Механический нагнетатель. Устройство и принцип работы. Механический нагнетатель воздуха для автомобиля
Механический нагнетатель. Устройство и принцип работы
Работа двигателя построена на том, что топливо должно быть смешано с необходимым количеством кислорода. Это позволит достичь максимально возможной мощности. Расскажем про механические нагнетатели воздуха для автомобиля.
Центробежные нагнетатели воздуха
Подобные нагнетатели в тюнинге получили наибольшее распространение. По своей конструкции они наиболее близки к , поскольку имеют одинаковый принцип нагнетания воздуха. Разняться лишь способы привода. Работа осуществляется следующим образом.
Принцип работы центробежного нагнетателя состоит в следующем: воздух, пройдя по воздушному каналу в нагнетатель, попадает на лопасти крыльчатки. Лопасти закручивают и отбрасывают его центробежной силой к периферии кожуха, где имеется диффузор. Далее воздух выталкивается в окружной воздушный туннель (воздухосборник), который имеет улиткообразную форму.
Такая конструкция создает необходимое давление воздушного потока на выходе из нагнетателя. Дело в том, что внутри кольца воздух поначалу движется быстро, и его давление мало. Однако в конце улитки русло расширяется, скорость воздушного потока понижается, а давление увеличивается. Так создается необходимый подпор для накачки цилиндров двигателя.
У центробежного нагнетателя есть недостаток. Для эффективной работы крыльчатка должна вращаться не просто быстро, а очень быстро. Фактически производимое центробежным компрессором давление пропорционально квадрату скорости крыльчатки. Скорости могут быть 40 тысяч об/мин и более. И поскольку привод осуществляется от коленвала посредством ременной передачи на шкив турбины, шум от такого устройства сильный. Хотя многим этот характерный свист нравится.
К минусам можно отнести некоторую задержку в срабатывании, хотя нужно отметить, что эта задержка не столь заметна, как у турбонагнетателей.
И еще замечание. Как правило, центробежный нагнетатель дает прибавку на высоких оборотах двигателя. Сначала давление нарастает медленно, но затем, с увеличением оборотов, довольно резко возрастает. Эта особенность делает центробежные нагнетатели наиболее пригодными для тех случаев, когда более важно поддержание высоких скоростей, а не интенсивность разгона.
Центробежные нагнетатели воздуха для автомобиля очень популярны. Сравнительно низкая цена и простота установки способствовали тому, что компрессоры этого типа почти вытеснили другие и стали популярны в тюнинге автомобилей.
Нагнетатели воздуха типа ROOTS
Компрессоры типа «Рутс» относятся к классу объемных нагнетателей. Конструкция их довольно проста и напоминает масляный шестеренчатый насос двигателя. В корпусе овальной формы вращаются в противоположные стороны два ротора, имеющие специальный профиль. Роторы насажены на оси, связанные одинаковыми шестернями.
Основное отличие этого метода нагнетания в том, что воздух сжимается не внутри, а как бы снаружи компрессора, непосредственно в нагнетательном трубопроводе. Именно поэтому их иногда называют компрессорами с внешним сжатием.
Главным минусом такого способа нагнетания является, что, раз процесс сжатия воздуха осуществляется вовне компрессора, его эффективная работа возможна лишь до определенных значений наддува. С ростом давления увеличивается просачивание воздуха назад, и его КПД снижается. Далее мощность, затрачиваемая на вращение самого нагнетателя, может превысить добавочную мощность двигателя.
Еще один недостаток. В компрессорах подобного типа создается турбулентность, способствующая росту температуры воздушного заряда. То есть, наряду с обычным ростом температуры от непосредственно повышения давления, в рутс-компрессорах происходит дополнительный нагрев. В этой связи подобные нагнетатели в обязательном порядке оснащаются интеркулерами.
Шум от работы объемных компрессоров не столь сильный, как у центробежных, и имеет иную тональность. При этом, в отличие от центробежных, механические нагнетатели типа ROOTS эффективны уже на малых и средних оборотах двигателя. Эта особенность рутс-компрессоров сделала их наиболее пригодными для , где ценится динамика разгона. Другой плюс – относительная простота конструкции.
Малое количество движущихся частей и малые скорости вращения делают эти механические нагнетатели одними из самых надежных и долговечных. Однако сложность и высокая цена снизили их популярность.
Плюсы и минусы использования механических нагнетателей
Использование нагнетателей воздуха для авто может негативно сказаться на ресурсе двигателя. Как правило, поломку мотора вызывают повышенные обороты. Стало быть, использование нагнетателя, повышающего крутящий момент на низких и средних оборотах, может, наоборот, благоприятно сказаться на ресурсе двигателя.
С другой стороны, если добиваться действительно большого роста мощности, многие штатные детали придется заменить на более прочные. Так, например, и шатуны будут совсем нелишними.
Cжатие воздуха всегда сопряжено с повышением температуры. В некоторых компрессорах это повышение не существенно, но в любом случае для увеличения воздушного заряда и снижения потери мощности на привод нагнетателя воздух необходимо охлаждать.
