1.3. Классификация нагнетателей и область их применения

Содержание

• 1 Нагнетатель как элемент агрегатного наддува 1.1 Применение нагнетателя и его функции
• 1.2 Отсутствие нагнетателя в составе ГТД
• 1.3 Типы нагнетателей по их энергетическому приводу
• 1.4 Смысл терминов «нагнетатель» и «компрессор»

2 Турбонагнетатель

3 Приводной нагнетатель

3.1 Специфика применения на автомобильных моторах

3.2 Специфика применения на двухтактных моторах

4 Электронагнетатель

5 См. также

6 Ссылки

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.

Нагнетатель как элемент агрегатного наддува

Применение нагнетателя и его функции

Работа нагнетателя на двухтактном и четырёхтактном моторах
Нагнетатель может применяться на поршневых и роторно-поршневых ДВС, работающих по любому термодинамическому циклу и с любым числом тактов. Для большинства типов подобных ДВС нагнетатель является опциональным элементом конструкции, не влияющим на принципиальную возможность работы самого ДВС. Основная задача нагнетателя здесь — наддув с целью повышения мощности. Под наддувом подразумевается в первую очередь принудительное нагнетание воздуха в ДВС с давлением выше текущего уровня атмосферного, приводящее к увеличению плотности и массы воздуха в камере сгорания перед тактом рабочего хода, что, в свою очередь, согласно правилу стехиометрической горючей смеси для конкретного типа двигателя, позволяет сжечь больше топлива, а значит увеличить крутящий момент (и мощность, соответственно) на любой сравнимой с безнаддувным двигателем частоте вращения коленвала/ротора. В рамках этой задачи наддув с помощью нагнетателя есть лишь один из возможных методов форсировки и/или повышения КПД, и наличие или отсутствие нагнетателя определяется лишь целями и бюджетом разработчиков конкретного мотора. Исключением из этого правила является только некоторые типы двухтактных поршневых ДВС, где нагнетатель в первую очередь выполняет задачу по принудительной продувке цилиндров на стыке двух рабочих тактов и присутствует во впускной системе такого ДВС практически всегда.

Отсутствие нагнетателя в составе ГТД

В газотурбинных ДВС нагнетатель формально отсутствует. Компрессор, входящий в состав любого газотурбинного ДВС, является абсолютно неотъемлемым элементом конструкции, обеспечивающим принципиальную возможность работы подобного ДВС, и такой компрессор в русскоязычном инженерно-техническом лексиконе нагнетателем не называется, хотя и выполняет функцию принудительного нагнетания воздуха.

Типы нагнетателей по их энергетическому приводу

Нагнетатель работает за счёт того или иного вида энергии, получаемой с самого ДВС либо напрямую, либо опосредованно. Возможно использование энергии выхлопных газов, механической энергии вращения валов ДВС, электрической энергии. В зависимости от своего энергетического привода конструкция нагнетателя имеет свои технические особенности и своё собственное название. Нагнетатели, работающие от энергии выхлопных газов, называются турбонагнетателями, от механического привода — приводными нагнетателями. Также есть нагнетатели, работающие от электрической энергии, но для их описания устоявшийся русскоязычный термин пока отсутствует и их можно называть как электронагнетателями, так и нагнетателями с электроприводом.

Смысл терминов «нагнетатель» и «компрессор»

Важным элементом нагнетателя является воздушный компрессор, который присутствует в конструкции абсолютно любого нагнетателя, независимо от его энергетического привода. При этом контексте агрегатного наддува оба термина — и нагнетатель и компрессор — используются наравне, в том числе в составе сложносоставных слов, типа турбонагнетатель/турбокомпрессор, что у непосвящённых в тему может вызвать вопросы к смысловым оттенкам терминов. Следует понимать, что с точки зрения семантики термин «нагнетатель» подразумевает функцию всего агрегата в целом, а «компрессор» — наименование энергетической машины и главного исполнительного узла абсолютно любого нагнетателя. В русскоязычном речевом обиходе равноправное использование обоих терминов применительно к наддуву фактически допустимо, а оба слова, как в простом, так и в сложносоставном виде в данном случае могут считаться синонимами.

В теории лопастных машин термины «нагнетатель» и «компрессор» не тождественны. Обычно лопастные машины, повышающие давление потока не более, чем на 10%, относят к вентиляторам; на 20…25% — к нагнетателям; большие давления соответствуют компрессорам. В обиходе нагнетатель в сборе часто называют «турбиной», хотя в приводном нагнетателе турбина вообще отсутствует, а в газотурбинном является лишь приводом нагнетателя/компрессора.

Действие прибора

Принцип работы нагнетателя происходит практически по такой же схеме, что и у турбокомпрессора. Прибор втягивает воздух из окружающего пространства, сжимает его, после чего отправляет во впускной клапан автодвигателя.
Этот процесс реализуется посредством разрежения, созданного в полости коллектора. Давление при этом создаётся вращением нагнетателя. Во впуск мотора воздух попадает благодаря разнице давлений.

Воздух, сжимаемый внутри автомобильного нагнетателя, сильно нагревается во время сжатия. Это уменьшает его показатели плотности при нагнетании. Для снижения его температуры применяется интеркулер.

Это приспособление представляет собой радиатор жидкостного или воздушного типа, который позволяет предотвратить перегрев всей системы независимо от того, как работает нагнетатель.

Возможно, вас также заинтересует статья нашего специалиста, в которой подробно описывается насос ножной автомобильный.

Дополнительно рекомендуем прочитать статью нашего эксперта, в которой рассказывается о том, как выбрать компрессор для аэрографа.

Турбонагнетатель

Турбонагнетатель в сборе. Турбина — слева, компрессор — справа Простой турбонагнетатель фиксированной геометрии в разрезе
Таковым является нагнетатель, конструкция которого включает в себя миниатюрную турбину, а принцип работы основан на использовании энергии потока выхлопных газов самого мотора, на который осуществляется наддув. Выхлопные газы, воздействуя на турбину, располагающуюся в выпускной системе сразу за выпускным коллектором, раскручивают её, а она передаёт энергию вращения на компрессор. Принципиальная конструкция каждого из двух исполнительных узлов турбонагнетателя в общем и целом идентична для любой разработки, доведённой до стадии работающего агрегата, и предполагает одну радиальную одноконтурную турбину и один центробежный компрессор. При этом фактическая конструкция турбины, компрессора, вала и корпуса может быть весьма различной: так, помимо канонических простых совмещённых турбонагнетателей фиксированой геометрии на подшипниках скольжения, возможно применение турбин изменяемой геометрии, применение двойных спиральных каналов подвода газов к турбине (так называемый Twin-Scroll), применение двойных каналов выхода воздуха с компрессора, разнесение турбины и компрессора на существенное расстояние друг от друга, применение керамических роторов, установка вала на подшипниках качения. Важными (хотя и не особо декларируемыми) критериями мощности и эффективности турбонагнетателя являются наружные диаметры его турбинного и насосного колёс (что можно примерно оценить визуально по размеру корпуса), частота вращения ротора и величина турболага, присущего всем без исключения турбинам.

