Механический нагнетатель воздуха для автомобиля.
Механический нагнетатель - это узел, предназначенный для повышения мощности двигателя. Какова история его появления? В чем заключаются его функции? Каковы основные виды и особенности механического нагнетателя? На эти и ряд других вопросов дает ответ наша статья.
Стоимость ремонтаНайти запчасть

Компрессор или механический приводной нагнетатель - устройство, позволяющее повысить мощность мотора до 40-50% без особых конструктивных переделок. В сравнении с турбокомпрессорами приводные нагнетатели гарантируют плавное изменение мощности вне зависимости от общих оборотов силового узла.



История

Первоначально идея монтажа нагнетателей на машину была предложена Готтлибу Даймлеру. Инженеру из Германии в 1885 году первым удалось поставить  компрессор на машину. Что касается официального патента на конструкцию нагнетателя, то она была выдана лишь через 17 лет (в 1902 году) другому конструктору - Луи Рено.

Перед турбокомпрессорами ставилась одна задача - увеличить общую мощность мотора внутреннего сгорания.  И в принципе, это удалось. В 1911 году появился новый турбированный компрессор, который в комплексе с бензиновым мотором устанавливались на бомбардировщики и истребители.

Что касается применения в дизельных моторах, то здесь турбины появились лишь к концу 70-х годов, на автомобилях Мерседес-Бенц (1978 год). Далее последовал автомобиль Фольксваген TD. Впоследствии развитие данного направления пошло двумя путями. Одна группа инженеров занялась внедрением технологии на гоночные авто, а другая - использованием новых принципов в классических 2-тактных моторах.

В истории существует масса разновидностей приводных (механических) нагнетателей. Но наибольшую популярность получило три вида - центробежные, роторные и винтовые (о них речь пойдет ниже).



Назначение

Механический нагнетатель - главный элемент устройства наддува. С его помощью в тракте впуска нагнетается давление, превышающее атмосферное. Название «механический» отражает, что в роли привода выступает коленчатый вал силового узла. За границей такие нагнетатели носят название supercharger.

По «легенде» применение механического нагнетателя - возможность увеличить крутящий момент мотора (до 20-30%) и повысить мощность (до 40-50%). С другой стороны, механический тип привод характеризуется большими потерями мощности на привод (до 25-30%).



Функции

К основным функциям нагнетателя механического типа стоит отнести:

  • сжатие воздуха;
  • втягивание воздуха;
  • создание дополнительного давления в систему впуска.

Процесс втягивания осуществляется за счет создания специального разрежения. Создание требуемого давления возможно лишь в том случае, когда скорость вращения нагнетателя превышает скорость прокручивания силового узла (его коленвала). Воздух в тракт впуска поступает, благодаря создаваемой разнице давлений.

Нельзя забывать и еще об одном свойстве воздуха - нагреве в процессе сжатия, что уменьшает давление и плотность в системе. Для обеспечения своевременного охлаждения устанавливается специальное устройство - интеркулер.



Виды и особенности

Все механические нагнетатели можно условно классифицировать по нескольким признакам:


1. По виду привода нагнетатель может быть:

  • Прямым. В данном случае привод фиксируется непосредственно на коленвале автомобиля (точнее, на его фланце);

  • Ременным. Для нормализации работы  такого нагнетателя может применяться несколько типов ремней - плоский, клиновый или с зубцами;

  • Цепным. Такой тип привода работает аналогично ременному. Разница лишь в  том, что вращение осуществляется с помощью цепи;

  • Зубчатым. Особенность зубчатого механизма - работа на основе циклического редуктора;

  • Электрическим. Здесь функцию привода выполняет отдельный моторчик, который запускает сам нагнетатель. Такой вариант наиболее дорогостоящий, ведь требует более высокой мощности от АКБ. При этом потенциал самого мотора не отбирается.


2. По типу:

  • Кулачковый нагнетатель (тип - Roots).
Этот вариант компрессора считается одним из наиболее старых среди существующих устройств. Такие изделия ставились на автомобилях еще с 1900 года. Второе название конструкции - Roots (по имени изобретателя устройства).

Особенность кулачкового нагнетателя - наличие пары 3-х или 4-х кулачковых роторов, которые проворачиваются в противоположенных направлениях. Кулачки позиционируются по спирали и закручены под тем углом, который гарантирует наибольшую эффективность в вопросах потерь и нагнетания.

Если сравнивать по конструктивным особенностям, то данный тип нагнетателя имеет схожие черты с насосом масляного типа. Воздух в устройстве подхватывается кулачками. Далее он движется между узлами конструкции и поступает в трубопровод впуска (принцип наружного нагнетания).

Главный плюс кулачкового нагнетателя «Рута» - высокая скорость создания требуемого давления наддува, а также увеличение давления с одновременным приростом частоты вращения коленвала. Но здесь важно не допустить чрезмерного давления, которое ограничивается своевременным регулированием. В противном случае возможно падение мощности мотора.

В кулачковых нагнетателях давление может регулироваться одним из двух методов - перепусканием потока воздуха (устройство при этом работает непрерывно), отключением нагнетателя (к примеру, посредством ЭМ муфты).

