Благодаря чему повышается мощность двигателя - как устроен нагнетатель?

1889

Механический нагнетатель Все конструкторы автомобилей, так же как и обычные автовладельцы, готовы на все, ради повышения мощности двигателя. При чем, современный тюнинг совсем не предполагает вмешательство в конструкцию самого двигателя, а использование дополнительных устройств, которые «помогали» бы ему показывать более высокие результаты. Одним из таких устройств и является механический нагнетатель, суть работы которого схожа с работой обычного компрессора, поскольку по своей сути он таковым и является. Главная задача нагнетателя - повышать атмосферное давление, что, несомненно, приносит ощутимый результат в работе двигателя.

Однако, есть у механических нагнетателей и свои недостатки, особенное внимание на которые мы и хотим обратить в нижеприведенной статье. Но перед этим подробнее рассмотрим механизм этого устройства и все существующие виды механических нагнетателей.

1. Как работает нагнетатель на обычном автомобильном двигателе внутреннего сгорания?

Нагнетатель И так, под таким устройством как механический нагнетатель необходимо понимать один из конструктивных элементов всей системы механического наддува автомобильного двигателя. Именно благодаря его работе во впускном тракте является возможным поднять давление выше атмосферного. Почему же это устройство является механическим? Потому что его привод осуществляется благодаря функционированию коленчатого вала, а не от электронной системы управления. В англоязычной литературе и инструкциях механический нагнетатель обозначается одним словом - «supercharger».

На что именно влияет работа механического нагнетателя? Во-первых, его использование позволяет в разы повысить мощность двигателя, вплоть до 50% от изначального показателя. Во-вторых, появляется возможность повысить показатель крутящего момента двигателя, но этот показатель максимально может увеличиться только до 30%.

Вместе с этим, каждый водитель должен осознавать, что если так сильно повышается мощность двигателя, значит, и работа механического нагнетателя также должна быть очень интенсивной. Как следствие, двигатель также несет определенные затраты на работу привода механического нагнетателя, которые могут достигать даже 30%, что совсем не мало. Основные функции, которые выполняет механический нагнетатель, являются взаимосвязанными, и заключаются они в следующем:

1. Втягивание воздуха из атмосферы.

2. Сжатие воздуха путем интенсивной работы самого устройства.

3. Нагнетание сжатого воздуха непосредственно во впускную систему двигателя.

Нагнетатель Выполнение самой первой функции возможно благодаря специально созданному разряжению. Далее, посредством очень быстрого вращения нагнетателя, которое перегоняет в скорости даже вращения двигателя, создается достаточно высокое давление. Именно за счет полученной разницы в давлении механический нагнетатель и запускает воздух во впускной тракт.

Однако, здесь есть один важный нюанс: при сжатии воздух начинает очень сильно разогреваться и если его дополнительно не охлаждать, то могут настать нежелательные последствия для двигателя. Также, охлаждение необходимо для того, чтобы не снижалась плотность воздуха и его давление, ради которого мы и устанавливаем механический нагнетатель. Поэтому, для охлаждения сжатого воздуха в самых распространенных системах наддува используются специальные охладители – интеркулеры. Они могут быть как воздушными, так и жидкостными.

Конструктивные особенности привода механического нагнетателя

Для того, чтобы лучше понимать особенности работы описываемого устройства, важно ознакомиться с разновидностями приводов, которые используются как их основание:

1. Прямой. Привод, который позволяет закреплять нагнетатель непосредственно на коленчатый вал, а вернее, на его фланец.

2. Ременной. Для функционирования такого нагнетателя используются самые разные виды ремней: зубчатый, клиновый или же плоский.

3. Цепной. Функционирует также, как и ременной.

4. Зубчатый. Привод, который работает на базе циклического редуктора.

5. Электрический. В этом случае роль привода выполняет отдельный электродвигатель, который и приводит в действие нагнетатель. Он более затратный, поскольку требует повышенной мощности от аккумуляторов, но вот непосредственно мощность двигателя он не забирает.