Турбонагнетатель всегда работает в режиме высоких температур выхлопных газов, а подшипники вала турбонагнетателя являются самой термонапряжённой деталью мотора, которая контактирует с моторным маслом, что накладывает особые требования как к технологии производства деталей, составляющих турбонагнетатель, так и к качеству масла и его ресурсу. И то и другое долгое время было одним из сдерживающих технологических факторов для какого-либо массового внедрения турбонагнетателей на бензиновых моторах .

Любой бензиновый мотор с турбонагнетателем изначально проектируется под наддув. Применение турбонагнетателя на бензиновом моторе, изначально спроектированном как атмосферный, без переделок в принципе возможно, но приведёт к быстрому (если не моментальному) разрушению такого мотора при работе. Необходимость постоянного контроля детонации требует наличия некоей управляющей электроники, что обычно подразумевает систему питания мотора на основе электронного (или как минимум электронно-механического) впрыска. Массовые карбюраторные моторы с турбонагнетателями были крайне редки ввиду чрезмерной механической сложности своих систем питания. Широкое применение турбонагнетатели получили на дизельных моторах коммерческого транспорта — на моторах грузовиков, тракторов, локомотивов, судов. Здесь разрешающими факторами стали повышенная детонационная стойкость дизельных моторов и их более высокий КПД, предполагающий меньший уровень теплового излучения, относительная нетребовательность к эффективности работы мотора коммерческого транспорта в переходных режимах, достаточное пространство моторного отсека.

Особенностью работы турбонагнетателя в сравнении с другими агрегатами наддува является то, что в случае его применения эффект от наддува всегда превышает энергетические затраты на наддув. То есть, для любого мотора, оснащённого турбонагнетателем, всегда возможно получить такой режим наддува, который форсирует мотор настолько, что разрушит его. Мощность любого мотора с турбонагнетателем в 100 % случаев ограничивается прочностью самого мотора, его моторесурсом, а не эффективностью турбонагнетателя. Необходимость ограничения эффекта наддува есть причина того, что турбонагнетатель никогда не применяется на моторах сам по себе, а только комплексно в составе системы турбонаддува, в которой он является основным её элементом, но не единственным.

Кулачковый и винтовой механизмы

Такая разновидность нагнетателей является одной из самых ранних. Подобные устройства ставили в машины с начала 90-х годов. Названы они в честь изобретателей — Roots.

Эти нагнетатели характеризуются быстрым созданием давления, но иногда они могут создавать показатели выше нормы. В таком случае в нагнетательном канале могут образоваться пробки воздуха, что приведёт к уменьшению мощности агрегата.

Чтобы избежать проблем, при использовании таких приборов нужно регулировать показатели давления надува.

Это можно сделать с помощью пары способов:

1. Время от времени отключать устройство.
2. Обеспечить пропускание воздуха с применением специального клапана.

Большинство современных механических нагнетателей воздуха для автомобиля оборудуется электронными системами контроля. В них есть электронные блоки управления и датчики.

Roots-компрессоры являются довольно дорогостоящими. Объясняется это незначительными допусками при производстве таких изделий. Кроме того, за этими нагнетателями нужно регулярно ухаживать, так как чужеродные объекты или грязь внутри пусковой системы могут сломать чувствительный прибор.

Винтовые агрегаты напоминают своей конструкцией модели Roots. Называются они Lysholm. В винтовых нагнетателях создаётся давление внутри с помощью специальных шнеков.

Стоят такие компрессоры дороже кулачковых, поэтому их используют не очень часто и нередко ставят в эксклюзивные и спортивные автомобили.

Приводной нагнетатель

Объёмный приводной нагнетатель Roots Объёмный приводной нагнететель PowerPlus на основе шиберного пластинчатого насоса
Таковым является нагнетатель, конструкция которого состоит из компрессора и некоего механического привода, посредством которого, в свою очередь, и обеспечивается работа нагнетателя за счёт использования мощности, получаемой с мотора, на который осуществляется наддув. Единого общего вида у приводного нагнетателя нет. Исходя из принципов работы своего компрессора, приводные нагнетатели могут быть объёмные, то есть осуществляющие наддув импульсно порциями некоего фиксированного объёма, и динамические, то есть осуществляющие наддув непрерывным потоком. В группу объёмных нагнетателей попадают такие конструкции как: кулачковые (американские Roots

,
Eaton
), винтовые (американский
Lisholm
, немецкий
Mercedes
2000-х годов), спиральные (немецкий
G-Lader
, применявшийся на Volkswagen 1990-х), шиберные (британский нагнетатель
PowerPlus
для довоенных и Rolls-Royce Merlin). Динамические приводные нагнетатели известны только центробежного типа, известных собственных названий они обычно не имеют, а их конструкция более-менее универсальна и в общем и целом схожа с конструкцией некоего канонического центробежного компрессора. В обоих случаях, независимо от типа компрессора, конструкция его механического привода не имеет принципиального значения для работы нагнетателя в целом, с теми лишь особенностями, что привод компрессора имеет повышающее передаточное отношение (порядка 0,15-0,08), а иные конструкции привода позволяют включать/отключать нагнетатель (в том числе по аналоговому принципу) по команде водителя или блока управления. Сами приводы возможны промежуточными валами, шестернями, зубчатыми ремнями, цепями, набором трапецеидальных ремней, а также прямые приводы с торцов коленчатого или распределительного валов. В случаях отключаемого привода используются муфты различной конструкции.

Особенностью работы приводного нагнетателя в сравнении с другими агрегатами наддува является то, что на его привод мотор вынужден расходовать существенную часть своей так называемой индикаторной мощности. Это приводит к тому, что все моторы с приводными нагнетателями имеют высокий удельный расход топлива, который может в несколько раз превышать удельный расход топлива безнаддувного мотора сравнимой нетто-мощности. На высоких оборотах мотора затраты мощности на привод нагнетателя растут нелинейно относительно роста отдачи от его применения, что ещё более увеличивает значения удельного расхода топлива, а сама разница между индикаторной мощностью и нетто-мощностью на максимальных режимах может достигать значения в 50% от нетто.

