Механический нагнетатель

Механический нагнетатель - основной конструктивный элемент системы механического наддува. С помощью нагнетателя в впускном тракте создается давление выше атмосферного, а механический он потому, что привод рабочего органа осуществляется непосредственного от коленчатого вала двигателя. За рубежом механический нагнетатель называют одним словом – supercharger.

Применение механического нагнетателя обеспечивает повышение мощности (до 50%) и крутящего момента (до 30%) двигателя. Вместе с тем, механический нагнетатель отличают значительные затраты мощности двигателя на привод, которые могут достигать 30%.

Механический нагнетатель выполняет следующие взаимосвязанные функции: втягивание воздуха, сжатие воздуха и нагнетание воздуха во впускную систему. Втягивание воздуха происходит посредством созданного разряжения. Для того чтобы создать давление, нагнетатель должен вращаться быстрее чем двигатель. Нагнетание воздуха в впускной тракт осуществляется за счет разницы давлений в системе.

Воздух имеет свойство нагреваться при сжатии, при этом снижается его плотность и соответственно давление. Поэтому в системах наддува сжатый воздух охлаждается с помощью специального воздушного или жидкостного охладителя – интеркулера.

Механический нагнетатель конструктивно может иметь один из следующих приводов:

• прямой привод (непосредственное крепление нагнетателя на фланец коленчатого вала);
• ременной привод (различный виды ремней – клиновой, зубчатый, плоский);
• цепной привод;
• зубчатая передача (цилиндрический редуктор);
• электрический привод (отдельный электродвигатель).

На современных автомобилях применяются три основных типа механических нагнетателей: кулачковый (нагнетатель Roots), винтовой (нагнетатель Lysholm) и центробежный.

Кулачковый нагнетатель

Кулачковый нагнетатель является самым старым типом механического нагнетателя, т.к. используется на автомобилях с 1900 года. Имеет другое название по имени изобретателей – нагнетатель Roots, обиходное название воздуходувка.

Современный кулачковый нагнетатель имеет два трех- или четырехкулачковых ротора, которые вращаются навстречу друг другу. Кулачки расположены по спирали на всей длине ротора. Угол закрутки кулачков обеспечивает максимальную эффективность в плане нагнетания и потерь.

По конструкции и принципу действия кулачковый нагнетатель очень похож на шестеренный масляный насос. Воздух в нагнетателе захватывается кулачками, перемещается в пространстве между кулачками и стенками корпуса, нагнетается в впускной трубопровод. Имеет место т.н. внешнее нагнетание.

Нагнетатель Roots характеризует быстрое создание необходимого давления наддува, а также рост этого давления с увеличением частоты вращения коленчатого вала. Вместе с тем в определенный момент может образоваться избыток давления, и как следствие – заторы в нагнетательном канале, снижение мощности двигателя. Поэтому при использовании механических нагнетателей всех типов осуществляется регулирование давления наддува.

Регулирование давления наддува производится двумя способами:

1. отключением нагнетателя (например, с помощью электромагнитной муфты);
2. перепусканием воздуха при непрерывной работе нагнетателя (с помощью перепускного клапана).

Современные системы механического наддува имеют электронное регулирование наддува, включающее входные датчики (датчик давления наддува, датчик температуры во впускном коллекторе и др.), электронный блок управления, исполнительные механизмы (электромеханический модуль привода перепускного клапана, электромагнит муфты и др.).

Нагнетатели Roots имеют достаточно высокую стоимость, обусловленную малыми допусками в изготовлении. Они предъявляют повышенные требования к чистоте подаваемого воздуха, т.к. инородный предмет в впускной системе может привести к выходу из строя нагнетателя. Необходимо отметить большой вес нагнетателя и высокий уровень шума при его работе. Производители достаточно эффективно борются с шумом. В их арсенале специальная конструкция корпуса, демпфирующие пластины и маты, резонатор, демпферы и др.

