Механический наддув является одним из способов повысить мощность двигателя. Главным элементом такой системы является механический нагнетатель (Supercharger или compressor). Он представляет собой компрессор, приводимый в действие за счет вращения коленчатого вала. Установка механического нагнетателя обеспечивает увеличение мощности двигателя до 50%. Supercharger осуществляет забор воздуха через воздушный фильтр, сжимает и далее отправляет его во впускной коллектор ДВС, что и способствует повышению мощности последнего.
Конструкция и принцип работы механического наддува
В современном автомобилестроении применяется несколько видов систем механического наддува, каждая из которых имеет свои конструктивные особенности и принцип нагнетания воздуха.
Устройство механического наддува
Система механического наддува состоит из следующих элементов:
- механический нагнетатель (компрессор);
- интеркулер;
- дроссельная заслонка;
- заслонка перепускного трубопровода;
- воздушный фильтр;
- датчики давления наддува;
- датчики температуры воздуха во впускном коллекторе.
Управление механическим нагнетателем осуществляется при помощи дроссельной заслонки, которая при высоких оборотах открыта. При этом заслонка трубопровода закрыта, и весь воздух поступает во впускной коллектор двигателя. Когда двигатель работает на низких оборотах, дроссельная заслонка открыта под небольшим углом, а заслонка трубопровода открыта полностью, что обеспечивает возврат части воздуха на вход компрессора.
Поступающий из нагнетателя воздух проходит через интеркулер, что снижает температуру нагнетаемого воздуха примерно на 10°C, способствуя более высокой степени его сжатия.
Типы привода механического наддува
Ременной привод кулачкового компрессора Передача крутящего момента от коленчатого вала к механическому компрессору может осуществляться различными способами:
- Система прямого привода — предполагает монтаж компрессора непосредственно на фланец коленчатого вала двигателя.
- Ременный привод. Передача усилий реализуется при помощи ремня. Различные производители используют свои виды ремней (плоские, клиновидные или зубчатые). Системы с использованием ремня характеризуются коротким сроком службы и вероятностью возникновения проскальзывания.
- Цепной привод. Имеет аналогичный ременному приводу принцип.
- Шестеренчатый привод. Недостатком такой системы является повышенный шум и большие габариты.
Виды механических компрессоров
Центробежный компрессор Каждый тип привода наддува имеет свои эксплуатационные особенности. Всего различают три вида механических нагнетателей:
- Центробежный нагнетатель. Самый распространенный вид механических нагнетателей. Основной рабочий элемент системы — колесо (крыльчатка), которое имеет сходную конструкцию с компрессорным колесом турбины. Оно вращается со скоростью порядка 60 000 оборотов в минуту. При этом воздух всасывается в центральную часть компрессорного колеса в режиме высокой скорости и малого давления. Пройдя через лопасти нагнетателя, воздух подается во впускной коллектор, но уже в режиме низкой скорости и высокого давления. Этот вид нагнетателя используется в комплексе с турбокомпрессорами для устранения турбоямы.
- Винтовой нагнетатель. Представляет собой систему из двух вращающихся шнеков (винтов) конической формы. Воздух, попадая в более широкую часть, проходит по камерам компрессора и, благодаря вращению, сжимается и нагнетается в патрубок впускного коллектора. Такие системы применяются в основном на спортивных и дорогостоящих автомобилях, поскольку достаточно сложны в изготовлении. Их преимущество — высокая эффективность работы.
- Кулачковый нагнетатель (roots). Один из первых видов механических нагнетателей. Конструктивно он представляет собой два ротора со сложным профилем сечения. Оси вращения роторов соединяются двумя одинаковыми шестернями. При вращении системы воздух перемещается между стенками корпуса и кулачками, в результате чего происходит его нагнетание во впускной трубопровод. Недостатком этой системы является образование избыточного давления, что провоцирует сбои в работе наддува. Для устранения этого явления в конструкции кулачкового нагнетателя предусматриваются либо муфта с электрическим приводом (управление с отключением нагнетателя), либо перепускной клапан (без отключения нагнетателя).