Ввиду относительно низкого уровня термонапряжённости при работе, приводные нагнетатели относительно нетребовательны к технологии металлов и качеству смазки, и работоспособный надёжный агрегат наддува на основе приводного нагнетателя был доступен к производству практически одновременно с появлением массовых автомобилей. Однако ввиду требований к точности производства деталей приводные нагнетатели были в любом случае дороги, и их применение в первой половине XX-го века ограничивалось эксклюзивными, псевдоспортивными или гоночными автомобилями. Второй областью применения приводных нагнетателей были поршневые авиамоторы, в которых наддув был призван компенсировать понижение атмосферного давления на высоте и связанное с этим разрежение воздуха. После 2МВ авиация перешла на турбореактивные двигатели, а конструкторы автомобильных моторов пошли по пути безнаддувной форсировки, в результате чего приводные нагнетатели оказались почти забыты, и их уделом остался лишь американский тюнинг или некоторые американские и редкие европейские модели дорожных машин. В начале 2000-х приводные нагнетатели стали появляться на относительно недешёвых дорожных машинах в составе комбинированных агрегатов наддува в паре с турбонагнетателем. Подобные системы наддува применяются до сегодняшнего момента, хотя в последние годы существует тенденция вытеснения комбинированного наддува эффективным всережимным турбонаддувом на основе турбин типа Twin-Scroll или турбин изменяемой геометрии, а также комбинированным наддувом из турбонагнетателя и электронагнетателя.

Специфика применения на автомобильных моторах

Объёмный нагнетатель Roots в работе
На бензиновых моторах серийных легковых автомобилей в случаях разработки мотора под наддув на основе приводного нагнетателя таковой нагнетатель всегда будет только объёмного типа. Обоснованием этого является то важное качество любых объёмных компрессоров, что их производительность всегда имеет линейную зависимость от частоты вращения ротора. Именно поэтому моторы с объёмными нагнетателями удобны для водителя: они работают в переходных режимах не хуже безнаддувных (у них отсутствует какая-либо задержка в раскрутке мотора при нажатии на педаль газа) и увеличивают крутящий момент во всём диапазоне оборотов, что на моторе с объёмным нагнетателем особенно ощутимо на «низах». Также у объёмных нагнетателей есть то конструктивное преимущество, что их применение не требует каких-либо дополнительных управляющих элементов и системах (клапанах сброса давления, электронных блоков управления, дополнительных датчиков), что в периоды отсутствия электронных систем впрыска позволяло легко устанавливать объёмные приводные нагнетатели на карбюраторные моторы или моторы с механическим впрыском. В современных системах комбинированного наддува в случае применения объёмных приводных нагнетателей, таковые отвечают за наддув на низких оборотах мотора и выводятся из работы управляющими системами по достижению достаточного давления наддува параллельно работающего турбонагнетателя.

Центробежный приводной нагнетатель ATI ProCharger

Центробежные нагнетатели также могут применяться на бензиновых моторах легковых автомобилей. Но ввиду того, что в любых центробежных компрессорах зависимость объёма перекачиваемого вохдуха от числа оборотов не является линейной, приводные нагнетатели на их основе делаются либо кратковременно подключаемыми (наподобие машин американского тюнинга), либо устанавливаются на моторы, для которых эффективность работы в переходных режимах и эффективность работы на «низах» не сильно важна (например, машины для гонок на дистанцию в четверть мили). При этом установка подключаемого приводного центробежного нагнетателя на изначально безнаддувный мотор может и не требовать доработок под наддув, если время работы мотора в режиме наддува ограничено. А установка постоянно работающего приводного центробежного нагнетателя помимо доработок под наддув может потребовать наличия клапанов сброса давления (что не нужно в случае объёмных нагнетателей). В любом случае обычные серийные дорожные автомобили приводными центробежными нагнетателями не оснащаются.

И объёмные и центробежные приводные нагнетатели могут применяться не только на бензиновых моторах легковых автомобилей, но и на бензиновых и дизельных моторах тяжёлой техники. Выбор приводного нагнетателя, а не более подходящего турбонагнетателя, здесь, вероятно, объясняется спецификой эксплуатации. Примером первого случая является американский танковый бензиновый мотор Teledyne Continental AVSI-1790; примером второго — советский/российский танковый дизельный мотор В-46.

В современном массовом автомобильном моторостроении использование приводных нагнетателей сходит на нет. Главной причиной этого являются механические потери на привод, выражающиеся в повышенном расходе топлива и повышенных выбросах углекислого газа. Адекватной заменой объёмных приводных нагнетателей сегодня являются турбонагнетатели с турбинами типа Twin-Scroll и с турбинами изменяемой геометрии, а также применение нагнетателей с электроприводом в системах комбинированного наддува, что во всех случаях так или иначе помогает решать проблему турболага в переходных режимах и проблему низкой эффективности обычного турбонаддува на низких оборотах мотора.

Специфика применения на двухтактных моторах

Центробежная воздуходувка (2) на двухтактном моторе со встречным движением поршней Объёмная воздуходувка на двухтактном моторе с клапанно-щелевой продувкой
На отдельных типах бензиновых и дизельных двухтактных моторов (с клапанной-щелевой продувкой, со встречным движением поршней), работа которых предполагает относительно невысокие обороты, в качестве неотъемлемого элемента всей конструкции для целей продувки цилиндров на стыке двух рабочих тактов применяются приводные нагнетатели низкого давления. В советском инженерно-техническом лексиконе подобные приводные нагнетатели назывались терминами «воздуходувка

» или «
продувочный насос
». Обеспечиваемое ими давление наддува обычно порядка 0,1-0,2 Бара. На высокооборотных моторах с щелевой продувкой (например, мотоциклетных) подобные воздуходувки/насосы не применяются, и там продувка цилиндров обеспечивается иными способами.