Ведущим производителем нагнетателей Roots является фирма Eaton, которая в настоящее время предлагает высокоэффективные четырехкулачковые нагнетатели TVS, Twin Vortices Series (дословно - спаренная серия вихрей). Данные нагнетатели устанавливаются на серийные двигатели автомобилей Cadillac, Toyota, Audi. На некоторых двигателях кулачковые нагнетатели используются совместно с турбонагнетателями, например двойной наддув двигателя TSI.

Винтовой нагнетатель

Винтовой нагнетатель (другое наименование по имени изобретателя – нагнетатель Lysholm) по конструкции похож на нагнетатель Roots. Нагнетатель включает два ротора-шнека специальной формы (один ротор c выступами, другой – с выемками). Роторы имеют коническую форму, при которой воздушные камеры между роторами уменьшаются в размере по длине.

Порция воздуха захватывается шнеками, перемещается и сжимается при вращении шнеков и нагнетается в впускной патрубок. В отличие от кулачковых нагнетателей винтовой нагнетатель обеспечивает внутреннее (т.е. между шнеков) нагнетание воздуха, которое более эффективно. Но цена винтовых нагнетателей значительно больше, поэтому и применяются они реже, в основном на дорогих спортивных автомобилях.

Центробежный нагнетатель

Центробежный нагнетатель в части нагнетания воздуха аналогичен турбокомпрессору. Основу нагнетателя составляет рабочее колесо (крыльчатка), которое вращается с высокой скоростью (порядка 50000-60000 об/мин).

Воздух засасывается в центральную часть колеса. Центробежная сила направляет воздух по лопастям специальной формы наружу. Из рабочего колеса он выходит на большой скорости и с низким давлением. При выходе воздух сталкивается с диффузором, имеющим множество стационарных лопаток вокруг рабочего колеса. Высокоскоростной поток воздуха низкого давления преобразуется в поток воздуха низкой скорости и высокого давления.

Центробежные нагнетатели наиболее распространены из всех механических нагнетателей. Они компактные, легкие, эффективные, имеют возможность разнообразного крепления на двигателе. В пассив центробежных нагнетателей следуют отнести зависимость производительности от скорости вращения коленчатого вала. Это качество центробежных нагнетателей предполагает использование привода с переменным передаточным отношением. Максимальное передаточное отношение привода требуется при низких оборотах двигателя, минимальное - при высоких оборотах.

Область применения механических нагнетателей достаточно широка: спортивные и серийные автомобили, а также тюнинг автомобилей. Практически все спортивные автомобили используют механические нагнетатели – это их основное применение. Установка механических нагнетателей является одним из направлений тюнинга автомобилей. Производители предлагают комплекты, включающие необходимые конструктивные элементы для установки на двигатель. На серийных автомобилях механические нагнетатели встречаются достаточно редко.

В силу своей конструкции нагнетатели Roots и Lysholm применяются для обеспечения высокой разгонной динамики, центробежные нагнетатели эффективны в поддержании высоких скоростей.

Материалы: http://systemsauto.ru/vpusk/supercharger.html

В наше время двигатели внутреннего сгорания, имеющие механический нагнетатель воздуха, серийно почти не производятся. Они уступили место компактным турбокомпрессорам и стали уделом заядлых тюнеров и фирм, которые чтят традиции высокопроизводительного моторостроения. Но действительно ли системы механического наддува достойны забвения?

Для начала необходимо отметить, что турбокомпрессоры и суперчарджеры (supercharger – так на западе называют механический нагнетатель) – это одного поля ягоды. Оба узла выполняют одну и ту же функцию – подача воздуха под давлением во впускной коллектор мотора, что увеличивает объём топливно-воздушной смеси в цилиндрах и, как результат, повышает мощность силового агрегата. Причём повышается она прилично.

В чём же различия? Принципиальные различия кроются в типе привода механизмов. В случае с турбинами – это энергия выхлопных газов, а вот суперчарджеры приводятся в движение при помощи механического соединения с коленвалом двигателя.

Кстати, именно механический нагнетатель стоял у истоков наддувных моторов. Ещё в далёком 1885 году немецкий инженер по имени Готтлиб Даймлер получил патент на эти устройства, а на серийные авто они начали устанавливаться с 1900 года.

