Электро турбина на авто. Возможно ли это? Можно ли сделать своими руками

Двигатель внутреннего сгорания – это очень старое изобретение. Однако практически сразу инженеры стали придумывать как бы увеличить коэффициент полезного действия двигателя не слишком вмешиваясь в его устройство. На этом моменте и был изобретен нагнетатель воздуха. Принцип работы двигателя основан на том, что при впуске в цилиндры двигателя поступает смесь топлива и кислорода, которая сгорает, образуя расширяющиеся газы. Однако для качественного и эффективного сгорания топлива необходимо определенное количество кислорода. Со временем было рассчитано, что оптимальным соотношением кислорода и топлива является соотношение 1:14,7. Нагнетатель воздуха позволяет увеличить мощность двигателя в два раза.

То есть, говоря простым русским языком, если к давлению в одну атмосферу добавить еще одну атмосферу, то выйдет в два раз больше поступающего в цилиндры кислорода. К примеру, обычный двигатель 1.5 литра при давлении компрессора равному немного более атмосферы повысит мощность до уровня 3-х литрового двигателя без компрессора. И это ни разу не конечная остановка: можно расточить картер и головку блока цилиндров до большего объема, что означает больше поступающего кислорода и еще больше мощности. Однако обычно нагнетателя ставят на малообъемные двигатели, чтобы увеличить мощность на маленьком двигателе. Основными типами нагнетателей являются:

Центробежные
Roots
Винтовые

Немного исторических сведений

Использовать нагнетатель воздуха в своих разработках первыминачали;Alfa Romeo Mercedes и Fiat.Вообще же идея применять механический компрессор была придумана и разработана практически сразу же после изобретения самого ДВС уже в 1885 г ученый Готтлиб Даймлер оформил патент на свой нагнетатель воздуха. Внешне его идея немного отличалась от нашего понимая сути нагнетателей: он предлагал, что некий насос или специальный вентилятор будет нагнетать в двигатель большую нежели, обычно порцию кислорода. Вскоре, всего через 7 лет, в 1902 году Луис Рено получил свой патент на конструкцию центробежного нагнетателя. Рено даже сделали выпуск малой серией автомобиля с нагнетателем, однако в дальнейшем проект забросили. Альфред Бюхи так же в 1905 году придумал свой турбонагнетатель, который работал с использованием выхлопных газов. Известные roots носят фамилию своих изобретателей изобрели их еще аж 1859 году братья Рутс. Из себя рутс представляют роторно-шестерёнчатые компрессоры. Винтовой компрессор был изобретен значительно позже, в 1936 году, патент принадлежит Альфу Лисхольму, главному инженеру SRM. У всех этих устройств есть один общий момент, в свое время, а это почти 100 лет назад, они не получили должного распространения ввиду заторможенности общего технического процесса. Зато ныне компрессор – это важная составляющая современного автомобиля.

Центробежный нагнетатель

Центробежный механический компрессор сейчас имеет широчайшее распространение среди любителей тюнинговать свои авто. Конструкционно центробежный нагнетатель воздуха наиболее близок к турбо наддуву, так как принципы их конструкции очень близки. Основной принцип работы заключается в следующем. Внутри корпуса установлена крыльчатка самая главная деталь компрессора. Говоря в общем крыльчатка представляет собой колесо с лопастями, отдаленно напоминающее корабельный винт. Оттого насколько хорошо и правильно выполнено это колесо зависит то, насколько нагнетатель воздуха будет результативен. В общем, воздух попадает внутрь “улитки” и его захватывают лопасти крыльчатки. Захваченный воздух лопасти закручивают и с помощью центробежной силы отбрасывают его на отдаленные участки корпуса, где есть диффузор, который ловит этот воздух. Диффузор предназначен для восприятия подаваемого крыльчаткой воздух так, чтобы созданное давление не терялось. Далее воздух подается в кольцевидный тоннель, который идет вокруг всего корпуса. Именно из-за этого тоннеля центробежный нагнетатель воздуха и называют улиткой. Подобная конструкция создает условия для увеличения давления воздуха. Суть в том, что воздух, который движется по каналу движется быстро и имеет маленькое давление, а потом конец канала резко расширяется. Благодаря этому скорость воздуха несколько падает, а вот давление значительно увеличивается.