Известны разработки воздуходувок/насосов как на основе объёмных компрессоров, так и на основе центробежных. Пример первого варианта — советские автомобильные дизельные моторы ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206. Пример второго варианта — советский/украинский танковый многотопливный мотор 5ТДФ. При этом свойство центробежных компрессоров увеличивать давление наддува с ростом оборотов может использоваться и для целей форсировки мотора в режиме высоких оборотов. Наличие воздуходувки/насоса не отменяет возможности дополнения подобного двухтактного мотора турбонагнетателем, задачей которого является форсировка мотора в чистом виде. Примером таких моторов с турбонаддувом и без будут конструктивно идентичные локомотивные дизели 10Д100 и 2Д100 тепловозов ТЭ10 и ТЭ3.

Разновидности компрессоров

Различаются механические нагнетатели двигателей и способом создания давления воздуха с целью нагнетания потока во впускной коллектор СА. На сегодня наиболее распространёнными считаются следующие системы компрессоров:

• с кулачковым механизмом (нагнетатели типа Roots);
• винтовые устройства типа Lysholm;
• компрессоры, оснащаемые центробежным механизмом.

Рассмотрим все эти типы более детально.

Нагнетатель кулачкового типа

Данная разновидность относится к исторически самым первым компрессорным установкам, которые применялись на заре автомобилестроения с начала прошлого столетия.

Эта разновидность нагнетателя механического типа считается самым «древним» представителем класса. Кулачковый нагнетатель присутствовал на автомобилях с начала прошлого столетия. Компрессоры этого типа названы именем изобретателей данной системы, братьев Рутс.

С тех пор механизм нагнетателей неоднократно совершенствовался, и в современной интерпретации его характерной особенностью считается применение двух роторов, состоящих из вала с расположенным на нём кулачками в количестве 3-4 штук. Валы вращаются в противоположном направлении, а сами кулачки имеют спиралевидную (червячную) форму. Угол наклона кулачков подобран таким образом, чтобы обеспечить максимальную степень сжатия воздуха с учётом неизбежных потерь из-за завихрений и других аэродинамических процессов.

Можно сказать, что кулачковый МК по принципу функционирования схож с шестерёнчатой передачей маслонасоса силового агрегата.

Поступающий снаружи воздух захватывается вращающимися кулачками, расположенными равномерно по всей длине вала, и благодаря такой конструкции сжимается, проходя между стенками компрессора и кулачками, поступая во впускной коллектор в сжатом состоянии. Этот принцип создания давления именуется внешним нагнетанием.

Отличительной особенностью такого вида компрессоров является достаточно быстрый выход на рабочие показатели. Строго говоря, уровень компрессии увеличивается прямо пропорционально скорости вращения головного вала. Недостатком внешнего нагнетания считается возможность формирования давления воздуха, превышающего требуемое, что может привести к образованию в канале подачи воздушных пробок. Следствием этого будет кратковременное снижение уровня давления, которое будет проявляться падением мощности мотора на определённых режимах его работы.

Безусловно, производители стараются избавиться от подобных нежелательных явлений, характерных именно для механических компрессоров. Реализуется данная функция без изменения конструкции агрегата, посредством ужесточения контроля над процессом наддува. Достигается это автоматической регулировкой уровня давления, причём существует два альтернативных способа:

• контроль за процессом с временным отключением нагнетателя посредством установки датчика давления и электромагнитной муфты;
• второй метод не предполагает остановки компрессора – здесь излишнее давление просто сбрасывается, для чего в паре с датчиком работает перепускной клапан.

Отметим, что современные нагнетатели оснащаются высокоточными электронными компонентами, осуществляющими тонкую регулировку наддува и обеспечивающие практически идеальную, стабильную работу блока независимо от режима работы силового агрегата. В состав таких систем контроля обычно включают два датчика давления, один из которых устанавливается в самом нагнетателе, другой – в системе впуска двигателя. За приведение в действие системы отвечают исполнительные механизмы: для нагнетателей первого типа это магнит, входящий в конструкцию муфты, во втором – электромеханический привод, осуществляющий открытие/закрытие перепускного клапана.

Усовершенствованные механические компрессоры кулачкового типа достаточно дорогие, что обусловлено сложностью технологи их изготовления (минимальные допуски, рекордные для отрасли). Из этого следует и их повышенная чувствительность к качеству основного активного вещества – воздуха, поскольку любой загрязнитель, попавший в нагнетатель, способен вывести из строя это прецизионное устройство. Решается проблема установкой соответствующих фильтрующих элементов, которые необходимо регулярно заменять.

Среди других недостатков механических нагнетателей можно отметить солидную массу конструкции в сборе, а также повышенную шумность в работе. Если в первой особенностью пришлось смириться, то с шумом борются самыми разными способами, начиная с установки различных шумопоглощающих элементов (демпферов, резонаторов) и заканчивая внесением изменений в геометрию корпуса нагнетателя.

На сегодня время несомненным лидером по проектированию и изготовлению компрессоров типа Рутс является фирма Eaton, специализирующаяся на производстве четырёхкулачковых нагнетателей серии TwinVortices («двойной вихрь») повышенной эффективности. Их продукцию можно встретить на многих серийных автомобилях, достаточно упомянуть модели Audi, Cadillac, Toyota. Впрочем, существуют и комплексные решения, характерной чертой которых является использование нагнетателя в паре с турбокомпрессором. Такие моторы семейства TSI выпускает автоконцерн VAG.

Винтовые компрессоры

Устройства для повышения мощности СА данного типа конструктивно сильно напоминает компрессоры типа Roots. По аналогии их тоже назвали именем изобретателя (Lysholm).

Основой конструкции винтового нагнетателя являются два шнека роторного типа, один из которых оснащён выступами оригинальной формы, а другой – такими же по геометрии выемками несколько большего размера. Сами шнеки имеют конусообразную форму с уменьшением объёма каверн ближе к выходу компрессора. Именно сужение ротора и способствует созданию на выходе определенного давления.

В данном случае мы имеем дело с внутренним нагнетанием, обладающим большей эффективностью, нежели при использовании кулачковых роторов. Однако стоимость таких компрессоров ещё выше, и именно этот фактор считается основной силой, сдерживающей распространение данной технологии. Точность работы у них выше, чем у кулачкового аналога, поэтому их устанавливают в основном на элитные спортивные модификации, а также на модели, выпускаемые лимитированными партиями.

Центробежные нагнетатели

По схематике функционирования механические нагнетатели центробежного типа ближе всего к классическим турбинам. Их основной элемент – крыльчатка, вращающаяся с огромной скоростью (порядка 50-60 тысяч оборотов/минуту).