Винтовой нагнетатель Механические нагнетатели довольно часто применяются на автомобилях марок Cadillac, Audi, Mercedes-Benz а также Toyota. При этом кулачковые и винтовые компрессоры устанавливаются преимущественно на мощных спортивных автомобилях с бензиновыми двигателями, а центробежные входят в систему двойного турбонаддува для дизельных моторов.
Преимущества и недостатки схемы с механическим нагнетателем
В сравнении с турбонагнетателем механическая система наддува приводится в движение не отработавшими газами двигателя, а за счет вращения коленчатого вала. Это означает, что, с одной стороны, мощность мотора увеличивается, а с другой — возникает дополнительная нагрузка, отбирающая, в зависимости от вида компрессора, до 30% производительности двигателя. Также минусом системы является высокий уровень шума, который создает привод системы.
Использование механического наддува на повышенных оборотах провоцирует более быстрый износ деталей двигателя, а потому они должны быть изготовлены из материалов повышенной прочности.
Основным достоинством механического привода является низкая стоимость изготовления (в сравнении с турбонаддувом), простота монтажа, а также мгновенный отклик системы на повышение оборотов двигателя. Так системы с винтовыми и кулачковыми компрессорами обеспечивают высокую динамику разгона, а центробежные нагнетатели стабильную работу двигателя на высоких скоростях.
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 турбонаддуву , 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. Но 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 драг рейсинга , 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. Но сложность и высокая цена снизили их популярность.
Плюсы и минусы
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, кованые поршни 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 – 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. снижать степень сжатия. Правильный подбор свечей зажигания также немаловажен.
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 , 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.
Виды нагнетателей: кто есть кто
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 .
Не всякий наддув одинаково полезен: плюсы и минусы
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!
Одной из основных задач, стоявших перед разработчиками с момента рождения ДВС, являлось повышение его мощности. Решение проблемы в лоб – увеличение количества цилиндров – приводит к росту массы и габаритов двигателя, а также вызывает другие сложности. Тем не менее, ещё на самых первых моторах был определен достаточно простой вариант увеличения мощности до пятидесяти процентов, при сохранении всех прочих характеристик силового агрегата. Добиться этого позволяет нагнетатель, обеспечивающий подачу дополнительного количества воздуха в двигатель авто.
Вот здесь и скрыта тонкость, позволяющая повысить мощность двигателя. Если в него подавать ТВС под давлением, то в тот же самый объем ее поместится гораздо больше, и значит, в процессе сгорания смеси выделится больше энергии и увеличится мощность, которую способен развивать силовой агрегат. Для увеличения объема воздуха, идущего в цилиндры двигателя авто, используется нагнетатель (компрессор). Так называется механизм для сжатия и подачи газа под давлением. Дополнительным преимуществом может стать экономия топлива, т. к. необходимой мощности можно добиться от мотора меньшего объема.
НАГНЕТАТЕЛЬ ВОЗДУХА НА АВТО – НЕ ВСЕ ТАК ПРОСТО
Однако использовать нагнетатель воздуха прямо в лоб оказалось достаточно затруднительно. Дело в том, что хотя мощность двигателя при этом увеличилась, но это создало ряд новых проблем, которые требовали своего решения для успешного внедрения наддува на авто. Одной из них явилось выделение значительно большего количества тепла при сгорании ТВС, из-за чего прогорали клапана, поршни, выходила из строя система охлаждения.