По факту давление, что создает этот компрессор равно скорости крыльчатки, умноженной на саму себя. Скорости могут быть разными, преимущественно от 40 000 об/мин. Сам механизм довольно шумный, так как в действие он приводится ремнем от шкива коленчатого вала автомобиля. Некоторые производители устанавливают в корпусе еще и повышающую передачу, что позволяет сохранить ресурс турбины до 80 000 км и существенно уменьшить шум, что создает компрессор при работе.

Компрессор типа Roots

Нагнетатель воздуха типа рутс – это представитель класса объемных нагнетателей. В плане своего устройства такой механический компрессор очень прост и больше всего напоминает обычный масляный шестеренчатый насос. Корпус имеет овальную форму. Внутри него установлены оси, на которых вращаются в противоположные стороны два ротора. Между роторами и корпусом поддерживается специальный зазор. Этот нагнетатель воздуха отличается от всех остальных тем, что сжатие воздуха происходит не в корпусе, а во внешнем трубопроводе. Из-за этого рутсы часто называют “механический компрессор с внешним сжатием”. За счет вращения роторов воздух захватывается и сквозь маленькие зазоры между корпусом и ротором выдавливается в трубопровод под давлением. Однако хоть такая система и имеет поклонников она же и главный минус. Так как нагнетатель воздуха осуществляет сжатие вне своего корпуса он может это осуществлять только до определённых значений, после которых воздух начинает просачиваться в обратную сторону. Исправить этот момент можно увеличением скорости ротора, но это тоже возможно только в определенных пределах. Механический компрессор типа рутс имеет еще один минус: при просачивании воздуха в трубопровод не под давлением создается турбулентность, благодаря которой воздух нагревается еще больше. Так как температура воздуха и так растет из-за того, что он сжимается, а тут температура еще выше поднимается. Положительными моментами можно назвать заметно меньший шум от работы по сравнению с “улиткой”; и отсутствие характерного им свиста: рутс имеют свою особую тональность. Однако из-за роторного принципа работы наддув сопровождается пульсацией давления. С пульсацией инженерам удалось справиться достаточно быстро – роторам придали спиралевидную форму, а форму входного и выходного отверстия изменили на треугольную. С помощью таких ухищрений удалось добиться равномерной и тихой работы. Еще одним большим плюсом является то, что такой нагнетатель воздуха проявляет свою эффективность уже на малых оборотах коленчатого вала, в отличие от центробежного, что очень положительно влияет на динамику разгона автомобиля.

Винтовой нагнетатель воздуха

Механический компрессор для автомобиля такого типа имеет удивительную схожесть ни с чем иным как с мясорубкой, разница только лишь в том, что шнеков два. По форме и основному принципу винтовые напоминают “рутс”, но имеют основное различие – сжатие воздуха происходит внутри корпуса. Два ротора имеют взаимодополняющие выступы и отверстия, они вращаются всегда в зацеплении, но с небольшим зазором между друг другом. Винты загребают воздух, который сжимается между роторами и подаётся дальше под действием вращательного движения винтов. Потери при таком сжатии чрезвычайно малы, а степень сжатия очень велика. Однако при достижении слишком больших оборотов роторов может возникнуть необходимость внешнего охлаждение корпуса. Зато при стандартных показателях скорости вращения эффект от прироста мощности появляется при любых оборотах коленчатого вала автомобиля. Также плюсами можно назвать компактность конструкции при высокой мощности, долговечность и отсутствие шума при работе. Этот механический компрессор имеет достаточно плюсов, должен иметь и минус винтовые нагнетатели мало распространены из-за своей дороговизны. Производить их очень сложно, поэтому и цена является высокой. Однако некоторые тюнинг ателье устанавливают на автомобили именно винтовой компрессор.