Принцип работы механического нагнетателя центробежного типа заключается в следующем: поступающий снаружи воздух захватывается крыльчаткой и засасывается внутрь её, Возникающая центробежная сила заставляет потоки воздуха ускоряться, проходя дальше через направляющие лопасти. Из крыльчатки воздушная струя выходит на большой скорости, однако такой разгон не сопровождается существенным повышением давления. За это ответственен другой элемент конструкции – диффузор, снабжённый лопатками специальной формы, которые и создают необходимое давление с одновременным снижением скорости движения потока.

На данный момент именно центробежные компрессоры являются наиболее востребованными в автомобилестроении, чему способствует их относительная простота конструкции, малый вес, небольшие размеры, самую демократичную стоимость и высокую эффективность в работе. К тому же центробежные нагнетатели – наименее проблемные в части установки в моторном отсеке.

Однако схожесть с турбокомпрессором обусловила и основной недостаток центробежного аналога: зависимость производительности устройства от режима работы силового агрегата. Как правила, в качестве привода используются передачи с изменяемым передаточным числом, что позволяет частично решить вышеуказанную проблему, заставляя компрессор работать с максимальной нагрузкой при минимальных оборотах коленвала и наоборот.

Особенности конструкции нагнетателей разного типа обусловили их преимущественную сферу использования: компрессоры первых двух типов, как правило, устанавливают на автомобили, для которых важна высокая разгонная динамика, центробежные нагнетатели нашли применение на автотранспортных средствах, двигатель которых должен работать с максимальной эффективностью на самых высоких оборотах.

Электронагнетатель

Схема комбинированного наддува, состоящего из турбины, мотор-генератора, компрессора и аккумуляторной батареи. Работа наддува в режиме турбонагнетателя постоянна, в режиме турбонагнетателя и электронагнетателя — повторно-кратковременна.
Принцип работы электронагнетателя (нагнетателя с электрическим приводом) основан на использовании для привода компрессора электроэнергии из бортовой электрической сети автомобиля. Принципиальная конструкция в общем и целом едина — высокооборотный электромотор и связанный с ним общим валом центробежный компрессор.

Подобные нагнетатели получают распространение на бензиновых моторах легковых автомобилей в последние годы, ввиду широкого внедрения бортовых электросетей с относительно высоким напряжением (~50V) и включением в состав силового агрегата мощных генераторов, аккумуляторов большой ёмкости и конденсаторов. При этом электронагнетатели являются лишь частью общего агрегата наддува и комбинируются с турбонагнетателем (одним или двумя) для совместной работы в рамках функции наддува. Включение электронагнетателя здесь обычно ограничивается переходными режимами работы самого мотора, и в первую очередь такими, на которых эффективность турбонагнетателя низка, например, раскруткой мотора с оборотов холостого хода. В качестве постоянного источника наддува электронагнетатели не применяются, ввиду существенных потерь на перевод механической энергии ДВС в электрическую для питания электромотора и опять в механическую для работы компрессора.

1.3. Классификация нагнетателей и область их применения

содержание .. 1 2 3 4 ..

Гидравлической машиной

называют устройство, преоб­разующее механическую работу в энергию потока жид­кости и наоборот. Гидравлическая машина, в которой в результате обмена энергией происходит преобразова­ние механической энергии жидкости в механическую работу (вращение вала, возвратно-поступательное дви­жение поршня и т. д.), называется
турбиной
или
гидро­двигателем.
Гидравлическая машина, в которой проис­ходит преобразование механической работы в механиче­скую энергию жидкости, называется
нагнетателем.
К на­гнетателям относятся насосы и воздуходувные машины. Воздуходувные машины служат для повышения давле­ния и подачи воздуха или другого газа. В зависимости от степени сжатия воздуходувные машины разделяют на вентиляторы и компрессоры,

Вентилятор

-воздуходувная машина, предназначен­ная для подачи воздуха или другого газа под давлени­ем до 15 кПа при организации воздухообмена.

Компрессором

называют воздуходувную машину, предназначенную для сжатия и подачи воздуха и како­го-либо газа под давлением не ниже 0,2 МПа.

Насос

-устройство, служащее для напорного пере­мещения (всасывания, нагнетания) главным образом ка­пельной жидкости в результате сообщения ей энергии.

Основное назначение нагнетателя — повышение пол­ного давления перемещаемой среды. В зависимости от свойств среды (газ, чистая жидкость, загрязненная жид­кость и взвесь, вязкая жидкость, агрессивная жидкость, жидкий металл, сжиженный газ и т. п.) применяются нагнетатели различных типов и конструкций. В практи­ке довольно часто встречаются нагнетатели разных ти­пов, названия которым даны в зависимости от их на­значения и особенностей эксплуатации (например, пи­тательные, циркуляционные, конденсатные насосы для тепловых электростанций и т. п.). Нагнетатели в основ­ном классифицируют по принципу действия и конструк­ции. В этом смысле их подразделяют на объемные и ди­намические.

Объемные нагнетатели

работают по принципу вытес­нения, когда давление перемещаемой среды повышается в результате сжатия. К ним относятся возвратно-посту­пательные (диафрагменные, поршневые) и роторные (ак­сиально- и радиально-поршневые, шиберные, зубчатые, винтовые и т. п.) насосы.

Динамические нагнетатели

работают по принципу си­лового воздействия на перемещаемую среду. К ним от­носятся лопастные (радиальные, центробежные, осевые) нагнетатели и нагнетатели трения (вихревые, дисковые, струйные и т. п.).

Нагнетатели, используемые в системах теплогазоснабжения и вентиляции, должны удовлетворять сле­дующие основные требования: 1) соответствие фактических параметров работы (р, L, и N)

заданным расчетным условиям; 2) возможность регулирования подачи и давления в определенных пределах; 3) устойчивость и надежность в работе; 4) простота монтажа; 5) бесшумность при работе.

Рассмотрим схемы и принципы действия нагнетате­лей разного типа.

Рис. 7. Схема радиального вентилятора: 1 – коллектор; 2 – рабочее колесо; 3 – спиральный кожух; 4 – лопатка

В радиальном вентиляторе

со спиральным кожухом (рис. 7) перемещаемая среда, двигаясь в осевом на­правлении через всасывающий коллектор, попадает на вращающееся рабочее колесо, снабженное лопатками, изменяет направление своего движения к периферии ко­леса, закручивается в направлении вращения, поступа­ет в спиральный кожух и затем через отверстие выхо­дит из нагнетателя. Рабочее колесо сидит на валу и при­водится во вращение приводом. Вал вращается в под­шипниках, укрепленных на станине или непосредствен­но на кожухе.