Другой особенностью стала повышенная вероятность возникновения детонации бензинового двигателя. Когда нагнетатель осуществляет дополнительную подачу воздуха в мотор, то возникающие в них при сжатии повышенные температура и давление могут вызвать детонацию, вследствие чего возможно разрушение двигателя, или как минимум, его преждевременный значительный износ. Избежать этого поможет использование высокооктановых видов топлива или декомпрессия, так по-другому называется уменьшение степени сжатия. Новые виды горючего дороги, что увеличивает стоимость эксплуатации авто, а декомпрессия приводит к снижению выдаваемой мощности, т.е. теряется эффект от использования наддува воздуха.
НАГНЕТАТЕЛЬ НА АВТО – КАКИМ ОН БЫВАЕТ
Подачу воздуха в мотор можно осуществить разными вариантами, при которых используется внешний нагнетатель или складывающиеся условия в процессе движения. Исходя из этого, можно определить такие способы наддува: ➤ механический, когда на авто устанавливается механический нагнетатель, приводимый в действие от коленвала мотора; ➤ турбонаддув, когда предусмотрено использование турбо нагнетателя, приводимого в действие выхлопными газами; ➤ электрический, в этом случае в авто применяется электрический нагнетатель воздуха; ➤ «Comprex», при этом способе отсутствует приводной нагнетатель, а в цилиндры подача воздуха осуществляется с помощью выхлопных газов; ➤ комбинированный, при котором используются несколько различных схем, как правило, совмещают механический нагнетатель и турбонаддув.
Существуют и другие способы, обеспечивающие подачу воздуха в двигатель авто, но выше отмечены наиболее часто применяемые на машинах. На отечественных, кстати, в том числе семейства ВАЗ, подобные устройства серийно не устанавливались.
МЕХАНИЧЕСКИЙ НАГНЕТАТЕЛЬ НА КАРБЮРАТОРНЫЙ АВТО – ВАРИАНТЫ ПОСТРОЕНИЯ
Механический нагнетатель был создан одним из первых, почти после появления ДВС. Он связан непосредственно с коленвалом двигателя авто и начинает работать сразу же после его запуска, обеспечивая подачу воздуха пропорционально оборотам мотора. Это является несомненным достоинством, но такой нагнетатель для своей работы отбирает часть мощности двигателя.
Существует несколько самых распространенных вариантов построения подобных устройств, наиболее известные из них показаны на фото. Их конструктивные особенности рассмотрены ниже: ➤ . Первоначально это были две обычные шестеренки, вращающиеся в разные стороны, помещенные в замкнутый корпус. С течением времени они видоизменились до того, что представлено на фото. Работает такой нагнетатель достаточно просто – вращающиеся лопатки ротора создают воздушный поток от входа к выходу. Основной недостаток подобных устройств – подача воздуха осуществляется неравномерно, что приводит к пульсации давления. Кроме того, после прохождения устройства возникающая турбулентность воздуха вызывает его нагрев. К достоинствам надо отнести простоту, компактность, и надежность, низкий уровень шума. ➤ . Относится к аппаратам винтового типа. Работает подобное устройство аналогичным образом – воздушный поток создается вращающимися роторами. Благодаря малому зазору между ними, обеспечивается требуемое качество наддува. Главным отличием подобного устройства будет сжатие воздуха внутри корпуса. Однако сложности проектирования и изготовления таких изделий вызывают их высокую стоимость, что ограничивает их применение в массовом производстве авто. ➤ Центробежный нагнетатель . Является наиболее распространенным типом и применяется как самостоятельно, в виде компрессора, так и в составе турбо устройств. Вращающиеся лопатки захватывают воздух и отбрасывают его на периферию корпуса. Двигаясь вдоль корпуса, имеющего улиткообразную форму, воздушный поток на выходе приобретает необходимое давление.
Для того чтобы центробежный нагнетатель работал эффективно, его крыльчатка должна вращаться с высокой скоростью. Обеспечение такого режима работы связано с трудностями смазки подшипников и создания подобных условий. Однако простота и относительно низкая стоимость самих устройств, сделала их наиболее популярными среди других типов нагнетателей. Особенно часто они используются для тюнинга авто, в том числе и семейства ВАЗ.