Итоги о нагнетателях

Когда речь зайдёт об установке нагнетателя для автомобиля от очень многих можно услышать, что компрессор существенно уменьшит ресурс двигателя. Это не совсем правда.

Требуется соблюдать меру и понимать, когда компрессор благоприятно влияет на двигатель автомобиля, а когда нет. Слишком высокие обороты могут действительно привести к поломке двигателя, а вот на применение нагнетателя на низких оборотах для повышения крутящего момента наоборот только положительно повлияет на ресурс.

Однако если нагнетатель будет использоваться для получения большой мощности заранее необходимо заменить многие детали на более прочные, чтобы не винить компрессор в поломке двигателя.

Да Нет

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.

Нагнетатель воздуха – зачем он нужен?

Для понимания места и роли нагнетателя воздуха необходимо вспомнить основы работы ДВС. В цилиндры двигателя авто поступает топливно-воздушная смесь (ТВС), сгорание которой и обеспечивает работу мотора. Соотношение между бензином и воздухом поддерживается на определенном уровне и зависит от режимов работы и нагрузки двигателя. Количество ТВС в цилиндре при обычных условиях ограничено его объемом, попадает она туда благодаря создаваемому разрежению на такте впуска, тогда мотор авто всасывает необходимое количество смеси.

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.

Воздушный 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:

Нагнетатель ROOTS. 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.
Нагнетатель LYSHOLM. 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.

Турбо нагнетатель 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.

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, 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, 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.

Механический нагнетатель, или как его еще называют supercharger, является главной составной частью всего механизма . Его роль состоит в создании давления выше атмосферного, которое образуется во впускном тракте.

Такое название он получил по причине непосредственной связи с коленчатым валом, с которым его соединяет специальный привод.

Привод нагнетателя с коленчатым валом

Преимущества использования нагнетателя

Работа данного устройства построена по следующей схеме:

втягивание воздуха;
сжатие;
нагнетание воздуха в саму впускную систему.

Для того чтобы втянуть необходимое количество воздуха внутри нагнетателя образуется разряжение. Что касается создания давления, то это осуществляется путем быстрого вращения механизма (быстрее, чем обороты двигателя). А вот нагнетание происходит из-за имеющейся разницы в давлении.

Особенности конструкции

В данной конструкции присутствует интеркулер. Это специальный радиатор, предназначенный для охлаждения сжатого воздуха. Дело в том, что во время сжатия воздух нагревается, а это влечет значительное снижение показателей давления и плотности.

Интеркулер может быть 2-х видов:

жидкостный;
воздушный.

Привод, посредством которого происходит соединение коленчатого вала и механического нагнетателя, имеет несколько типов:

прямой – нагнетатель закрепляется на фланец коленвала;
цепной – для связи используется металлическая цепь;
ременной – применяются различные типы ремней. Это может быть плоский, зубчатый или клиновой ремень;
электрический – он представляет собой электродвигатель;
зубчатый – это редуктор цилиндрического типа.

Конструкция этих устройств может быть разной.

Типы механических нагнетателей

За всю историю было разработано довольно много видов данных агрегатов. Некоторые из них устанавливаются на автомобили до сих пор, но о многих забыли, потому как они не оправдали возложенных надежд.

Стоит упомянуть о таких аппаратах как: шиберные (лопастные), спиральные, подпоршневые насосы и другие. Все эти типы, по тем или иным причинам, либо не были запущены в массовое производство, либо были сняты с конвейера.

В настоящее время наиболее популярными и востребованными являются 3 типа механических нагнетателей (на фото выше):

Кулачковый (Roots);
Винтовой (Lysholm);
Центробежный.

Кулачковые нагнетатели

В честь имени своих создателей такое устройство называется Roots, в простонародье же носит название «воздуходувка». Данный тип конструкции по праву можно назвать старейшим. Его использование началось еще в далеком 1900 году. С той поры они постоянно совершенствуются.