Механический нагнетатель Использование разных конструкций для изготовления механических нагнетателей стало причиной того, что появился целый ряд видов этого устройства. При чем, отличаются они друг от друга не только конструктивно. В связи с этим, в следующем разделе мы подробно изучим особенности наиболее распространенных видов нагнетателей.

2. Виды нагнетателей, которые используются на современных автомобилях

Что касается классификации механических нагнетателей, то среди них стоит выделить такие:

1. Объемные нагнетатели, которые включают в себя две разновидности устройств:

- кулачковые, представленные на автомобильном рынке такими производителями, как Roots и Eaton.

- винтовые, известные автовладельцам под названием производителя Lysholm.

2. Центробежные.

Механический нагнетатель Если говорить о первом виде, а вернее группе видов нагнетателей, то их главным отличием является способ нагнетания воздуха. В принципе, особенности их функционирования уже заложены в их же название: они просто перекачивают определенные объемы воздуха, не сжимая его. То есть, потоки воздуха движутся не потому, что устройство постоянно меняет их плотность и температуру, а потому что оно «насильно» заставляет их двигаться. Чтобы Вам было понятнее, как это происходит на конкретных примерах, рассмотрим оба вида объемных нагнетателей.

Особенности кулачковых нагнетателей автомобильного двигателя

Данный вид является самым первым представителем механических нагнетателей, но не смотря на это, используется он до сих пор. Как это не смешно, но его «родителя» братья Рутс использовали данное устройство не как важную деталь автомобиля, а как промышленный вентилятор для продувки воздуха в больших помещениях.

Поскольку устройство было достаточно простым в производстве и использовании, со временем оно все больше и больше распространялось по миру, находя все новые способы применения. А функционирует кулачковый нагнетатель следующим образом: в один общий кожух помещается две прямозубые шестерни, вращение которых происходит в разных направлениях. Благодаря их вращениям и происходит перекачивание определенного объема воздуха от впускного коллектора к выпускному.

Прошел практически целый век, пока еще один изобретатель по фамилии Итон не усовершенствовал конструкцию вышеописанного устройства. Вместо прямозубых шестерней он установил на нагнетатель косозубые роторы. Результат это дало очевидный: воздух начал перемещаться не поперек, а вдоль конструкции. Чтобы сделать конструкцию еще более совершенной, на устройство устанавливают дополнительные зубчатые лопатки (то есть, косозубые роторы). Если в самой первой модели под названием «Eaton» ее автор Итон установил всего две, то сегодня очень трудно найти кулачковый нагнетатель меньше чем с четырьмя лопатками.

Вместе с тем, данный вид нагнетателей нельзя назвать совершенным. Он отличается целым рядом довольно существенных недостатков:

Под капотом 1. Подача воздуха этим устройством происходит пульсационно, поэтому в двигателе могут возникать моменты, когда ему не хватает давления для нормального функционирования. Однако, современные конструкции кулачковых нагнетателей с увеличенным количеством зубчатых лопастей и треугольным окном впускного и выпускного окон компрессора, позволили максимально нивелировать этот недостаток. Более того, благодаря этому нагнетатели «Рутс» отличаются тихой и равномерной работой.

2. Когда нагнетатель выталкивает несжатый воздух в трубопровод со сжатым воздухом, внутри этой конструкции создается турбулентность. По этой причине увеличивается температура заряда воздуха. Как результат, топливная смесь не сгорает полностью, а из за ее возросшей калорийности снижаются показатели производительности автомобильного двигателя. Однако, данная проблема также является решаемой, если на такой нагнетатель установить вышеупомянутый инкулер.

Но плюсы нагнетателей, которые мы описываем, все же не позволяют даже современным автоконструкторам отказаться от их использования. Так, компрессоры «Рутс» отличаются:

- компактностью;

- конструкционной простотой;

- долговечностью использования;

- эффективностью даже при функционировании автомобиля на малых оборотах;

- низким шумовым уровнем.

Но какими ни были прекрасными кулачковые нагнетатели, мы все равно не можем упустить из виду их винтовых собратьев, с которыми и познакомимся далее.