Несмотря на это, в отечественном автопроме они практически не прижились. На гражданских машинах их вовсе не было, увидеть, например, механический нагнетатель на ваз в штатной комплектации невозможно. Встретить суперчарджеры у нас можно, разве что, на некоторых моделях грузовой и специальной техники с двигателями Д100, ЯАЗ-204 и аналогичных.

Пришло время разобраться с разновидностями суперчарджеров, и причинами их невысокой популярности у автопроизводителей. Для этого мы попытаемся вспомнить все плюсы и минусы механического нагнетателя воздуха для автомобиля.

Под капотами автомобилей можно встретить такие виды нагнетателей:

• кулачковый (больше известен в мире как Roots);
• винтовой (также именуемый Lysholm);
• центробежный.

История механического нагнетания воздуха в двигатели началась именно с кулачковых устройств. Представляет собой этот агрегат два ротора с кулачками, вращающимися навстречу друг другу. Кулачки имеют специальную форму, благодаря которой наиболее эффективно происходит процесс нагнетания давления.

Кстати, по аналогичному принципу устроены шестерённые масляные насосы. Считается, что нагнетатели Roots отлично работают даже на малых оборотах мотора – давление воздуха повышается очень быстро. Но у этого достоинства есть и обратная сторона.

Дело в том, что на высоких оборотах воздуха может оказаться слишком много, поэтому они оборудуются регуляторами давления, которые при необходимости стравливают излишки.

Схожую конструкцию имеют нагнетатели Lysholm. Их основа – два ротора-шнека конической формы, причём выемки одного совпадают с выступами другого. Воздух, захватывается этими элементами и сжимается при их вращении. Такие варианты встречаются реже кулачковых, так как их цена выше из-за сложности изготовления.

Центробежные нагнетатели по своему конструктиву очень напоминают турбокомпрессоры. Их ключевым элементом выступает крыльчатка, которая, вращаясь на высоких оборотах, разгоняет воздух.

Кстати, появились они примерно в одно и то же время, что и кулачковые. Неоспоримым преимуществом центробежных суперчарджеров является их компактность и дешевизна. Благодаря этим факторам, среди любителей тюнинга и тех, кто устанавливает механические нагнетатели своими руками, они пользуются очень широким спросом.

Из недостатков – сильная зависимость эффективности от частоты вращения коленвала двигателя.

Итак, чем же глобально уступает механический нагнетатель турбокомпрессору? Проблема лежит в самой сути суперчарджеров, в их приводе. Как мы уже говорили выше, они имеют непосредственную связь с коленчатым валом мотора, а это значит, что нагнетатели потребляют часть его мощности.

Так, к примеру, такие затраты могут достигать до 30% полезной работы двигателя, хотя и прирост от наддува тоже немаленький – до 50%. Помимо этого, данные механизмы громоздкие и достаточно шумные, из-за чего не все автопроизводители хотят возиться с установкой дополнительных демпферов и звукоизоляции.

Среди однозначных преимуществ нагнетателей можно выделить их работу уже при минимальных оборотах мотора, а присущая турбокомпрессорам турбояма (запаздывание роста мощности) у наших сегодняшних героев статьи отсутствует напрочь.

В дополнение к этому, суперчарджеры легки в установке, что открывает интересные возможности для людей, которые хотят повысить прыть своих автомобилей.

Следите за публикациями, подписывайтесь на блог и изучайте, изучайте, изучайте!

Масло для двигателя: что залить чтобы стартануть?

Самая популярная система впрыска топлива Common Rail

Турбокомпрессор: будущее за форсированными моторами

Сухой картер двигателя: кому может пригодиться?

Следите за новыми статьями

Рубрики блога

• Автомобиль (27)
• Двигатель (75)
• Новости (21)
• ПДД (1)
• Подвеска (16)
• Ремонт своими руками (4)
• Рулевое управление (8)
• Системы безопасности автомобиля (7)
• Толковые советы (34)
• Тормозная система (9)
• Трансмиссия (32)
• Устройство автомобиля (6)
• Электрооборудование (21)
• Юридические вопросы (7)

Атмосферный двигатель или турбированный, вот в чем вопрос

Для чего нужен лямбда зонд?