Сегодня такой нагнетатель располагает роторами, состоящими из 3-х или 4-х кулачков, вращающихся навстречу друг другу. Их расположение напоминает спираль и протягивается через весь ротор. Благодаря точно рассчитанному углу наклона этих кулачков, достигается оптимальный баланс потерь и нагнетания. Он работает по принципу внешнего нагнетания, в ходе которого кулачки захватывают воздух и нагнетают его в трубопровод (впускной). Похожий принцип работы и у самого обычного масляного насоса.

Неоспоримым достоинством такого устройства является очень быстрое нагнетание воздуха до необходимых показателей, а также повышение этого давления параллельно с учащением вращения коленчатого вала.

Но это преимущество имеет и обратную сторону. Такой тип обязательно должен оснащаться системой регулировки давления. В противном случае, из-за неконтролируемого нагнетания воздуха, образуется избыток давления, который приводит к заторам в канале (нагнетательном). По этой причине падает мощность двигателя.

Для осуществления регулировки применяются 2 метода:

Перепускание воздуха – в таком случае нагнетатель работает все время, а при необходимости открывается перепускной клапан;
Отключение механического нагнетателя.

В целях обеспечения корректной работы всей системы, она комплектуется различными датчиками (температуры во впускном коллекторе, давления и другие), ЭБУ, а также исполнительными механизмами. К последним относятся: электромагнит муфты, модуль привода перепускного клапана и другие.

Механические нагнетатели такого типа довольно дороги, потому как точность их изготовления очень высокая. Чистота втягиваемого воздуха также имеет большое значение, потому как даже мелкий мусор может вывести всю систему из строя. Само устройство довольно тяжелое и создает заметный шумовой фон, для погашения которого устанавливаются резонаторы, демпферы, совершенствуется конструкция корпуса и так далее.

Винтовые нагнетатели

Можно встретить еще одно название такого прибора – Lysholm. Этот тип имеет сходство с кулачковым. Он состоит их 2-х роторов-шнеков, имеющих особую коническую форму. Один из них с выступами на поверхности, а другой с выемками.

Во время работы воздух захватывается шнеками и при их вращении сжимается, после чего следует его нагнетание во впускной патрубок. Главное отличие винтового прибора от кулачкового – внутренне нагнетание воздуха. Данный способ более эффективен.

Но широкое распространение такого типа конструкции сдерживается высокой ценой на устройство, которая объясняется значительными издержками при его изготовлении. Главная сфера применения данных нагнетателей – дорогие спортивные и гоночные автомобили.

Центробежные нагнетатели

Такой тип практически одинаков с . Он оснащен крыльчаткой (колесом), которое очень быстро вращается (частота достигает порядка 50-60 тысяч оборотов в минуту). Изобретение этого нагнетателя произошло практически одновременно с кулачковым – на заре ХХ века.

Вначале происходит засос воздуха в центральную часть крыльчатки. Под действием центробежной силы он устремляется по лопастям, имеющим особую форму. На выходе воздух располагает низким давлением и высокой скоростью. В таком состоянии происходит его столкновение с диффузором. Благодаря этому возникает воздушный поток высокого давления с низкой скоростью.

У такого типа нагнетателей множество преимуществ перед остальными:

малый вес;
компактность;
эффективность;
множество вариантов крепления на моторе;
невысокая стоимость.

Но имеются и недостатки, главный из которых – зависимость эффективности устройства от частоты вращения коленвала. По этой причине требуется установка привода с передаточным отношением переменного типа.

Главный недостаток всех механических нагнетателей

Он состоит в том, что их работа основана на задействовании части мощности, создающейся двигателем. В этом и состоит основное отличие нагнетателя от , которая функционирует за счет энергии газов (отработанных). Это значит, что та мощность, которая могла бы пойти на увеличение скорости автомобиля, используется для приведения в действие «суперчарджера». А эти потери весьма значительны, особенно на высокой скорости.

Применение

Данные устройства используются как при производстве автомобилей, так и во время тюнинга. В целом можно выделить 3 основные области применения:

производство серийных машин;
тюнинг;
выпуск спортивных автомобилей.