Еще одна проблема, о которой мало кто задумывается, – детонация. Дело в том, что высокая температура и давление подаваемого в цилиндры воздуха может привести к тому, что в конце такта сжатия, когда поршень спрессует в цилиндре и так уже сжатую топливо-воздушную смесь, ее температура и давление могут оказаться настолько высокими, что это вызовет преждевременную ее детонацию, т. е. взрыв.
Дабы избежать подобных проблем, можно перейти на высокооктановые сорта топлива, но часто этого мало. При достаточно больших значениях давления приходится производить декомпрессию, т. е. . Правильный также немаловажен.
portalvaz.ru
Механический нагнетатель - Легкое дело
Механический нагнетатель. Устройство и принцип работы
Работа двигателя построена на том, что топливо должно быть замешено с необходимым количеством кислорода. Это обеспечит полное и эффективное сгорание горючей смеси и позволит достичь максимально возможной мощности. Больше сгорит – больше мощность. В данной статье речь пойдет про механические нагнетатели воздуха для автомобиля, их устройство и принцип работы.
Для нормальной работы двигателя пропорции смеси топливо–воздух принимаются приблизительно 1:14,7. Если прибавить к стандартному давлению в одну атмосферу, к примеру, еще одну, то получим в 2 раза больше воздуха, а значит, и кислорода, поступающего в цилиндры. Стало быть, мы должны получить от мотора в 2 раза больше мощности. Двигатель объемом 1,5 л при давлении наддува чуть более атмосферы практически эквивалентен трехлитровому «атмосфернику». Это, конечно, грубая арифметика, но идея именно такова.
Принцип работы и устройство центробежного нагнетателя
Подобные нагнетатели в тюнинге получили в настоящее время наибольшее распространение. По своей конструкции они наиболее близки к турбонаддуву, поскольку имеют одинаковый принцип нагнетания воздуха. Разняться лишь способы привода. Работа осуществляется следующим образом.
Основная деталь центробежного нагнетателя – рабочее колесо, или крыльчатка. Она имеет довольно сложную конусообразную форму. Лопатки крыльчатки играют самую главную роль. От того, насколько правильно они спроектированы и изготовлены, зависит результирующая эффективность всего нагнетателя.
Принцип работы центробежного нагнетателя состоит в следующем: воздух, пройдя по сужающемуся воздушному каналу в нагнетатель, попадает на радиальные лопасти крыльчатки. Лопасти закручивают и отбрасывают его центробежной силой к периферии кожуха, где имеется диффузор. Зачастую диффузор имеет лопатки, призванные снизить потери давления. Далее воздух выталкивается в окружной воздушный туннель (воздухосборник), который чаще всего имеет улиткообразную форму.
Такая конструкция создает необходимое давление воздушного потока на выходе из нагнетателя. Дело в том, что внутри кольца воздух поначалу движется быстро, и его давление мало. Однако в конце улитки русло расширяется, скорость воздушного потока понижается, а давление увеличивается. Так создается необходимый подпор для накачки цилиндров «спрессованной атмосферой».
В силу самого принципа работы у центробежного нагнетателя есть один недостаток. Для эффективной работы крыльчатка должна вращаться не просто быстро, а очень быстро. Фактически производимое центробежным компрессором давление пропорционально квадрату скорости крыльчатки. Скорости могут быть 40 тысяч об/мин и более, а для высоконапорных компрессоров дизелей они приближаются к цифре 200 тыс. об/мин. И поскольку привод осуществляется от коленвала посредством ременной передачи на шкив турбины, шум от такого устройства довольно сильный . Хотя многим именно этот характерный свист греет душу.
Высокие рабочие обороты накладывают особые требования на качество используемых материалов и точность изготовления. К минусам самого принципа нагнетания можно также отнести некоторую задержку в срабатывании . хотя нужно отметить, что эта задержка не столь заметна, как у турбонагнетателей.
И еще одно замечание. Как правило, центробежный нагнетатель дает прибавку на довольно высоких оборотах двигателя. Сначала давление нарастает медленно, но затем, с увеличением оборотов, довольно резко возрастает. Эта особенность делает центробежные нагнетатели наиболее пригодными для тех случаев, когда более важно поддержание высоких скоростей, а не интенсивность разгона.
Центробежные нагнетатели воздуха для автомобиля очень популярны. Сравнительно низкая цена и простота установки способствовали тому, что компрессоры этого типа почти вытеснили другие и стали популярны в тюнинге автомобилей.
Нагнетатели воздуха типа ROOTS
Компрессоры типа "Рутс" относятся к классу объемных нагнетателей. Конструкция их довольно проста и более всего напоминает масляный шестеренчатый насос двигателя. В корпусе овальной формы вращаются в противоположные стороны два ротора, имеющие специальный профиль. Роторы насажены на оси, связанные одинаковыми шестернями. Между самими роторами и корпусом поддерживается небольшой зазор.