Какая коробка передач лучше: автомат, робот или вариатор?

Двухмассовый маховик — принцип работы, ремонт и замена на одномассовый

Жидкая резина: это что, новое слово в тюнинге?

Самые надежные двигатели концерна Volkswagen

Когда автомобиль будет иметь паровой двигатель?

Cамые надежные коробки автомат. ТОП-5

Vvti Toyota — что это за зверь?

Система впрыска насос-форсунка

Для меня, в этом смысле, Чероки - самый крутой джип: http://.

позвонить 8-800-100-58-57 и вызвать специалиста.

очинь сложна. можна проще.

Здравствуйте. Очень полезная и интересная статья! Спасибо Ва.

Материалы: http://auto-ru.ru/mehanicheskij-nagnetatel.html

Механический наддув – это процесс увеличения давление некой смеси на впуске двигателя для повышения массы горючей смеси в цилиндре для увеличения мощности относительно единицы объема двигателя.

Supercharger (cуперчарджер) также известный как компрессор Рутса — это механический нагнетатель использующий для собственного привода энергию коленчатого вала. Он является основным элементом механического наддува.

Главным функциональным плюсом cуперчарджера является то что он может закачивать воздух на минимальных оборотах, абсолютно без задержки, при этом рост силы наддува строго пропорционален оборотам двигателя.

Главным же минусом cуперчарджера является то что он обирает часть мощности двигателя на собственный привод.

На данный момент механические нагнетатели практически не используются. Их место заменили турбонагнетатели (турбокомпрессоры). За редким исключением их продалжают устанавливают на легковые автомобили, если необходимо сделать разбег по мощности, дабы не изменять конструкции двигателя.

В среднем применение механического нагнетателя обеспечивает увеличение мощности двигателя до 50%, а крутящего момента на 30%. При этом механический нагнетатель отличают существенные потери мощности двигателя из-за затрат энергии на его привод. В разных механических нагнетателях они могут составлять до 30%.

Экстримальный Rocket 2 - трицикл с механическим нагнетателем

Виды конструкций механического нагнетателя делятся в зависимости от типа привода.

1. Прямое крепление нагнетателя к фланцу коленчатого вала называют прямым приводом;

2. Ременной привод – характеризуется различными вида привода при помощи ремней. Делится на:

3. Зубчатая передача через цилиндрический редуктор

4. Цепной привод;

5. Электрический привод подразумевает под собой использования для привода электродвигателя. Данный вид привода естественно является наиболее энерго-затратным и требует большей мощности для аккумуляторов, но при этом он не снижает мощности двигателя.

Механический нагнетатель можно условно поделить на такие виды как:

· Кулачковый – Roots, Eaton (Рутс, Итон)

Объемные нагнетатели

Объемные нагнетатели получили свое название из-за того что принцип их работы заключается в простой перекачке определенного объема воздуха без сжатия.

Кулачковый нагнетатель

Кулачковый нагнетатель является самым первым и от того самым старым и проверенным типом наддува. Его история развития стартовала 1859 году с работы двух талантливых братьев под фамилией Рутс (Roots). Изначально его использовали как промышленный вентилятор для продувки помещений. Чуть позже он получил широкое применение из-за своей простоты. Две помещенные в общий кожух прямозубые шестерни вращаются в разных направлениях, при этом перекачивая определенный объем воздуха от впускного до выпускного коллектора.

Спустя 90 лет другому американскому ученому Итону пришло в голову, как можно усовершенствовать конструкцию. Прямозубые шестерни заменили на косозубые роторы, и воздух стал перемещаться вдоль, а не поперек как это было раньше. С того времени усовершенствование нагнетателей этого типа идет по пути увеличения количества зубчатых лопаток (косозубых роторов). В первоначальной модели Итона «Eaton» их было две, а теперь сложно встретить меньше четырех. Основными функциональными недостатками нагнетателей типа Рутс является:

1. Неравномерная пульсационная подача воздуха создающие периодический недостаток давления. Увеличение количества зубчатых-лопастей и изменение формы впускного и выпускного окна компрессора на треугольное, позволяет свести этот недостаток к минимуму. К тому же эти конструктивные решения помогают сделать работу компрессоров Рутса намного тише и равномернее.