Конструктивно механический наддув состоит из нескольких узлов - группы входных датчиков, исполнительных механизмов, электронного блока управления, электронного регулирования наддува и группы исполнительных узлов. К последним относится электромагнит муфты, модуль перепускного клапана и так далее.

Недостатки кулачковых нагнетателей - высокая цена, вызванная сложностью изготовления. Кроме этого, такие устройства требовательны к подаваемому воздуху, который должен быть максимально чистым. Любой инородный предмет может стать причиной выхода узла из строя. Есть и еще один минус - повышенная шумность. Но производителям удалось побороть недостаток, благодаря созданию особой конструкции, установке резонатора, демпфирующих узлов и так далее.

Основной производитель нагнетателей «Рутс» - компания Eaton. Наиболее популярными являются нагнетатели Twin Vortices Series, TVS и прочие. Они монтируются авто таких марок, как Ауди, Тойона, Кадиллак и прочих;


  • Нагнетатель винтового типа (изобретатель - Lysholm).
Конструктивно данный  тип устройства похож на «Рутс». В его составе есть пара роторов-шнеков, каждый из которых имеет специальную форму. У одного ротора есть специальный выступы, а у другого - выемки. Особенность роторов - коническая форма, при которой размер воздушных камер снижается.

Шнеки захватывают поток воздуха, перемещают и сжимают его, впоследствии перемещая во впускной патрубок. В отличие от нагнетателей кулачкового типа винтовое устройство обеспечивает внутреннюю подачу воздуха (такой вариант более эффективен). Стоимость нагнетателей Lysholm выше, чем у устройств, описанных выше. Следовательно, их монтаж более актуален для дорогих авто.

К преимуществам таких типов нагнетателей можно отнести высокий КПД (более 70%), максимальную долговечность и надежность (вне зависимости от активности эксплуатации), компактность и бесшумность.

Нельзя упускать из вида и недостатки конструкций. В частности, стоит выделить сложность формы роторов, что приводит к удорожанию устройства;


  • Нагнетатели центробежного типа.
Эти устройства по принципу действия идентичны с  турбокомпрессором. В основе нагнетателя лежит крыльчатка (рабочее колесо). Ее особенность - вращение с высокой скоростью, составляющей от 50 до 60 тысяч оборотов в минуту. Поступающие потоки всасываются в центральную область колес, после чего воздух направляется по лопастям наружу. Впоследствии воздух выходит из рабочего колеса с небольшим давлением и с наибольшим ускорением. Во время выхода происходит сталкивание потока воздуха с диффузором, оборудованным большим числом лопаток около рабочего колеса.

Нагнетатели центробежного типа считаются наиболее популярными. Их особенность - легкость, компактность, эффективность, возможность различных способов крепления на силовом узле. Есть и минусы - снижение производительности при уменьшении частоты вращения коленвала. Данное качество нагнетателей подразумевает применение привода с переменным отношением. Наибольшее передаточное число необходимо при небольшой частоте вращения коленвала, а наименьшее - при максимальных.

Главный минус таких устройств - инерционность. В частности, устройство время от времени может отставать и срабатывать несвоевременно. К примеру, если нагнетатель работает на небольших оборотах, то его эффективность слишком низка. С другой стороны, при чрезмерном разгоне последствия могут быть хуже - возможен серьезный скачок мощности. Следовательно, такой нагнетатель больше подойдет водителям, которые нуждаются в большей мощности мотора и скорости, а не динамике разгона.



Сфера применения

Механические нагнетатели уже перестали быть новинкой на автомобильном рынке. Они давно применяются в тюнинге, активно устанавливаются на серийные авто и спорткары. Часто производители сами предлагают монтаж комплектов с необходимым набором дополнений для автомобиля. При этом на серийных машинах механические нагнетатели хоть и встречаются, но реже.



Преимущества и недостатки

Использование нагнетателей под капотом автомобиля имеет ряд положительных и отрицательных черт. Рассмотрим каждый из вариантов:


Плюсы монтажа механического нагнетателя:

  • Повышение мощности силового узла;

  • Увеличение ресурса мотора. Не секрет, что двигатель может выйти из строя по причине завышенных оборотов. Но ведь компрессор работает только на низких или средних оборотах, поэтому применение нагнетателя - возможность нормализовать вращающий момент и снизить риски для силового узла.


Минусы монтажа механического нагнетателя:

  • Для реального роста мощности многие элементы нужно поменять более прочными. К примеру, не будут лишними более надежные шатуны и поршни;

  • Любое сжатие воздуха всегда приводит к росту температуры, негативно сказывающейся на самих компрессорах. Как следствие, возникает необходимость в охлаждении устройств;

  • Высок риск появления детонации. Так, большую роль может сыграть высокое давление и температура воздуха, направляемого в камеру сгорания. Возможна ситуация, когда поршень будет сдавливать уже готовую топливную смесь. При этом давление и температура могут оказаться настолько высокими, что это приведет к детонации, а после - взрыву.


Итоги

Несмотря на все недостатки, отметать применение и актуальность механических нагнетателей все же не стоит. Эти устройства могут стать отличными помощниками в вопросе повышения мощности мотора. Главное в процессе принятия решения - взвесить все «за» и «против».

Стоимость ремонтаНайти запчасть

Механический нагнетатель воздуха для автомобиля.