ТУРБОКОМПРЕССОР ВОЗДУХА
Такой подход к обеспечению мотора дополнительным количеством воздуха является наиболее популярным. Применяется он и для дизелей, и для бензиновых моторов. Принцип, на котором работает подобный нагнетатель, понятен из приведенного рисунка:
По сути дела, это комбинация двух устройств – турбины, использующей энергию выхлопных газов, и компрессора. Здесь надо сразу отметить, что режим турбо, применяемый для повышения мощности дизелей, применяется гораздо чаще, чем нагнетание воздуха в бензиновых двигателях. В них повышение давления ограничено появлением детонации, и введение режима турбо требует принятия специальных защитных мер. Использование энергии отработанных газов связано с целым комплексом проблем, в первую очередь с применяемыми материалами. Лопатки турбины должны выдерживать температуру до тысячи градусов, и при этом скорость их вращения зачастую превышает десять тысяч оборотов в минуту. Однако режим турбо, при котором в дизель поступает дополнительный воздух, облегчает его работу. Исходя из изложенных особенностей, наилучшим образом наддув турбо будет выполняться при высоких оборотах двигателя, когда турбина сильно раскручена. Другой особенностью такого режима является так называемое запаздывание. В момент резкого нажатия педали, пока сработает наддув в режиме турбо, проходит некоторое время, что и вызывает провал в характеристике или турбо ямой. Чтобы его обойти, применяются специальные технические решения. Одним из возможных вариантов будет применение двух нагнетателей турбо, один из которых работает на малых оборотах, а другой на высоких. Каждый из автопроизводителей по-своему решает эту задачу – кто-то использует мощный нагнетатель, обеспечивающий излишний приток воздуха на всех режимах, и при необходимости сбрасывает его излишки, кто-то применяет несколько маленьких нагнетателей вместо одного большого, кто-то реализует различные комбинации двух первых вариантов.
Если говорить о режиме турбо для бензиновых двигателей, то стоит отметить, что он максимально эффективен на впрысковых двигателях. Карбюраторный мотор может работать в режиме турбо, но ему необходима определенная доработка – установка жиклеров большего сечения, изменение уровня поплавковой камеры и ряд других мер. Тогда как для инжекторного двигателя все сведется к использованию новой прошивки.
Тем не менее, режим турбо зачастую реализуют и на старых машинах, в том числе и семейства ВАЗ, правда, в этом случае чаще всего применяют электрический наддув.ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ НАГНЕТАТЕЛЬ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ АВТОМОБИЛЯ
Подобные системы, реализующие режим турбо, относятся к комбинированным. В них чаще всего используется электрический мотор, работающий совместно с центробежным нагнетателем. Достоинством такого подхода, когда привод выполнен как электро, является его универсальность. Он не связан напрямую с работой двигателя, как механический наддув, и электрический мотор можно использовать при любых условиях. Благодаря такому приводу как электро, можно избежать провала в характеристике нагнетателя. На средних и малых оборотах мотора работает электрический нагнетатель, на высоких включается турбина и реализуется обычный режим турбо. Подобные возможности построения наддува с использованием такого привода как электро, привлекают внимание все более широкого круга автопроизводителей.
Стоит отметить, что нагнетатель электро является привлекательным для выполнения тюнинга авто, в том числе и семейства ВАЗ. На этом рынке есть (отличный от уже описанных) осевой электрический нагнетатель. По оси воздуховода ставится вентилятор (электро). Когда он работает, то усиленный поток воздуха направляется во впускной коллектор. Фактически, таким образом вентилятор (электро) обеспечивает наддув. К достоинствам, которыми обладает подобный электрический нагнетатель, следует отнести простоту его реализации. Для создания такой системы наддува не требуется никаких технически сложных систем и устройств, обычный бытовой вентилятор (электро) зачастую справится с обеспечением подачи нужного дополнительного количества воздуха в цилиндры мотора. Использование такой техники позволяет без особых затруднений провести тюнинг старых машин, например таких, как ВАЗ ранних годов выпуска.