2. Во время выдавливания несжатого воздуха в трубопровод где находиться сжатый воздух, создается турбулентность, которая способствует росту температуры заряда воздуха. Это отрицательно сказывается на производительности ухудшая показатели калорийности топливной смеси из-за менее полного сгорания. Данная проблема коленчатых компрессоров решается установкой инкулера.

Развитие машиностроение позволило полностью оценить плюсы и минусы нагнетателей Рутса и получить из них максимум производительности.

Плюсы компрессоров Рутс:

2. Простота конструкции

4. Эффективность на малых оборотах

5. Низкий уровень шума

Винтовой нагнетатель

Винтовой нагнетатель (Lysholm) также как и компрессор «Рутса» относится к объемно-роторным нагнетателям и в своей работе использует те же принципы, но в отличии от своего более раннего коллеги рабочую нагрузку в нем исполняют пара роторов с взаимодополняющими профилями. На английском винтовой нагнетатель называют Lysholm в честь его изобретателя Альфреда Лисхольма, который в 1936 году изготовил и запатентовал на него права.

Принцип работы компрессора Lysholm

· Начиная встречное взаимное движение, пара роторов захватывает воздух.

· Вдоль роторов воздух порциями проталкивается вперед попутно сжимаясь.

Следовательно, на выпуске окна компрессора не возникает турбулентности, как у компрессоров «Рутса». Это является главным отличием от роторно-шестеренчатых нагнетателей. Подобная схема работы обеспечивает стабильно высокую эффективность на всех уровнях нагрузки.

Плюсы компрессоров «Лисхольм»:

1. Высокий КПД (70%)

3. Компактная конструкция

4. Низкий уровень шума.

Главным и единственным минусом компрессоров «Лисхольм» является очень слона форма роторов, из-за чего их производство является очень затратным и как следствие сам компрессор очень дорогой. Поэтому он не встречается в серийных авто и его производят очень мало компаний.

Центробежный нагнетатель

Центробежный нагнетатель получил на данный момент наиболее широкое применение среди всех механических нагнетателей. Главным образом его, используют в компоновке турбонаддува и реже как самостоятельное устройство наддува. Центробежный нагнетатель аналогичен турбонаддуву в плане нагнетания воздуха. Его основной деталью, как и у турбокомпрессора является крыльчатка. У этой детали весьма сложная в исполнении конусообразная форма и от того насколько правильно она спроектирована и сделана зависит КПД всего нагнетателя.

Принцип действия центробежного нагнетателя:

1. Воздух проходит по воздушному сужающемуся каналу и раскручивает лопасти крыльчатки.

2. Раскрученные лопасти, ведомые центробежной силой, отбрасывают воздух на периферию кожуха.

3. Там установлен диффузор, снижающий потери давления. Порой он имеет лопатки с регулируемым углом атаки.

4. Через диффузор воздух выталкивается в воздушный окружающий туннель (иначе воздухосборник) в форме улитки. Данная форма не случайна. Поток воздуха движется по каналу, который изначально был узким, а под конец стал широким, тем самым меняется скорость и давление воздушной массы на необходимые.

Главный недостаток центробежного компрессора связан с базовым принципом, который приводит его в действие. Для работы ему необходимо огромная скорость вращения крыльчатки. Давление производимое компрессором равно квадрату скорости крыльчатки. Поэтому базовая скорость компрессора начинается от 40 тысяч оборотов за минуту и может достигать 200 тысяч. Понятно что для разгона на такую скорость ремень привода должен работать крайне быстро. Из-за чего от работы этого наддува появляется очень сильный шум и детали подвергаются быстрому износу. Частично проблема шума решается установкой дополнительного мультипликатора, при этом теряя часть КПД механического нагнетателя.

Огромная нагрузка накладывает высокие требования на качество материалов и точность обработки деталей нагнетателя.

К еще одному минусу данного механического нагнетателя можно отнести его инерционное действие, проявляющий себя в отставании срабатывании. На малых оборотах его эффективность ничтожна, но при увеличении оборотов происходит быстрый скачек в мощности. Из-за данной особенности центробежный нагнетатель устанавливают на машины, где требуется высокая мощность и скорость, взамен интенсивности разгона.