На серийных машинах механические нагнетатели устанавливаются нечасто, а вот что касается спортивных версий, то они не обходятся без этого прибора. При тюнинге монтаж нагнетателя на двигатель не является редкостью. В целях их правильной установки производители изготавливают специальные комплекты, которые включают в себя все детали для корректной установки.

Механический нагнетатель воздуха способен повысить производительность двигателя до сорока процентов. При этом расход топлива практически не возрастает. Многие из современных автомобилей оснащены механизмом нагнетания воздуха, он является основным конструктивным элементом в системе механического наддува.

Несмотря на то, что в механическом компрессоре применяются простейшие принципы работы агрегата, он имеет широкое распространение среди автолюбителей, желающих повысить его возможности. Весь секрет в том, что механизм создает во впускном тракте давление выше атмосферного. В результате агрегат выдает максимальную мощность при минимальных затратах топлива.

Как работает механический нагнетатель воздуха

Чтоб было понятней, что такое нагнетатель воздуха, приведем простое сравнение: больше всего его конструкция схожа с устройством турбонаддува. Обе системы выполняют примерно одинаковые функции. То есть - нагнетают воздух, затем тот поступает в сборник, и только после этого - в систему агрегата.

Устройство имеет одно преимущество относительно турбонаддува. Заключается оно в том, что задержка в срабатывании механизма здесь не столь значительна, ведь устройство потребляет не так много энергии, как его более массивный и мощный собрат. Кроме того, система является более экономичной.

Преимущества механического нагнетателя

Он не зря стал столь популярным среди любителей высоких оборотов и внушительных мощностей. Данный тип компрессора имеет следующие преимущества:

низкая цена;
простота в установке;
невысокое количество потребления энергии;
звук от работы компрессора гораздо слабее, чем от турбонаддува.

Именно поэтому они практически вытеснили другие типы нагнетателей воздуха с отечественного рынка.

Устройство компрессора

Нагнетатели имеют достаточно простое устройство:

воздушный канал;
лопасти крыльчатки;
диффузор;
накопитель в виде улитки.

Работает система таким образом:

воздух по воздушному каналу проходит в нагнетатель;
затем попадает на лопасти крыльчатки;
центробежная сила выбрасывает его в кожух с диффузором;
после этого воздух попадает в воздухосборник в виде улитки.

Именно здесь и возникает разница в давлении. Как только воздух в нее попадает, он движется довольно быстро под небольшим давлением. В процессе прохождения по трубе улитки давление возрастает, скорость движения воздуха становится ниже, а давление значительно возрастает. Под высоким давлением воздушный поток попадает в цилиндры двигателя.

В системе происходит сжатие воздуха. Как известно, оно сопровождается повышением температуры. Для охлаждения системы используется интеркулер. Это жидкостный или воздушный охладитель.

Виды привода

Все виды механических нагнетателей имеют примерно одинаковую конструкцию и принцип работы. Основные отличия состоят в типе привода. Ниже предоставлен список вариантов привода:

прямой, нагнетатель в этом случае будет работать непосредственно от коленчатого вала;
ременной. При этом может использоваться клиновый, плоский или зубчатый ремень, в зависимости от конструкции нагнетателя;
зубчатая передача с применением цилиндрического редуктора;
цепной привод;
электропривод с использованием отдельного привода.

Виды нагнетателей

Прежде чем произвести тюнинг автомобиля с применением механического нагнетателя воздуха, следует определиться с типом устройства. Сегодня на рынке можно найти три основных вида воздушных компрессоров для увеличения работоспособности двигателя.

Кулачковые нагнетатели

Это - самый старый тип нагнетателей, потому его можно найти на многих автомобилях с большим пробегом. Он устанавливался на авто еще с 1900-го года, и с тех пор зарекомендовал себя довольно неплохо. Его аналоги можно найти на рынке и сегодня. Он еще известен как нагнетатель Roots. В простонародье известен как воздуходувка.