НАГНЕТАТЕЛЬ НА ВАЗ
В данном случае проблему надо рассматривать несколько шире – речь зачастую идет не конкретно о каком-то автомобиле семейства ВАЗ 2114, а вообще об улучшении атмосферного двигателя. Это достаточно сложная проблема, и она не имеет однозначного решения. Конечно, решаясь улучшить характеристики старого автомобиля, например какой-то модели ВАЗ или Москвича, при использовании штатного двигателя его мощность можно увеличить только с помощью наддува. Однако это далеко не так просто сделать, как кажется с первого взгляда. Повышение мощности мотора ВАЗ Приора 16 клапанов, как и любого другого, должно сопровождаться дополнительными изменениями, обеспечивающими правильное использование подобного усовершенствования. В противном случае измененный двигатель очень быстро выйдет из строя.
В то же время благодаря тюнингу двигателя, старый ВАЗ или любой другой подобный автомобиль, может получить новую жизнь, тем более что сделать подобные улучшения достаточно просто и не слишком дорого. Гораздо проще грамотно и правильно поставить на ВАЗ нагнетатель воздуха, что обеспечит прирост порядка тридцати процентов мощности двигателя, чем заниматься полной переделкой мотора в поисках тех же самых тридцати процентов мощности. Но это уже совсем другая тема, в том числе и в отношении старых автомобилей ВАЗ, и хотя она не менее интересна, ее рассмотрение надо проводить самостоятельно. Использование дополнительного объема воздуха для обеспечения прироста мощности двигателей, в том числе и семейства ВАЗ, довольно известный и давно освоенный автостроителями прием. Он позволяет решить многие вопросы, связанные с получением большей мощности от сравнительно небольших моторов, правда, при соблюдении ряда правил. Но, тем не менее, этот подход достаточно широко применяется разработчиками различных марок авто.
Турбо-компрессор на ВАЗ 2105 (видео)
История турбонагнетателя
Сложно это представить, но еще в 1909 году автомобиль с двигателем внутреннего сгорания установил рекорд скорости в 200 км/ч – достижение для тех времен невероятное. Еще сложнее представить объем двигателя, благодаря которому удалось разогнать авто до такой скорости – 28 литров! Даже речи быть не могло, чтобы запустить такие агрегаты в массовое производство, ведь их обслуживание своими руками было практически невозможным, ввиду огромных габаритов двигателя. К счастью, дальнейшие разработки автомобильных инженеров велись в сторону уменьшения объема при сохранении мощностей, а также упрощения конструкции. Чтобы автомобиль стал массовым, следует дать возможность ремонтировать его своими руками – так размышляли первые автомобилестроители и были совершенно правы. Благодаря появлению нагнетателя, удалось при сохранении всех параметров сходу увеличить мощность на целых 50 %! Сегодня опытному автомобилисту не составит труда своими руками установить одну из популярных систем турборежима.
Нагнетатель воздуха – как влить силы в двигатель?
С развитием автомобилестроения возникали и различные способы компрессии воздуха. Многие разработки уверенно дошли и до наших дней. Итак, разберемся, какие способы наддува существуют:Механический нагнетатель - устройство и принцип работы
Механизм, о котором пойдет речь в этой статье, известен нам как Механический нагнетатель, Supercharger, Kompressor. За этими названиями скрывается устройство, повышающее мощность двигателя за счет нагнетания в цилиндры воздуха под давлением, превышающем атмосферное. Основным отличием данной системы от турбонаддува является то, что для привода компрессора используется не бесплатная энергия выхлопных газов, а часть энергии, производимой двигателем. Отсюда все плюсы и минусы механических нагнетателей, к которым с одной стороны можно отнести мгновенный отклик на нажатие педали газа (компрессор всегда готов к своей работе, нет необходимости ждать пока он раскрутится и выйдет на свои рабочие обороты), отличную тягу на низах, а с другой стороны - повышенный расход топлива и меньшая итоговая мощность при том-же давлении наддува, нежели у систем с турбонаддувом.Виды механических нагнетателей
В отличие от турбокомпрессора, в простонародье прозванного "улиткой" и имеющего лишь такой форм-фактор, механические нагнетатели бывают нескольких типов.
