип работы, соответствие:
-
- по производительности;
- размерам, весу;
- режимам функционирования;
- типу привода;
- особенностям смазки.
На практике чаще всего приобретаются новые или б/у комплекты механических нагнетателей воздуха, рассчитанные на конкретную модель авто. Они продаются вместе с инструкцией, приводом, трубопроводом для воздуха, ремнями, крепежом.
При самостоятельном подборе важно знать классификацию, особенности эксплуатации. Необходимо учесть, что при сжигании большего объема топлива будет выделяться дополнительное количество тепла. Перед установкой дорабатывается топливоподача, система охлаждения, конструкция цилиндров с учетом увеличения КПД. Чаще всего меняется бензонасос, форсунки.
По этим причинам лучше всего доверить эту работу специалистам. Важно понимать, что с целью избежания детонации в будущем придется использовать высокооктановое топливо.