Основное отличие этого метода нагнетания в том, что воздух сжимается не внутри, а как бы снаружи компрессора, непосредственно в нагнетательном трубопроводе. Именно поэтому их иногда называют компрессорами с внешним сжатием.
Главным минусом такого способа нагнетания является то, что, раз процесс сжатия воздуха осуществляется вовне компрессора, его эффективная работа возможна лишь до определенных значений наддува . Как бы точно ни были выполнены детали компрессора, с ростом давления в нагнетательном трубопроводе увеличивается просачивание воздуха назад, и его КПД ощутимо снижается. Увеличивая скорость вращения роторов, можно несколько снизить утечки воздуха, но это возможно лишь до определенных пределов. Далее мощность, затрачиваемая на вращение самого нагнетателя, может превысить добавочную мощность двигателя.
Еще один существенный недостаток. В компрессорах подобного типа при выдавливании несжатого воздуха в сжатый в нагнетательном трубопроводе создается турбулентность, способствующая росту температуры воздушного заряда. То есть, наряду с обычным ростом температуры от непосредственно повышения давления, в рутс-компрессорах происходит дополнительный нагрев. В этой связи подобные нагнетатели в обязательном порядке оснащаются интеркулерами.
Шум от работы объемных компрессоров не столь сильный, как у центробежных, и имеет несколько иную тональность и при этом, в отличие от центробежных, механические нагнетатели типа ROOTS эффективны уже на малых и средних оборотах двигателя. Эта особенность рутс-компрессоров сделала их наиболее пригодными для дрегрейсинга, где ценится прежде всего именно динамика разгона. Другой плюс – относительная простота конструкции.
Малое количество движущихся частей и малые скорости вращения делают эти механические нагнетатели одними из самых надежных и долговечных. Однако сложность в изготовлении и установке, а значит, и высокая цена несколько снизили их рыночную популярность. В России такие нагнетатели в силу дороговизны не столь популярны.
Плюсы и минусы использования механических нагнетателей
Многие считают, что использование нагнетателей воздуха для автомобиля может негативно сказаться на ресурсе двигателя . Это и так, и не так. Как правило, поломку мотора вызывают повышенные обороты. Стало быть, использование нагнетателя, повышающего крутящий момент на низких и средних оборотах, может, наоборот, благоприятно сказаться на ресурсе двигателя. С другой стороны, если добиваться действительно большого роста мощности, многие штатные детали придется заменить на более прочные. Так, например, кованые поршни и шатуны будут совсем нелишними.
При использовании нагнетателей температура оказывает вполне фундаментальное воздействие. Так уж выходит, что сжатие воздуха всегда сопряжено с повышением его температуры. В некоторых компрессорах это повышение не столь существенно, но в любом случае для увеличения воздушного заряда и снижения потери мощности на привод нагнетателя воздух необходимо охлаждать.
Еще более важна другая проблема, о которой мало кто задумывается, – детонация. Дело в том, что высокая температура и давление подаваемого в цилиндры воздуха может привести к тому, что в конце такта сжатия, когда поршень спрессует в цилиндре и так уже сжатую топливо-воздушную смесь, ее температура и давление могут оказаться настолько высокими, что это вызовет преждевременную ее детонацию, т. е. взрыв.
Дабы избежать подобных проблем, можно перейти на более высокооктановые сорта топлива, но чаще всего этого оказывается мало. При достаточно больших значениях давления приходится производить декомпрессию, т. е. снижать степень сжатия. При использовании нагнетателей рекомендуется изменить настройку по зажиганию. Правильный подбор свечей зажигания также немаловажен. На самом деле при установке наддува вопросов возникает куда больше.
Установка компрессора на серийный двигатель может привести к различным результатам. Даже готовые комплекты от известных фирм не могут предусмотреть всех нюансов вашего автомобиля. В любом случае установка механического наддува требует высокого профессионализма.
Статьи по теме:
http://sto39.ru
legkoe-delo.ru
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. Этот комплект может устанавливаться на двигатели с максимальным объемом 2 л.
tuningsport.ru
Как устроен приводной нагнетатель в автомобиле?
Нагнетатель компрессорного типа повышает мощность двигателя до 50% благодаря тому, что в цилиндры попадает дополнительный воздух и создает там положительное давление на впуске. Система управления двигателем с нагнетателем вырабатывает смесь оптимального состава, увеличивая подачу топлива; в итоге получается состав, который выделяет больше энергии при сгорании, а это, в свою очередь, увеличивает мощность двигателя. Мы остановим ваше внимание на типах приводных компрессоров (роторном, винтовом, центробежном) и на отличиях турбокомпрессора от механического нагнетателя воздуха для автомобиля.
1. Отличие механического нагнетателя от турбокомпрессора
Очень часто механический и турбокомпрессор устанавливают на бензиновые и дизельные агрегаты грузовых и легковых автомобилей с целью повышения мощности двигателя без увеличения объема цилиндров. Турбокомпрессор работает от энергии потока выхлопных газов, а механический нагнетатель – от коленчатого вала. Они имеют абсолютно разную конструкцию и действуют на работу двигателя неодинаково, но при этом оба нагнетают воздух под давлением в камеру сгорания.