Этот самый древний и самый простой тип нагнетателей, обязан своим появлением американцам - братьям Филандер и Фрэнсис Рутс, еще в 1860 (!) году запатентовавшим этот роторный вид нагнетателя. Примечательно, что первоначально этот механизм использовался исключительно для вентиляции промышленных помещений и шахт, и лишь в 1885 году всем известный Готтлиб Даймлер получил свой патент на нагнетатель, работающий по принципу нагнетателя братьев Рутс. В 1900 году увидел свет первый серийный автомобиль марки Daimler-Benz, оснащенный первым механическим нагнетателем типа Рутс. В 1949 году другой американский изобретатель, Итон, улучшил конструкцию нагнетателя - прямозубые шестерни уступили место косозубым роторам и воздух начал перемещаться не поперек их осей вращения а вдоль. Но как и до модернизации, основным принципом работы нагнетателей типа Roots стала простая перекачка воздуха в другой объем, без сжатия воздуха внутри механизма, так что роторный нагнетатель Roots это объемный нагнетатель, а не компрессор. У этого вида нагнетателей есть ощутимые недостатки. С ростом оборотов двигателя и соответственно, скорости вращения роторов, нагнетатель начинает накачивать воздух слишком интенсивно и воздух начинает проникать обратно в нагнетатель. Таким образом, с определенного уровня оборотов, нагнетатель Рутс начинает потреблять мощности двигателя больше чем способен дать в ответ. В добавок, из-за несовершенной формы роторов, воздух подается неравномерно, прерывистыми качками, тем самым понижая КПД нагнетателя. Однако есть и неоспоримые достоинства. Нагнетатели данного типа, в отличие от центробежных, начинают свою работу уже при низких оборотах и продолжают, без потери эффективности, нагнетать воздух в цилиндры. Этим качеством обусловлена любовь спортсменов - дрэгстеров и роддеров по всему миру к этим, самым простым нагнетателям.
Автором идеи винтового компрессора является немецкий конструктор Кригар, еще в конце XIX века предложивший использовать подобные устройства в промышленных целях. Первый в мире винтовой нагнетатель был изготовлен и запатентован шведским инженером Альфом Лисхольмом в 1936 году и на данный момент компрессоры Лисхольм - наиболее совершенный и эффективный тип нагнетателей. Внешне компрессор типа Lysholm очень похож на нагнетатель Roots, однако существенно отличается от него конструктивно. Внутри те же два ротора, однако их формы заострены елочкой, а сами они похожи на сверла. Поэтому компрессор и называется винтовой (спиральный). При вращении роторов воздух проникающий в нагнетатель не просто перекачивается в другой объем, а сжимается, следовательно, в отличие от нагнетателей Roots, воздух с ростом оборотов вытесняться обратно в нагнетатель не будет. Отсюда - отличный стабильный КПД в широчайшем диапазоне оборотов. Однако и у этого совершенного агрегата есть минусы. Самый главный из них - очень высокая себестоимость и цена, делающая этот агрегат труднодоступным. Ну и конечно чуда не произошло - компрессор типа Lysholm все так-же потребляет мощность двигателя, ведь он приводится так-же - ремнем от шкива коленвала. Для более наглядного представления о компрессоре Лисхольм, давайте разберем один =)
Для более эффективной работы Вашего транспортного средства, автомобильные производители часто прибегают к системам турбонаддува. Но так ли положительно новый тип турбокомпрессора скажется на работе двигателя? Чтобы топливный расход автомобиля стал гораздо меньше, производители зачастую используют одно ключевое решение – сокращение объёма силового агрегата. Но кроме всего прочего, чтобы производительность таких двигателей оставалась на достойном уровне, обычно устанавливают турбокомпрессоры, которые управляются выхлопом и обладают задержкой, что более известна под термином «турбо лаг».