Все современные компрессоры Roots имеют два ротора, трех или четырехкулачковых. Они прокручиваются навстречу друг другу. Роторы расположены по всей длине нагнетателя. Угол закрутки кулачков обеспечивает должный уровень нагнетания воздуха. С увеличением оборотов коленчатого вала воздух нагнетается быстрее. Потому при высоких оборотах давление может стать слишком большим, что порой приводит к затору в нагнетательном канале. В результате двигатель теряет свои обороты. Но с этой неприятностью можно бороться при помощи системы управления наддувом, которая в последнее время всегда устанавливается наряду с нагнетателями данного типа.

Такие устройства имеют достаточно высокую стоимость, которая не оправдывается производительностью. Потому они не слишком популярны.

Винтовые нагнетатели

Они похожи по устройству на кулачковые, но имеют два ротора-шнека. Один - со спиралевидными выступами, второй - с такими же выемками. Данный тип имеет более компактные размеры и высокую производительность. Правда стоимость их значительно выше, чем у кулачковых аналогов. Потому устанавливаются такие компрессоры преимущественно на дорогие спортивные автомобили.

Центробежные нагнетатели

На сегодня самые распространенные среди остальных видов. Внешне очень похожи на турбокомпрессоры. Именно в таких устройствах крыльчатка нагнетает воздух в воздухосборник в виде улитки. Они имеют относительно небольшую стоимость, компактные и легкие. Их довольно просто установить на автомобиль. К тому же могут применяться различные способы крепления. Потому рассмотрим немного подробнее установку на авто именно центробежного компрессора.

Как своими руками установить механический нагнетатель воздуха

Процесс установки довольно прост. Но не следует пренебрегать рекомендациями производителя компрессора. А он советует предварительно установить увеличенную прокладку между блоком и его головкой. Не помешает проверить агрегат на предмет неисправностей и убедиться в соответствии его характеристик устанавливаемой модели компрессора. Затем процесс монтажа будет выглядеть следующим образом:

Настройка фильтра.
Крепление корпуса на кронштейн.
Подключение к приводу коленного вала.
Крепеж ремня.

Установка механического нагнетателя позволяет увеличить мощность агрегата на 50 %, а его обороты - на 30 %. При этом расход топлива остается на прежнем уровне. Для наглядности предлагаем просмотреть следующее видео:

Чем хорош электрический турбонаддув

Что за понятие электрический турбонаддув, которое все чаще встречается в последних новинках автопрома? Давайте разберемся. Стремясь сделать автомобили как можно более экономичными, автопроизводители все чаще уменьшают размеры двигателей, оснащая их технологией турбонаддува. Ведь для того, чтобы компактный двигатель оставался мощным, необходимо “помогать” ему, подавая воздух в цилиндры принудительно, под давлением.

“Сокращение размеров двигателя – это один из основных способов уменьшить расход топлива автомобиля,” – говорит представитель французской компании Valeo, занимающейся поставкой автомобильных комплектующих. “Чтобы малолитражный двигатель мог развить большую мощность, производители обычно используют турбины, работающие от выхлопных газов. Однако, к сожалению, для турбированных двигателей характерна слабая отзывчивость на низких оборотах, называемая “эффектом турбоямы” или “турболагом”.

Этот “провал” при наборе оборотов, вызываемый инерцией турбины, стал “ахиллесовой пятой” турбомоторов. Отчасти проблему удалось решить применением твинскрольной турбины с изменяемой геометрией, или же использованием второй малой турбины в помощь первой. В обоих случаях турбины работают в более широком диапазоне оборотов двигателя, однако полностью ликвидировать “турболаг” все же не удалось. Увы, турбированным агрегатам весьма сложно обеспечить мгновенную реакцию на нажатие педали газа, естественную для атмосферных двигателей.

И вот теперь на помощь пришел новый вид турбонаддува – электрический. Что это за “зверь” и сможет ли электрический турбонаддув “изменить правила игры ”?

Изучая принципы работы электромобилей, автопроизводители обнаружили, что для электромоторов характерна мгновенная отзывчивость. Сегодня всем пересесть на электротранспорт пока нереально. Моторы и аккумуляторы электромобилей из-за своих крупных размеров обходятся недешево, да и ограниченный пробег электрокаров на одном заряде батарей устроит ни каждого.