Главным отличием и преимуществом механического компрессора над турбокомпрессором является то, что он равномерно увеличивает мощность двигателя независимо от оборотов, что способствует правильности работы двигателя и дает возможность избежать многих неисправностей. Но турбокомпрессор также обладает некими преимуществами: он не имеет привода от двигателя и работает от выхлопных газов, исключая потери мощности. Нагнетатель компрессорного же типа функционирует от энергии двигателя и тем самым забирает у него до 30% мощности.
Турбокомпрессор очень требователен к качеству горюче-смазочных материалов, поэтому приходится чаще менять масло, и за ним нужен особый уход, чего не скажешь о механическом нагнетателе – он менее требователен к ГСМ, и для него главное – чистота поступающего воздуха. Механический компрессор – это отдельный и независимый механизм в конструкции двигателя, что делает проще процесс обслуживания, ремонта и демонтажа. Плюсом турбины являются ее более высокие обороты, но и нагревается она быстрее, а это плохо сказывается на состоянии двигателя и его работе.
Механический компрессор почти сразу выходит на эффективный показатель после запуска двигателя, турбокомпрессор же не будет работать на низких оборотах, лишь на средних и максимальных. Стоит также упомянуть, что турбокомпрессор более экономный в плане топлива. Установка компрессора более доступна и менее затратная в сравнении с турбиной. И турбокомпрессор, и механический нагнетатель имеют свои плюсы и минусы, но их установка – задача не из простых.
2. Типы приводных компрессоров
На сегодняшний день различают три типа приводных нагнетателей: винтовые, роторные, а также центробежные. В роторных и винтовых компрессорах воздух подается с помощью двух вращающихся цилиндрических роторов, а в центробежном – с помощью лопастей крыльчатки.
2.1 Роторные компрессоры
Такие компрессоры отличаются простотой конструкции, долговечностью, чистотой подающегося воздуха, уравновешенностью и положительной зависимостью меняющихся режимов работы двигателя с частотой вращения роторов. В рабочих полостях этих компрессоров воздух не сжимается, лопасти в виде ротора нагнетают его в двигатель, в силу этого их еще называют компрессорами с внешним сжатием.
Эти нагнетатели покажут свою эффективность в случае умеренного повышения давления, а когда оно растет на впуске, то падает КПД компрессора. Самыми распространенными являются роторные компрессоры с двумя роторами на впускном и выпускном окне. Следует отметить и их недостатки:
- они сильно нагреваются;
- на КПД влияют зазоры между валами и прочими деталями;
- большой уровень шума, сильная вибрация валов,
- достаточно низкое давление – в пределах 0,7 бар.
2.2 Винтовые компрессоры
Данный вид компрессоров более надежен и совершенен в своей конструкции, с диагональным движением воздуха в проточной части. Сжатие воздуха возможно здесь за счет изменения объема полостей между винтами вращения и корпусом, в воздухе не содержится примесей масла, что благотворно влияет на поршневой двигатель. Этот тип компрессоров отличается высоким КПД – около 85%, достаточно большим давлением – 1 бар и выше, за счет большой частоты оборотов.
Это дает возможность делать корпус менее габаритным, что, кстати, позволяет использовать винтовой компрессор на гоночных машинах. Конструкцию компрессора составляют два ротора с зубчатыми спиральными зубьями, профили которых соответствуют при соприкосновении друг другу. Недостатком считается сложное строение и, как следствие, – дорогой ремонт, да и высокая стоимость в целом. Ремонтировать их нужно на специальных станциях.
2.3 Центробежные компрессоры
Чаще всего в ДВС устанавливаются именно центробежные компрессоры, рабочей частью которых являются особые лопасти. Этот вид более компактный, простой в изготовлении, и, как следствие, дешевле двух предыдущих. Компрессор центробежного типа состоит из входной части, рабочей (собственно, лопасть) и диффузора. Помимо этого, обязательно устанавливается воздухозаборник и специальный фильтр.
После того как воздух проходит через фильтр, он попадает во входное отверстие, которое понемногу сужается, чтобы минимизировать потери воздуха при подводе. Рабочее колесо может крепиться на шпицах, а если оно не очень большого размера, то его можно установить на гладкий вал, который связывается с коленвалом двигателя. Минусом такого типа компрессора является то, что при малых оборотах КПД компрессора будет достаточно низким; зато при высоких – может увеличиться на 30%.
Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.