Рис. 8. Схема центробежного насоса: 1 — входной патрубок; 2 — рабочее колесо; 3 — корпус; 4 -нагнетательный патрубок; 5 — лопатка

Аналогичную конструкцию и принцип действия име­ет центробежный насос

, изображенный на рис. 8.

К достоинствам таких вентиляторов следует отнести возможность использования для привода высокоскорост­ных электродвигателей, высокий КПД (более 80 %), простоту изготовления, высокую равномерность подачи и относительную простоту ее регулирования. Недостат­ком является то, что подача зависит от сопротивления сети.

В осевом вентиляторе

(рис. 9) поток движется пре­имущественно в направлении оси вращения и некото­рое закручивание приобретает лишь при выходе из ко­леса. Поток через коллектор поступает во входной на­правляющий аппарат, затем в рабочее колесо и в вы­ходной направляющий аппарат. Колесо сидит на валу, вращающемся в подшипниках, укрепленных на стойках.

Рис. 9. Схема осевого вентилятора:

1

— коллектор;
2
— входной направляющий аппарат;
3
— рабочее колесо;
4
— выходной направляющий аппарат;
5
— кожух (обечайка);
6
— обтекатель

Колесо и направляющие аппараты заключены в ко­жух (обечайку). Втулка рабочего колеса имеет обте­катель.

Как в осевом, так и в радиальном вентиляторе пере­дача энергии от двигателя потоку среды происходит во вращающемся рабочем колесе.

Аналогичную конструкцию и принцип действия име­ет осевой насос.

Осевые нагнетатели просты в изготовлении, ком­пактны, реверсивны; по сравнению с радиальными на­гнетателями они имеют более высокие КПД и подачу при относительно низком давлении (напоре).

В прямоточном радиальном вентиляторе

(рис. 10) перемещаемая среда вначале также движется в осевом направлении и поступает во вращающееся рабочее ко­лесо, где под действием центробежной силы проходит в радиальном направлении в межлопа-

Рис. 10. Схема прямоточного вентилятора:

1

— корпус;
2
— рабочее колесо;
3
— диффузор

точном простран­стве и выходит в осевом направлении по кольцу через радиальный лопастной диффузор, стенки которого име­ют криволинейную форму, а лопатки установлены на осесимметричном коленообразном участке диффузора. В диффузоре часть динамического давления преобра­зуется в статическое. КПД вентилятора достигает 70 %. Одним из преимуществ вентиляторов такого типа яв­ляется возможность размещения электродвигателя внутри кожуха, что приводит к улучшению шумовых характеристик установки. Изготовление таких вентиля­торов несколько сложнее, чем обычных.

Смерчевой вентилятор

(рис. 11) имеет рабочее коле­со с небольшим числом лопаток, прикрепленных к зад­нему диску. Это колесо размещено в специальной нише в задней стенке спирального кожуха. При вращении ко­леса возни-

Рис. 11. Схема смерчевого вентилятора:

1

— кожух;
2
— лопатка;
3
— задний диск

кает вихревое течение, аналогичное атмосфер­ному вихрю — смерчу, в центральной и периферийной частях которого образуется перепад давлений, являю­щийся побудителем движения воздуха. Вследствие это­го основная часть потока с содержащимися в нем при­месями проходит через нагнетатель, минуя рабочее ко­лесо. КПД вентилятора не превышает 60 %.

Дисковый вентилятор

(рис. 12) относится к нагне­тателям трения. Рабочее колесо у такого нагнетателя представляет собой пакет дисков (колец), расположен­ных с небольшим зазором перпендикулярно оси враще­ния колеса. Передача энергии от колеса потоку жидкости происходит в результате действия сил трения в по­граничном слое, образующемся на дисках. Отсутствие срывных вихревых зон, неизбежных в лопастном рабо­чем колесе, способствует устойчивой работе дисковых машин с малым шумом. КПД таких нагнетателей не превышает 40 – 45 %.

Вихревой насос

(рис. 13) относится к машинам тре­ния. Его рабочее коле-

Рис. 12. Схема дискового вентилятора:

1

— корпус;
2
— рабочее колесо

со, аналогично колесу центробеж­ного насоса, засасывает жидкость из внутренней части канала и нагнетает ее во внешнюю, в результате чего возникает продольный вихрь. При прохождении жидко­сти через рабочее колесо в вихревом насосе, как и в центробежном, увеличиваются кинетическая энергия жидкости (увеличивается ее скорость) и потенциальная энергия давления.

Рабочим органом насоса является рабочее колесо с радиальными или наклонными лопатками. Колесо вра­щается в цилиндрическом корпусе с малыми торцовыми зазорами. Жидкость поступает через всасывающее отверстие в канал, перемещается по нему рабочим ко­лесом и выбрасывается через выходное отверстие.

Рис. 13. Схема вихревого насоса:

1

– рабочее колесо;
2
– лопатка;
3
– корпус;
4
– всасывающее отверстие;
5
– выходное отверстие

Вихревой насос

по сравнению с центробежным об­ладает следующими достоинствами: создаваемое им давление в 3-5 раз больше при одинаковых размерах и частоте вращения рабочего колеса; конструкция про­ще и дешевле; обладает самовсасывающей способностью; может работать на смеси жидкости и газа; по­дача меньше зависит от противодавления сети. Недо­статками насоса являются низкий КПД, не превышаю­щий в рабочем режиме 45 %, и непригодность для по­дачи жидкости, содержащей абразивные частицы (так как это приводит к быстрому изнашиванию стенок тор­цовых и радиальных зазоров и, следовательно, падению давления и КПД).

Диаметральный вентилятор

(рис. 14) имеет следую­щий принцип действия. Если во вращающееся колесо барабанного типа поместить неподвижное тело, располо­женное несимметрично относительно оси колеса, то осесимметричный вихрь, образующийся вокруг колеса, сме­щается в сторону, и возникает течение воздуха через колесо в сторону меньшего сечения. Поперечное течение появляется также при установке лопаточного колеса в несимметричном коленообразном корпусе.

Рис. 14. Схема диаметрального вентилятора:

1

— рабочее колесо;
2
— корпус;
3
— неподвижное тело

Диаметральные вентиляторы имеют следующие преи­мущества по сравнению с радиальными: диаметральные вентиляторы с широкими колесами могут непосредствен­но присоединяться к воздуховодам, имеющим сечение в форме вытянутого прямоугольника; диаметральные вентиляторы могут создавать значительные давления даже при невысоких окружных скоростях рабочих ко­лес, поскольку поток воздуха дважды пересекает лопа­точное колесо.