Автомобили с подвергались этой проблеме много лет подряд, что сопровождалось постоянными жалобами и недовольством со стороны владельцев. Была найдена, как казалось, панацея – одновременная установка двух турбин, что минимизировало эффект турбо ямы. Но это, увы, не стало ключевым решением.
История электрической турбины
Электрическая турбина после длительного времени разработок уже готова к массовому применению. Об этом первой заявила компания Controlled Power Technologies (CPT)
из Британии. Электрический турбонагнетатель, по их словам, уже готов к массовому производству. Руководство СРТ уже подписало соглашение с фирмой Switched Reluctance Drives Limited, что займётся разработкой OEM-модуля, основанного на этой технологической базе.
Switched Reluctance Drives займётся серийным производством электрических компрессоров. Британские разработчики, тем временем уже преуспели в создании реальных электрических компрессоров для двигателей внутреннего сгорания. Турбонагнетатель CPT будет устанавливаться на любые двигатели: атмосферные, турбированные дизельные или бензиновые.
Компания Controlled Power Technologies разрабатывала электрическую турбину на протяжении почти восьми лет, работа над ней началась ещё в начале 21-го века. Создатели электрической турбины заявляют, что она может работать от бортовой электросети напряжением в 12 вольт, а её использование избавит двигатель от эффекта турбоямы, а также задействует нагнетатель даже в режиме низких оборотов. Особенность данной технологии заключается в использовании регенеративной энергии. Обратное давление, что ранее сбрасывалось через обводной клапан блоу офф при сбросе акселератора, теперь направляется на вращение лопастями турбины маховика, что позволяет вырабатывать энергию и заряжать аккумулятор.
Прототип машины с электрической турбиной разработала немецкая компания AVL List. Электрический нагнетатель был адаптирован к двухлитровому бензиновому двигателю с непосредственным топливным впрыском. Такой силовой агрегат, который был установлен на Vokswagen Passat, загрязняет атмосферу очень деликатно, если так можно выразиться, всего 159 граммов на каждый километр пути, а это на целых 20 процентов меньше чем у аналогичного традиционного 2.0 TFSI с такой же мощностью, и меньше, чем у 170-сильного турбодизеля с таким же объёмом.
Разработчики утверждают, что данная технология помогает автомобильным производителям вложиться в установленные экологические нормы, которые вступили в силу уже в этом году. Компания Controlled Power Technologies создала стартер-генератор SpeedStart
с ременным приводом, который используется для работы системы Start\Stop, что отключает двигатель на кратковременных остановках, что обязательно сэкономит в условиях движения по городу в пробках.
Но наряду с исследователями из Британии, немецкие разработчики создали доступную идею, для нагнетания воздуха и причём с минимальными затратами, что стала признанной во всей Европе. Существенно эффективным способом улучшения нагнетания воздуха в двигателе является мини-турбина от компании KAMANN, которая монтируется во впускную систему. Электро турбонагнетатель от KAMANN является миниатюрной турбиной, которая выполняет роль электрической системы нагнетания воздуха, установленной в подкапотное пространство. Такой монтаж электрической турбины повышает крутящий момент мотора, в свою очередь способствуя понижению топливного расхода. Это улучшает качество выхлопных газов, уменьшая показатели углекислого газа и пролонгируя срок функционирования катализаторов, что улучшает общие скоростные характеристики автомобиля.