Отличия и преимущества винтовых нагнетателей

Под капотом Так же как и нагнетатели «Рутс» и «Итон», винтовой нагнетатель воздуха «Lysholm» является представителем объемно-роторной группы этих устройств. Однако, отличие между ними есть и оно довольно существенное: рабочая нагрузка в винтовом нагнетателе выполняется парой роторов, которые имеют взаимодополняющие профили. Давайте ознакомимся с принципами его функционирования более детально и последовательно:

- движущиеся на встречу друг другу два ротора осуществляют захват воздуха;

- порции воздуха, которые проходят вдоль роторов, вынуждены сжиматься;

- сжатый воздух создает дополнительное давление, которое положительно влияет на мощность работы двигателя.

Благодаря всему этому на выпускном окне нагнетателя не создается турбулентность, как это происходит в случае с «Рутсами». По сути, это и есть главное преимущество винтовых нагнетателей, в сравнении с роторно-шестеренчатыми. Описанная схема работы позволяет обеспечивать стабильно высокую эффективность работы как самого устройства, так и двигателя, при чем на всех уровнях нагрузки.

Плюсы нагнетателей «Lysholm» заключаются в:

1. Очень высоком коэффициенте полезного действия, который может достигать 70%.

2. Надежность устройства и долговечность его использования, не зависимо от интенсивности эксплуатации.

3. Компактность конструкции.

4. Бесшумность работы.

Под капотом Но упустить из виду минусы нагнетателей «Lysholm» мы не можем. Правда, недостаток у них один и заключается он в сложности формы роторов, что влияет на затратность производства подобных конструкций. Именно по этой причине винтовые нагнетатели не используются при серийном выпуске автомобилей. Это скорее атрибут более дорогих и эксклюзивных авто. Ну, или результат самостоятельного тюнинга.

Что необходимо знать о центробежных нагнетателях?

Среди всех видов нагнетателей центробежные является наиболее распространенным и востребованных среди конструкторов автомобилей. Но чаще всего такой нагнетатель используется как составляющая турбонаддува, а не как самостоятельное устройство (хотя и в таком виде он используется не так уж и редко). В плане функционирования и нагнетания воздуха центробежное устройство практически аналогично турбонаддуву. И самое главное сходство – это крыльчатка, которая также является основной деталью турбокомпрессора. Сама крыльчатка имеет очень сложную конусообразную форму, к изготовлению которой выставляются очень высокие требования. Ведь от того, насколько правильным был ее проект и насколько точно он был воплощен в жизнь, напрямую зависит коэффициент полезного действия всего устройства.

Принцип работы центробежного нагнетателя не такой уж и сложный:

1. Лопасти крыльчатки устройства раскручиваются за счет воздуха, который проходит по воздушному сужающему каналу.

2. Раскрученный лопасти нагнетателя, которые ведет центробежная сила, перебрасывают воздух в периферию кожуха устройства.

3. В кожухе установлен специальный диффузор, который не допускает потери давления воздуха. В некоторых конструкциях нагнетателей диффузор может отличаться наличием лопатки с регулируемым углом атаки.

Под капотом 4. Именно через диффузор воздух выталкивается в воздушный окружающий тоннель, который имеет форму улитки (другое название этого туннеля – воздухосборник). Форма улитки не является случайно для данного устройства. Ведь благодаря ей воздух сначала движется по узкому каналу, а потом по все более широкому. Благодаря этому и меняется скорость и давление воздушной массы, выравниваясь до необходимых показателей.

Но самый базовый принцип, благодаря которому и проходит функционирование центробежного нагнетателя, и обозначает самый главный недостаток устройства. Достаточно очевидным фактом является то, что для работы нагнетатель требует огромную скорость вращения крыльчатки. То давление, которое производит нагнетатель, равно квадрату скорости, с которой движется крыльчатка.