Недостатки, мешающие более широкому применению диаметральных вентиляторов, состоят в следующем: невысокий КПД (максимальный 60–65%); повышен­ный уровень шума; возможность появления неустойчи­вых режимов работы в области, где с увеличением по­дачи наблюдается рост давления; существенные пере­грузки электродвигателя при уменьшении сопротивле­ния сети.

Поршневой нагнетатель

(рис. 15) состоит из цилинд­рического корпуса, внутри которого перемещается пор­шень с кольцами, всасывающего и нагнета-

Рис. 15. Схема поршневого нагнетателя:

1

— корпус;
2
— поршень;
3
— вса­сывающий клапан;
4
-нагнета­тельный клапан

тельного кла­панов. Поршень в корпусе совершает возвратно-поступа­тельное движение. Преобразование вращательного дви­жения привода в возвратно-поступательное движение поршня осуществляется с помощью кривошипно-шатунного механизма. При движении поршня вправо откры­вается клапан 3,

и жидкость заполняет пространство внутри корпуса. При этом клапан
4
закрыт. При дви­жении поршня влево клапан
3
закрыт, открывается кла­пан
4,
и жидкость выталкивается в нагнетательный тру­бопровод.

Поршневые нагнетатели имеют следующие достоин­ства: высокий КПД (до 95 %); возможность получения высоких давлений; независимость подачи от противо­давления сети; возможность запуска в работу без пред­варительного залива (при использовании в качестве насосов). К недостаткам относятся громоздкость конструк­ции; невозможность использования для привода высо­коскоростных электродвигателей из-за сложности при­вода через кривошипно-шатунный механизм; сложность регулирования подачи.

Рис. 16. Схема зубчатого насоса:

1

— корпус;
2
— шестерня

Зубчатый (шестеренный) насос

(рис. 16) состоит из двух шестерен, расположенных в корпусе. Одна из шес­терен приводится в движение расположенным на одной оси электродвигателем, а вторая получает вращение от первой благодаря плотному зацеплению зубьев. При работе жидкость захватывается зубьями колес, отжи­мается к стенкам корпуса и перемещается со стороны всасывания на сторону нагнетания. Переток жидкости в обратном направлении практически отсутствует из-за плотного сцепления зубьев.

Рис. 17. Схема нагнетателя восьмерочного типа: 1 — корпус; 2 — рабочее колесо

Рис. 18. Схема пластинчатого нагнетателя: 1 — корпус; 2 — ротор; 3 — пластины

Рис. 17. Схема нагнетателя восьмерочного типа: 1 — корпус; 2 — рабочее колесо

Рис. 18. Схема пластинчатого нагнетателя: 1 — корпус; 2 — ротор; 3 — пластины

Число

зубьев в пределе может быть уменьшено до двух, при этом вращающиеся элементы будут иметь очертания, напоминающие восьмерку (рис. 17). В та­ком нагнетателе необходимо обеспечить привод от дви­гателя обеих «восьмерок», так как в отличие от зуб­чатых насосов они не имеют зацепления.

К достоинствам нагнетателей данного вида следует отнести компактность, простоту конструкции, отсутствие клапанов, возможность использования для привода вы­сокоскоростных электродвигателей, независимость пода­чи от противодавления сети, реверсивность, возмож­ность получения высоких давлений (5 МПа для шестеренного насоса, 0,5 МПа для насоса «восьмерочного» типа). Основные недостатки состоят в быстром износе рабочих органов, невысокой подаче и сравнительно низ­ком КПД (до 0,75 %).

Пластинчатый нагнетатель

(рис. 18), как и зубча­тый, относится к группе роторных машин. Он состоит из цилиндрического корпуса, в котором эксцентрично расположен массивный ротор с радиальными продоль­ными пазами, где свободно размещены пластины, вы­полненные из материала, хорошо сопротивляющегося истиранию. При вращении ротора пластины под дей­ствием центробежных сил выходят из пазов, прижи­маются к внутренней поверхности корпуса, захватывают на стороне всасывания жидкость и перемещают ее к на­гнетательному трубопроводу, т. е. пластины как бы вы­полняют роль поршня.

К достоинствам нагнетателя относятся высокая рав­номерность подачи, возможность непосредственного сое­динения с электродвигателем, отсутствие клапанов, ре­версивность, независимость подачи от противодавления сети. К недостаткам следует отнести повышенную чув­ствительность к качеству перемещаемой жидкости (на­личию в ней механических примесей), быстрый износ кромок пластин, довольно низкий КПД — 50 % (из-за перетекания жидкости через зазоры между кромками пластин и стенками корпуса).

В струйных нагнетателях

смешение двух жидких или газообразных сред происходит под воздействием давле­ния, создаваемого другими нагнетателями (например, насосами или вентиляторами). Движение перемещаемой жидкости обеспечивается струей рабочей жидкости.

Рис. 19. Схема водоструй­ного нагнетателя: 1 — сопло; 2 — камера смеше­ния; 3 — диффузор

Рис. 20. Схема эжектора: 1 — сопло; 2 — камера смешения; 3 — диффузор

Известны две конструктивные схемы струйных аппа­ратов. В аппаратах, выполненных по первой схеме (рис. 19), подмешиваемый поток поступает под углом 90° к оси аппарата. Вследствие больших потерь на удар при смешивании потоков КПД этих аппаратов очень низок и не превышает 25 %. В аппаратах, выполненных по второй схеме (рис. 20), подмешиваемый поток под­водится вдоль оси аппарата. При этом, как доказал проф. П. Н. Каменев, их КПД может быть доведен до 43,5 %.

Любой струйный аппарат состоит из сопла, куда по­дается рабочая жидкость (вода, газ, пар), камеры сме­шения, где смешиваются рабочая и подсасываемая жид­кости, и диффузора, в котором осуществляется преобра­зование кинетической энергии в потенциальную, т. е. создается давление.

Работает струйный аппарат следующим образом. Ра­бочая жидкость выходит из сопла с большой скоростью в виде струи, несущей большой запас кинетической энер­гии. Активная рабочая струя захватывает окружающую жидкость и передает ей часть своей энергии. Образовав­шийся смешанный поток движется в проточной части аппарата. В камере смешения в результате обмена им­пульсами происходит выравнивание поля скоростей по­тока и за счет высвобождающейся кинетической энер­гии растет его статическое давление. Затем поток посту­пает в диффузор, где вследствие уменьшения скорости и, следовательно, динамического давления потока про­исходит увеличение статического давления.