Была ли эта статья полезна?Да Нет
auto.today
Механический нагнетатель. Устройство и принцип работы
Механический нагнетатель. Устройство и принцип работы
Работа двигателя построена на том, что топливо должно быть замешено с необходимым количеством кислорода. Это обеспечит полное и эффективное сгорание горючей смеси и позволит достичь максимально возможной мощности. Больше сгорит – больше мощность. В данной статье речь пойдет про механические нагнетатели воздуха для автомобиля, их устройство и принцип работы.Для нормальной работы двигателя пропорции смеси топливо–воздух принимаются приблизительно 1:14,7. Если прибавить к стандартному давлению в одну атмосферу, к примеру, еще одну, то получим в 2 раза больше воздуха, а значит, и кислорода, поступающего в цилиндры. Стало быть, мы должны получить от мотора в 2 раза больше мощности. Двигатель объемом 1,5 л при давлении наддува чуть более атмосферы практически эквивалентен трехлитровому «атмосфернику». Это, конечно, грубая арифметика, но идея именно такова.
Принцип работы и устройство центробежного нагнетателя
Подобные нагнетатели в тюнинге получили в настоящее время наибольшее распространение. По своей конструкции они наиболее близки к турбонаддуву, поскольку имеют одинаковый принцип нагнетания воздуха. Разняться лишь способы привода. Работа осуществляется следующим образом.Основная деталь центробежного нагнетателя – рабочее колесо, или крыльчатка. Она имеет довольно сложную конусообразную форму. Лопатки крыльчатки играют самую главную роль. От того, насколько правильно они спроектированы и изготовлены, зависит результирующая эффективность всего нагнетателя.
Принцип работы центробежного нагнетателя состоит в следующем: воздух, пройдя по сужающемуся воздушному каналу в нагнетатель, попадает на радиальные лопасти крыльчатки. Лопасти закручивают и отбрасывают его центробежной силой к периферии кожуха, где имеется диффузор. Зачастую диффузор имеет лопатки, призванные снизить потери давления. Далее воздух выталкивается в окружной воздушный туннель (воздухосборник), который чаще всего имеет улиткообразную форму.
Такая конструкция создает необходимое давление воздушного потока на выходе из нагнетателя. Дело в том, что внутри кольца воздух поначалу движется быстро, и его давление мало. Однако в конце улитки русло расширяется, скорость воздушного потока понижается, а давление увеличивается. Так создается необходимый подпор для накачки цилиндров «спрессованной атмосферой».
В силу самого принципа работы у центробежного нагнетателя есть один недостаток. Для эффективной работы крыльчатка должна вращаться не просто быстро, а очень быстро. Фактически производимое центробежным компрессором давление пропорционально квадрату скорости крыльчатки. Скорости могут быть 40 тысяч об/мин и более, а для высоконапорных компрессоров дизелей они приближаются к цифре 200 тыс. об/мин. И поскольку привод осуществляется от коленвала посредством ременной передачи на шкив турбины, шум от такого устройства довольно сильный. Хотя многим именно этот характерный свист греет душу.
Высокие рабочие обороты накладывают особые требования на качество используемых материалов и точность изготовления. К минусам самого принципа нагнетания можно также отнести некоторую задержку в срабатывании, хотя нужно отметить, что эта задержка не столь заметна, как у турбонагнетателей.
И еще одно замечание. Как правило, центробежный нагнетатель дает прибавку на довольно высоких оборотах двигателя. Сначала давление нарастает медленно, но затем, с увеличением оборотов, довольно резко возрастает. Эта особенность делает центробежные нагнетатели наиболее пригодными для тех случаев, когда более важно поддержание высоких скоростей, а не интенсивность разгона.
Центробежные нагнетатели воздуха для автомобиля очень популярны. Сравнительно низкая цена и простота установки способствовали тому, что компрессоры этого типа почти вытеснили другие и стали популярны в тюнинге автомобилей.
Нагнетатели воздуха типа ROOTS
Компрессоры типа "Рутс" относятся к классу объемных нагнетателей. Конструкция их довольно проста и более всего напоминает масляный шестеренчатый насос двигателя. В корпусе овальной формы вращаются в противоположные стороны два ротора, имеющие специальный профиль. Роторы насажены на оси, связанные одинаковыми шестернями. Между самими роторами и корпусом поддерживается небольшой зазор.Основное отличие этого метода нагнетания в том, что воздух сжимается не внутри, а как бы снаружи компрессора, непосредственно в нагнетательном трубопроводе. Именно поэтому их иногда называют компрессорами с внешним сжатием.
Главным минусом такого способа нагнетания является то, что, раз процесс сжатия воздуха осуществляется вовне компрессора, его эффективная работа возможна лишь до определенных значений наддува. Как бы точно ни были выполнены детали компрессора, с ростом давления в нагнетательном трубопроводе увеличивается просачивание воздуха назад, и его КПД ощутимо снижается. Увеличивая скорость вращения роторов, можно несколько снизить утечки воздуха, но это возможно лишь до определенных пределов. Далее мощность, затрачиваемая на вращение самого нагнетателя, может превысить добавочную мощность двигателя.
Еще один существенный недостаток. В компрессорах подобного типа при выдавливании несжатого воздуха в сжатый в нагнетательном трубопроводе создается турбулентность, способствующая росту температуры воздушного заряда. То есть, наряду с обычным ростом температуры от непосредственно повышения давления, в рутс-компрессорах происходит дополнительный нагрев. В этой связи подобные нагнетатели в обязательном порядке оснащаются интеркулерами.