В связи с этим базовая скорость нагнетателя начинается от 40тыс. оборотов за одну минуту, и с легкостью может достигать 200тыс. Чтобы достигнуть такого количества оборотов ремень привода работает на пределе своих возможностей. Не сложно догадаться, что в следствии подобного все детали устройства изнашиваются чрезвычайно быстро, да и работает такой нагнетатель довольно шумно.

Чтобы решить проблему с шумом, обычно используют дополнительный мультипликатор, который устанавливается на устройство. Однако, за подобную хитрость приходится платить потерями коэффициента полезного действия механического центробежного нагнетателя. А для того, чтобы износ деталей не происходил слишком быстро, для их производства используются только качественные сплавы металлов, а их размеры с точностью подгоняются друг к другу.

Механический нагнетатель Нельзя также не упомянуть и о инерционном действии, которое также уменьшает достоинства устройства. Проявляется оно в том, что иногда устройство отстает в срабатывании. Так, если нагнетатель работает на малых оборотах – его эффективность совсем не впечатляет, но если его разогнать очень сильно – то произойдет очень резкий скачек мощности. Поэтому, такой нагнетатель больше подходит тем автомобилям, от которых требуется высокая мощность и скорость, на не интенсивность разгона.

Но все же, несмотря на множество негативных моментов в функционировании центробежного нагнетателя, он все равно является наиболее распространенным. Причина тому – доступная стоимость и простота установки, доступная каждому автолюбителю.

3. Нужен ли автомобилю механический нагнетатель: достоинства и недостатки устройства

Данную проблему мы уже несколько раз затрагивали выше, однако, важно все же просуммировать, стоит ли устанавливать на свой автомобиль механический нагнетатель, или можно обойтись без него. Первый и самый главный фактор, который нельзя упускать из виду принимая такое решение – использование нагнетателя воздуха негативно сказывается на мощности двигателя автомобиля. Ведь главная его задача – увеличивать количество оборотов двигателя, что может стать причиной поломки мотора. Однако, подобная ситуации может возникнуть только тогда, когда нагнетатель используется на повышенных оборотах. На низких и средних оборотах его действие является благоприятным для мощности двигателя.

Нагнетатель Еще один минус нагнетателей – если он повышает мощность деталей двигателя, но они начинают быстрее изнашиваться. Поэтому, единственное решение проблемы – это установка более прочных деталей, которые менее интенсивно подвергаются износу. К примеру, заменить штампованные поршни и шатуны на кованные. Конечно, это даст хороший результат, но чтобы его достигнуть придется немного потратиться.

Нельзя забывать и о том, что без дополнительного охлаждения привод нагнетателя требует охлаждения. В противном случае он будет не только сам нагреваться, но и нагревать двигатель, что является крайне нежелательным для любого авто.

Но самая главная проблема, о которой мы еще не упоминали, связана с возможностью детонации, которую может вызвать механический нагнетатель. Как это возможно, спросите Вы? Все дело в том, что слишком высокое давление и температура воздуха, который подается в цилиндры автомобильного мотора может привести к очень неприятным последствиям. Когда в конце такта сжатия поршень цилиндра попытается спрессовать и без того сжатую смесь топлива и воздуха, ее температура может перейти за максимально допустимую норму и привести к взрыву.

Частично решить данную проблему можно путем использования топлива с высоким октановым числом, однако это не всегда может дать хороший результат. Если давление поднимается до слишком высоких показателей, единственный путь избежать детонации – это снизить степень сжатия. Также, важно правильно подбирать свечи, от которых также зависит правильное функционирование автомобильного двигателя.

Но как бы там ни было, исключать все плюсы нагнетателей нельзя, поскольку они действительно способны в разы повышать мощность работы мотора. Главное, чтобы эксплуатация этого устройства не происходила на максимальных показателях. Никогда не стоит забывать, что пытаясь добиться высокой мощности от двигателя, нагнетатель еще больше его стимулирует, тем самым повышая давление и температуру. Таким образом, любой механический нагнетатель – самый лучший тюнинг для двигателя, особенно если правильно пользоваться его возможностями.

Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.

Была ли эта статья полезна?


Комментарии

Вам также может быть интересно