Принцип работы электротурбины
Принцип работы электрической турбины отличается от классического турбонагнетателя лишь за счёт конструкции оси, которая соединяет крыльчатки у классики. Когда турбокомпрессор достигает максимальных оборотов, контроллер включает электрический двигатель в генераторном режиме. За счёт этого предотвращается превышение пикового числа оборотов двигателя. В случаях слишком редкого понижения оборотов муфтовые соединения позволяют вращать крыльчатки независимо друг от друга, в свою очередь снижая нагрузку на подшипники.
Плюсы и минусы электрической турбины
Чем больше мощность, тем меньше выхлоп
Многие обычные двигатели внутреннего сгорания оснащаются турбинами для того, чтобы получить большую мощность и лучшее ускорение.
Они расходуют меньше топлива и следовательно загрязняют атмосферу выхлопными газами также гораздо меньше в сравнении с аналогичными агрегатами без компрессора и нагнетателя. Всё, конечно же, это производит прекрасное впечатление в теоретическом плане, но практика показывает иные результаты. Большой крутящий момент зачастую находится лишь в узком диапазоне числа оборотов двигателя. Зачастую у некоторых турбо-дизелей можно наблюдать плохой показатель ускорения, в моменты изменения положения педали акселератора мотору нужно некоторое время для увеличения мощности для необходимого ускорения. Это явление уже упоминалось в данной статье как турбо-яма».
Экономия и быстрый отклик
Проведя анализ рынка современных автомобилей, компания KAMANN утверждает, что к 2020 году доля автомобилей, которые будут оснащаться электрическими турбинами, будет составлять 50-60% от общего количества сошедших с конвейера автомобилей. Ими также был разработан прибор, который помогает быстрее реагировать на изменение педали акселератора и в то же время оставаться экономичным. Эти требования очень сложно реализовать в двигателе с обычной системой турбонаддува. Такая турбосистема эффективна только в пределах определённого диапазона оборотов мотора.
Неоспоримое преимущество электрических турбин в эффективном нагнетании воздуха во всём диапазоне оборотов мотора автомобиля, даже в момент запуска двигателя, ведь нагнетаемый воздух уже находится во впускном коллекторе. В момент нагнетания воздуха, когда двигатель запускается, электрическая турбина мгновенно откликается на нажатие акселератора даже при маленькой скорости. Даже нагнетая воздух в момент переключения скоростей, Вы непрерывно будете получать дополнительную энергию для того чтобы двигаться и ускоряться.
Турбо нагнетатель, как дополнение турбосистемы
Эффективная работа большинства турбин начинается только свыше 3000 оборотов в минуту
, а это означает, что крутящий момент ниже этой цифры уже не увеличивается, что не придаёт Вашему автомобилю динамичности, а двигателю мощности. Поэтому классические турбины отходят далеко в прошлое. Установка электрической турбины позволяет двигателю уже при 1200 оборотов в минуту сразу после нажатия педали газа, получать больше чистого воздуха, не затрачивая при этом необходимую энергию. В этот момент «номы» подскакивают на 12% в сравнении с классикой!
Увеличение мощности равно экономия
Главным преимуществом установки электрической турбины является предоставление двигателю непрерывного и гораздо быстрого ускорения автомобиля. Kamann Autosport сравнили автомобили с бензиновым мотором объёмом 1,4 с установленной электрической турбиной и аналогичным автомобилем но с объёмом 1,6 и без турбины. Результат был следующим: оба автомобиля выдали приблизительно одинаковую мощность и крутящий момент при том же самом топливном расходе. Следовательно эти два двигателя одинаково мощны, но первый потребляет на 10% меньше топлива! А это значит, что наряду с возросшей мощностью топливный расход совсем не увеличится!
Электрическая турбина обделена всеми недостатками обычной турбины, а размер её гораздо меньше. Кроме очевидных преимуществ, конечно, присутствуют и недостатки. Модуль электротурбины в зависимости от производителя достаточно прожорлив, что требует монтажа дополнительного оборудования.
Подписывайтесь на наши ленты в