Плюсы центробежного нагнетателя:

Низкая цена и простота установки центробежного нагнетателя сделали его очень популярным среди автолюбителей.

Минусы центробежного нагнетателя:

Повышенный износ, шум и эффективность прибавки мощности исключительно на высоких оборотах.

Леон Креукс в 1905 году подал заявку на патент для создания паровой машины, которая в процессе 10 лет доработки превратилась в компрессор с двумя спиральными витками, восьмью струями вместо четырех, внешней и внутренней камерой расположенными по бокам с разворотом в 180 градусов. Но на тот момент думать о массовом производстве компрессоров было очень рано. Не было материалов способных выдержать рабочую температуру и оборудования для точной обработки деталей. Последнее является решающим фактором, поскольку любая погрешность в изготовлении деталей, качестве или структуре поверхности могла привести к значительной потери КПД, быстрой поломке всего двигателя и нагнетателя в частности. Из-за этого его применение в машиностроении началось гораздо позднее.

Компания «Volkswagen» в середине 80-х годов начала активно экспериментировать с необычными спиральными компрессорами наиболее известными как G-lader устанавливая их на модели «Golf», «Passat», «Polo», «Carrado». Хотя сейчас это направление ею уже свёрнуто, работа инженеров VW в нем никогда не будет забыта. Их наработки продолжает использовать ряд (преимущественно немецких) производителей устанавливая спиральные компрессоры в свои авто.

Преимущества спирального компрессора:

1. Высокий КПД -76%

2. Хорошие уплотнения и как следствие хорошая отдача на малых оборотах.

3. Низки уровень шума

Одна из самых распространённых схем среди обычных воздушных компрессоров является поршневые компрессоры (нагнетатели). На данный момент они совершенно не используются в автомобиле строении, в отличие от судоходства, где устанавливаются почти на все крупные судна. Основным действующим элементом поршневого компрессора как это ни странно звучит, является поршень. При движении в нижнюю мертвую точку (НМТ) он выталкивает весь находящейся под ним сжатый воздух.

Говоря о незаслуженно забытых видах компрессорах, стоит обязательно упомянуть шиберные (лопастные) компрессоры – прекрасные в своей простоте конструкции и принципе действия апараты.

Устройство лопастного компрессора

В корпусе компрессора находится ротор чей размер составляет ¾ от внутреннего размера корпуса. Он смещен в одну из сторон относительно середины пары отверстий растянутых по всей длине цилиндра. На роторе нанесены несколько продольных канавок, в которые помещены лопатки. При вращении ротора воздух сначала засасывается в одну из долей (промежуток между лопатками), в момент когда лопасти выдвигаются повинуясь центробежной силе, а затем сжимаются по пути подхода к выпускному отвествию.

Плюсы лопастного компрессора (нагнетателя)

Качественно изготовленные лопастные компрессоры могут создавать весьма и весьма большое давление. Если сравнивать их с теме же компрессорами Рутс у них на 50% больше мощности, меньше шумность, выше КПД, меньше потери воздуха и его температура. К тому же они меньше отбирают мощности двигателя.

Минусы лопастного компрессора

Из-за свой конструкции лопастной компрессор имеет огромную фрикционную нагрузку между корпусом и шиберами (лопастями). Со временем эксплуатации нагнетателя, увеличивался износ и потери воздуха, КПД существенно уменьшалось. Из-за этого лопастные компрессоры приходилось делали габаритными и низкооборотными. Что являлось недопустимо для развития машиностроения. О них стали отказывается и по не многу забывать. По пришествию долгих лет металлообрабатывающая отрасль шагнула далеко вперед. Появились новые материалы и технологии высоко-точной обработки, конструкторы стали задумывается о применении старых технических решений, которые ранее не нашли применения в жизни. Возможно, в скором будущем лопастные компрессоры вернутся в массовое производство.

Материалы: http://turbokom.ru/teh-centr/142-supercharger---mehanicheskij-nagnetatel