Шум от работы объемных компрессоров не столь сильный, как у центробежных, и имеет несколько иную тональность и при этом, в отличие от центробежных, механические нагнетатели типа ROOTS эффективны уже на малых и средних оборотах двигателя. Эта особенность рутс-компрессоров сделала их наиболее пригодными для дрегрейсинга, где ценится прежде всего именно динамика разгона. Другой плюс – относительная простота конструкции.
Малое количество движущихся частей и малые скорости вращения делают эти механические нагнетатели одними из самых надежных и долговечных. Однако сложность в изготовлении и установке, а значит, и высокая цена несколько снизили их рыночную популярность. В России такие нагнетатели в силу дороговизны не столь популярны.
Плюсы и минусы использования механических нагнетателей
Многие считают, что использование нагнетателей воздуха для автомобиля может негативно сказаться на ресурсе двигателя. Это и так, и не так. Как правило, поломку мотора вызывают повышенные обороты. Стало быть, использование нагнетателя, повышающего крутящий момент на низких и средних оборотах, может, наоборот, благоприятно сказаться на ресурсе двигателя. С другой стороны, если добиваться действительно большого роста мощности, многие штатные детали придется заменить на более прочные. Так, например, кованые поршни и шатуны будут совсем нелишними.При использовании нагнетателей температура оказывает вполне фундаментальное воздействие. Так уж выходит, что сжатие воздуха всегда сопряжено с повышением его температуры. В некоторых компрессорах это повышение не столь существенно, но в любом случае для увеличения воздушного заряда и снижения потери мощности на привод нагнетателя воздух необходимо охлаждать.
Еще более важна другая проблема, о которой мало кто задумывается, – детонация. Дело в том, что высокая температура и давление подаваемого в цилиндры воздуха может привести к тому, что в конце такта сжатия, когда поршень спрессует в цилиндре и так уже сжатую топливо-воздушную смесь, ее температура и давление могут оказаться настолько высокими, что это вызовет преждевременную ее детонацию, т. е. взрыв.
Дабы избежать подобных проблем, можно перейти на более высокооктановые сорта топлива, но чаще всего этого оказывается мало. При достаточно больших значениях давления приходится производить декомпрессию, т. е. снижать степень сжатия. При использовании нагнетателей рекомендуется изменить настройку по зажиганию. Правильный подбор свечей зажигания также немаловажен. На самом деле при установке наддува вопросов возникает куда больше.
Установка компрессора на серийный двигатель может привести к различным результатам. Даже готовые комплекты от известных фирм не могут предусмотреть всех нюансов вашего автомобиля. В любом случае установка механического наддува требует высокого профессионализма.
Поделиться с друзьями:Статьи по теме:
sto39.ru
Механический нагнетатель. Устройство и принцип работы
Работа мотора построена на том, что горючее должно быть замешено с необходимым количеством кислорода. Это обеспечит полное и эффективное сгорание горючей смеси и дозволит добиться очень возможной мощности. Больше сгорит – больше мощность. В данной статье речь пойдет про механические нагнетатели воздуха для автомобиля, их устройство и принцип работы.Для обыкновенной работы мотора пропорции смеси топливо–воздух принимаются приблизительно 1:14,7. Если прибавить к стандартному давлению в одну атмосферу, к примеру, еще одну, то получим в два раза больше воздуха, а значит, и кислорода, поступающего в цилиндры. Стало быть, мы должны получить от мотора в два раза больше мощности. Движок объемом 1,5 л при давлении наддува чуть более атмосферы практически эквивалентен трехлитровому «атмосфернику». Это, естественно, грубая математика, но идея непосредственно такая.Принцип работы и устройство центробежного нагнетателяПодобные нагнетатели в тюнинге получили в настоящее время наибольшее распространение. По своей конструкции они более близки к турбонаддуву, потому что имеют одинаковый принцип нагнетания воздуха. Разняться только способы привода. Работа осуществляется следующим образом.Основная деталь центробежного нагнетателя – рабочее колесо, или крыльчатка. Она имеет довольно сложную конусообразную форму. Лопатки крыльчатки играют самую главную роль. От того, как правильно они спроектированы и изготовлены, зависит результирующая эффективность всего нагнетателя.Принцип работы центробежного нагнетателя состоит в следующем: воздух, пройдя по сужающемуся воздушному каналу в нагнетатель, попадает на радиальные лопасти крыльчатки. Лопасти закручивают и отбрасывают его центробежной силой к периферии кожуха, где имеется диффузор. Нередко диффузор имеет лопатки, призванные снизить утраты давления. Далее воздух выталкивается в окружной воздушный туннель (воздухосборник), который почти всегда имеет улиткообразную форму.Такая конструкция делает необходимое давление воздушного потока на выходе из нагнетателя. Дело в том, что внутри кольца воздух поначалу движется быстро, и его давление мало. Но в конце улитки русло расширяется, скорость воздушного потока понижается, а давление растет. Так создается подходящий подпор для накачки цилиндров «спрессованной атмосферой».В силу самого принципа работы у центробежного нагнетателя есть один недостаток. Для эффективной работы крыльчатка должна вертеться не просто быстро, а очень быстро. Фактически производимое центробежным компрессором давление пропорционально квадрату скорости крыльчатки. Скорости могут быть 40 тысяч об/мин и более, а для высоконапорных компрессоров дизелей они приближаются к цифре Двести тыс. об/мин. И потому что привод осуществляется от коленвала средством ременной передачи на шкив турбины, шум от такого устройства довольно сильный. Хотя многим непосредственно этот соответственный свист греет душу.