Но почему бы не использовать небольшой электромотор для питания компрессора турбированного двигателя? Ведь тогда можно будет нагнетать воздух в двигатель без помощи отработавших газов! Именно в этом и состоит принцип работы электрического нагнетателя.

Идея использовать электрический турбонаддув не нова – о разработках в этой области уже несколько лет назад сообщали такие компании, как Mercedes-Benz, BMW и Ferrari. Но, пожалуй, больше других электрическим нагнетателем заинтересовался концерн Volkswagen – в настоящее время VW Group инвестирует огромные средства в развитие техологии электротурбонаддува или электрический турбонаддув .

Марк Жиль, занимающийся развитием технологических коммуникаций в североамериканском подразделении Volkswagen, называет главным преимуществом электрического турбонаддува “ то, что он обеспечивает ускорение на низких оборотах, в то время как обычные турбины, работающие от выхлопных газов, создают нужное давление воздуха минимум при 1500 оборотах двигателя в минуту.”

“Электромотор способен реагировать на нажатие педали газа мгновенно (в течение 250 миллисекунд),” – говорят в Valeo, добавляя, что, используя электрический турбонаддув, “можно сократить потребление топлива на 7-20 процентов”.

Компания Audi, входящая в концерн Volkswagen Group, недавно продемонстрировала свои последние достижения в области электротурбонаддува на примере концепта Clubsport TT Turbo. Полноприводный автомобиль развивает мощность в 600 л.с. и крутящий момент в 649 Нм благодаря тому, что его 2,5-литровый пятицилиндровый двигатель оснастили двумя турбинами – традиционной и электрической.

Электрокомпрессор питается от 48-вольтовой подсистемы, установленной в багажнике и, в отличие от обычной турбины, обеспечивает крутящий момент “по первому требованию”. В итоге Clubsport TT Turbo разгоняется до 100 км/ч всего за 3,6 секунды.

“Компрессор, питающийся от электричества, имеет существенные преимущества,” – говорит Брэд Стерц, занимающийся силовыми установками в североамериканском подразделении Audi. “Он раскручивается до максимума быстро, без какой-либо ощутимой задержки и продолжает создавать давление воздуха, когда традиционной турбине не хватает энергии выхлопных газов.”

“Такой принцип работы позволяет создавать традиционные турбонагнетатели, специально “заточенные” на подачу более высокого давления и, соответственно, обеспечивающие большую мощность двигателя, в то время как электрический компрессор будет отвечать за моментальный отклик и мощные рывки с низких оборотов в любой момент времени,” – добавляет Стерц.

Кстати, концепт Clubsport TT Turbo – это не первая попытка Audi поэкспериментировать с электронагнетателем. В прошлом году немецкий производитель снабдил электрокомпрессором 3,0-литровый дизельный двигатель, добавив его к традиционной турбине. Данная конструкция была установлена на спортивное купе RS5. На выходе получился автомобиль, способный “разменять первую сотню” за 4 секунды, расходуя при этом всего 5 литров топлива на 100 км пути. То есть, RS5 с электронаддувом оказался и быстрее, и в два раза экономичнее своего “обычного” собрата.

Так когда же электрический турбонаддув следует ожидать в широких массах? Уже в следующем году! Как сообщил производитель электронагнетателя Valeo, первым серийным автомобилем, на котором будет реализована новая технология, станет спортивный вседорожник Audi SQ7, где электрический турбонаддув получит дизельный двигатель V8, имеющий объем около 4 литров. Мощность данного силового агрегата, предположительно, составит более 400 л.с., а разгон с места до 100 км/ч – 5,5 секунд. SQ7 поступит в продажу в 2016 году.

Интерес к электрическому турбонаддуву также проявили такие компании, как Volvo, Hyundai, Kia и американский производитель Honeywell.

Так что, возможно, вскоре электрический турбонаддув станет нормой жизни, а владельцы турбированных автомобилей забудут о “турболаге”, наслаждаясь отличной тягой практически с холостых оборотов и скромными цифрами расхода топлива.