Высокие рабочие обороты накладывают особые требования на качество используемых материалов и точность производства. К минусам самого принципа нагнетания можно также отнести некоторую задержку в срабатывании, хотя стоит отметить, что эта задержка не так видна, как у турбонагнетателей.И еще одно замечание. Обычно, центробежный нагнетатель дает прибавку на довольно огромных оборотах мотора. Сначала давление нарастает копотливо, но позже, с увеличением оборотов, довольно резко возрастает. Эта особенность делает центробежные нагнетатели более применимыми для тех случаев, когда более принципно поддержание огромных скоростей, а не интенсивность разгона.Центробежные нагнетатели воздуха для автомобиля очень популярны. Сопоставимо низкая цена и простота установки способствовали тому, что компрессоры этого типа фактически вытеснили другие и стали популярны в тюнинге автомобилей.Нагнетатели воздуха типа ROOTSКомпрессоры типа «Рутс» относятся к классу огромных нагнетателей. Конструкция их довольно проста и более всего напоминает масляный шестеренчатый насос мотора. В корпусе округленной формы вертятся в оборотные стороны два ротора, имеющие особенный профиль. Роторы насажены на оси, связанные похожими шестернями. Меж самими роторами и корпусом поддерживается малеханькой зазор.Основное отличие этого метода нагнетания в том, что воздух сжимается не внутри, вроде бы снаружи компрессора, непосредственно в нагнетательном трубопроводе. Именно поэтому их временами называют компрессорами с внешним сжатием.Главным минусом такого способа нагнетания будет то, что, раз процесс сжатия воздуха осуществляется вовне компрессора, его эффективная работа возможна только до определенных значений наддува. Как бы точно ни были выполнены детали компрессора, с ростом давления в нагнетательном трубопроводе увеличивается просачивание воздуха назад, и его КПД ощутимо снижается. Увеличивая скорость вращения роторов, можно несколько снизить утечки воздуха, но это может быть только до определенных пределов. Далее мощность, затрачиваемая на вращение самого нагнетателя, может превысить дополнительную мощность мотора.Очередной весомый недостаток. В компрессорах подобного типа при выдавливании несжатого воздуха в сжатый в нагнетательном трубопроводе создается турбулентность, способствующая росту температуры воздушного заряда. Другими словами, совместно с обыденным ростом температуры от непосредственно роста давления, в рутс-компрессорах происходит дополнительный нагрев. В этой связи подобные нагнетатели в неотклонимом порядке оснащаются интеркулерами.Шум от работы огромных компрессоров не так сильный, как у центробежных, и имеет несколько иную тональность и при всем этом, в отличие от центробежных, механические нагнетатели типа ROOTS эффективны уже на малых и средних оборотах мотора. Эта особенность рутс-компрессоров сделала их более применимыми для дрегрейсинга, где ценится поначалу непосредственно динамика разгона. Другой плюс – относительная простота конструкции.Малюсенькое количество движущихся частей и малые скорости вращения делают эти механические нагнетатели одними из самых надежных и длительных. Но сложность в изготовлении и установке, а значит, и высокая цена несколько снизили их рыночную популярность. В Рф такие нагнетатели в силу накладности не так популярны.Плюсы и минусы использования механических нагнетателейМногие считают, что внедрение нагнетателей воздуха для автомобиля может плохо сказаться на ресурсе мотора. Это и так, и не так. Обычно, поломку мотора вызывают завышенные обороты. Стало быть, внедрение нагнетателя, повышающего крутящий момент на низких и средних оборотах, может, напротив, благоприятно сказаться на ресурсе мотора. С другой стороны, если добиваться взаправду большого роста мощности, многие штатные детали придется поменять на более прочные. Так, например, кованые поршни и шатуны будут совсем нелишними.При использовании нагнетателей температура оказывает на сто процентов базисное воздействие. Так выходит, что сжатие воздуха всегда связано с повышением его температуры. В некоторых компрессорах это повышение не так существенно, но в любом случае для роста воздушного заряда и снижения утраты мощности на привод нагнетателя воздух необходимо охлаждать.Еще более принципна другая неувязка, о которой не довольно кто задумывается, – детонация. Дело в том, что высокая температура и давление подаваемого в цилиндры воздуха может привести к тому, что в конце такта сжатия, когда поршень спрессует в цилиндре и так уже сжатую топливо-воздушную смесь, ее температура и давление могут оказаться так высокими, что это вызовет преждевременную ее детонацию, т. е. взрыв.Чтоб избежать похожих заморочек, можно перейти на более высокооктановые сорта горючего, но почти всегда этого оказывается не довольно. При достаточно больших значениях давления приходится создавать декомпрессию, т. е. снижать степень сжатия. При использовании нагнетателей рекомендуется поменять настройку по зажиганию. Верный подбор свеч зажигания также немаловажен. На самом деле при установке наддува вопросов возникает куда больше.Установка компрессора на серийный движок может привести к различным результатам. Даже готовые комплекты от известных компаний не могут предвидеть всех качеств вашего автомобиля. В любом случае установка механического наддува просит высокого профессионализма.
avto.umzo.ru
Механический нагнетатель: принцип работы, что дает.
Мы уже рассказывали, как с помощью интеркулера можно повысить мощность своего автомобиля, существуют еще конструкции используемые для повышения мощности – механические нагнетатели.
С помощью механического нагнетателя можно не только повысить мощность двигателя примерно на 50 процентов, но и повысить давление в системе впускного тракта, крутящийся момент увеличить на 30 процентов. Но, надо заметить, что механический нагнетатель расходует ресурсы двигателя.
Механический нагнетатель приводом присоединяется к коленвалу двигателя, за, что и получил свое название.
Механический нагнетатель служит для:
- втягивания воздуха;
- сжимание воздуха;
- нагнетение воздушного потока в систему впуска.
Для создания воздушного давления, механический нагнетатель крутится значительно быстрее двигателя, воздух нагревается при сжатии, соответственно давление и плотность становятся меньше, а охлаждает поток интеркулер (подробно об интеркулерах описано в предыдущей статье).
Для работы механические нагнетатели оснащены различными типами и видами приводов, самым востребованным считается прямой привод, для прикрепления механизма на фланец коленвала. Также используются разные виды ременных приводов, цепной вариант и зубчатая передача.
На сегоднящий день на автомобили ставятся три вида механических нагнетателей: центробежные, винтовые, кулачковые.
Механические нагнетатели – кулачковые.
Кулачковые нагнетатели (чаще называемые воздуходувками) появились раньше других типов нагнетателей. В основе их работы два вращающихся ротора , по длине, которых располагаются кулачки. Этот механизм улавливает воздушный поток кулачками, воздух двигается между стенками корпуса устройства и нагнетается в трубопровод.
Кулачковые нагнетатели очень эффективно создают нужный уровень давления воздуха, при увеличении скорости вращения коленвала давление растет. Но есть и минус из-за избыточного давления могут образоваться воздушные пробки в канале, снижая мощность двигателя.
Конечно регулировать давление наддува можно, нужно выключить нагнетатель или сделать перепуск воздуха. Современные нагнетатели имеют датчики давления и датчики температуры воздуха и блок автоуправления, соответственно работа устройства регулируется автоматически.
Механические нагнетатели – центробежные.
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 небольшого размера, веса, их возможно закрепить на двигателе различными способами, соответственно они нравятся автолюбителям и пользуются спросом.
Винтовые нагнетатели.
Винтовые нагнетатели состоят из: двух роторов-шнеков, в одном из них спецвыемки,а в другом выступы. Роторы-шнеки хватают воздушный поток, вращаются сжимая воздух, нагнетают его в впусковой патрубок. Все это образует внутреннее нагнетение воздушного потока.
Винтовые нагнетатели дороги, ставятся как правило на спортивные дорогие автомобили.
Кто использует нагнетатели?
Спортивным автомобилям нагнетатели нужны больше чем обычныи автомобилям. Но поставить их может любой желающий, часто нагнетатели встречаются на тюнингованных авто. Сейчас производители производят и предлагают различные комплекты для нагнетателей, с возможность подобрать и установить на любые автомобили, а ставить или нет решать вам.
Мнения ставить или нет механический нагнетатель между автолюбителями расходятся, бытует мнение, что установив нагнетатель мы уменьшаем ресурс двигателя, это не верно. Нагнетатель нужно правильно эксплуатировать, используя его на низких и средних оборотах , тогда вреда двигателю не будет. Если хочется значительно увеличить мощность, необходимо заменить производственные детали двигателя, поставив кованные шатуны и поршни вместо штатных.
Использовать механический нагнетатель необходимо вместе с интеркулером, который охлаждает воздух, в связки интеркулер и механический нагнетатель помогут максимально форсировать двигатель.
Также если вы будете использовать нагнетатель в связке с интеркулером необходимо пользоваться высокооктановым топливом и изменить настройки зажигания. Все это необходимо, чтобы уберечь двигатель автомобиля от преждевременного износа, так как высокое давление и высокая температура поступающего в цилиндры воздуха, может вызвать раннюю детонацию топливно – воздушной смеси, поступающей в цилиндры, что может привести к преждевременной детонации топливно-воздушной смеси, это очень вредно для двигателя.
carsaround.ru