К достоинствам струйных аппаратов следует отнести простоту конструкции и отсутствие подвижных элемен­тов; к недостаткам — очень низкий КПД.

Рис. 21. Схема газлифта (эр­лифта):

1

— обсадная труба;
2
— газовая труба;
3
— подъемная труба

В пневматических нагнетателях (подъемниках)
для подъема жидкости используется сжатый воздух или технический газ. Идея подъема жидкости сжатым воздухом возникла в конце XVIII в., но только спустя столетие нашла практическое применение для подъема воды и нефти из скважин. Аппарат, в котором воплотилась эта идея, получил название газлифт (эрлифт).
Теория газлифта, правильно объясняющая его действие увлече­нием жидкости всплывающими пузырьками воздуха, была разработана лишь в 1941 г. Н. М. Герсеванозым. Существуют три типа газлифтов (рис. 21): I — с двумя трубами: газовой и для подъема жидкости (жид­костной); II — с одной газовой и III — с одной жидкостной трубой, установленной в обсадной трубе и опущен­ной в скважину.

Рис. 22. Схема пневматиче­ского подъемника периодиче­ского действия

В газлифте I-го и II-го типов сжатый воз­дух (или газ) под давлением нагнетается в скважину по газовой трубе, а в газлифте III-го типа воздух нагне­тается в кольцевое пространство между обсадной и жидкостной трубами. В жидкостных трубах образует­ся смесь жидкости и воздуха (или газа) — эмульсия. Пузырьки воздуха (или газа) устремляются вверх, увлекая за собой жидкость. Достигнув верха труб, эмуль­сия изливается. Пузырьки воздуха (или газа) по мере движения вверх увеличиваются в объеме вследствие уменьшения в них давления, при этом возрастает ско­рость подъема эмульсии. При подъеме пузырьков часть жидкости не увлекается ими и падает вниз. Чем меньше скорость подъема эмульсии, тем больше утечка жидко­сти. Практикой установлены следующие оптимальные скорости движения эмульсии. При входе воздуха (или газа) v ³ 3м/с, при изливе v = 6¸8 м/с. При увеличе­нии скорости быстро возрастают потери давления, а при ее уменьшении увеличивается скольжение пузырьков воздуха (или газа), что приводит к увеличению потерь жидкости. На выходе эмульсии из газлифта сепаратором производится разделение газа и жидкости. Сепарато­ром для воды служит отражатель в виде зонта, уста­новленный в приемном баке. Эмульсия ударяется о внут­реннюю поверхность отражателя, воздух улетучивается, а вода стекает с отражателя в бак, откуда по трубам направляется в систему водоснабжения.

Для нормальной работы газлифта необходимо, что­бы высота слоя жидкости в скважине была больше вы­соты ее подъема (H — h > h

)
, а
также, чтобы уровень жидкости был постоянным (так называемый динамиче­ский уровень), а коэффициент погружения
К=Н/h
на­ходился в пределах 1,7…3,5. Встречающиеся на практи­ке газлифты имеют подачу 1…500 м3/ч с высотой подъе­ма воды 10…200 м.

Несмотря на малый КПД (15…36 %) подъем жид­кости с помощью газлифтов обладает следующими до­стоинствами: простота устройства, отсутствие в скважи­не механизмов, надежность и бесперебойность действия, невысокие требования к качеству жидкости.

К пневматическим подъемникам относится и пневма­тическое устройство периодического действия (рис. 22). Подъем воды из резервуара 1

в бак
2
на высоту
Н
госуществляется с помощью компрессора
3
и пневматиче­ского баллона
4.
При отключенном компрессоре и от­крытых задвижках
а и б
баллон заполняется водой. Закрыв задвижки
а
и
б
, открывают задвижку
в
и, включив компрессор, вытесняют воду в бак. Цикл подачи осуществляется периодически.

содержание .. 1 2 3 4 ..

Ссылки

• [yamotorist.ru/index.php/kontent/turbonadduv Турбонагнетатель и его сравнение с механическим компрессором]
• Статья «Наддув, нагнетатели и немного истории»
• Статья «Что такое турбонаддув»
• Дизель с четырьмя нагнетателями разработки BMW
• Объёмные нагнетатели для американских моделей Ford
• Электрический наддув разработки Audi
• Автомобильный мотор с приводным нагнетателем 2020 года Mazda SkyActive X (1)
• Автомобильный мотор с приводным нагнетателем 2020 года Mazda SkyActive X (2)
• Комбинированный наддув для бензиновых моторов разработки Volvo
• Комбинированный наддув для дизелей разработки Mazda
• Нагнетатель Garrett с двойным приводом от турбины и электромотора

Это заготовка статьи об автомобилях. Вы можете помочь проекту, дополнив её.

Некоторые внешние ссылки в этой статье ведут на сайты, занесённые в спам-лист. Эти сайты могут нарушать авторские права, быть признаны неавторитетными источниками или по другим причинам быть запрещены в Википедии. Редакторам следует заменить такие ссылки ссылками на соответствующие правилам сайты, либо библиографическими ссылками на печатные источники, либо удалить их (возможно, вместе с подтверждаемым ими содержимым). Список проблемных доменов yamotorist.ru

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.

Принцип работы

Механический нагнетатель автомобиля управляется размещённой на дросселе заслонкой. Она работает на высоких оборотах и открывается тогда, когда на трубопроводе закрыта заслонка. Воздух поступает в коллектор свободно. При небольших оборотах заслонка дросселя открыта под небольшим углом. При этом заслонка трубопровода открывается в полной мере, возвращая в компрессор часть воздуха. Главная функция интеркулера заключается в снижении уровня температуры воздуха до 10° для повышения степени сжатия.

Механический нагнетатель: в чём суть этого способа наддува?

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

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

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

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

Плюсы и минусы механических нагнетателей

Теперь обобщим все достоинства и недостатки.

Главные преимущества:

1. Почти полное отсутствие потери мощности, при условии подключения системы к отдельному электроприводу;
2. Лучше всего центробежные нагнетатели работают на высокой скорости, а винтовые на разгоне;
3. Не высокая стоимость системы и простота её монтажа, обеспечивает отличное функционирование на незначительных оборотах и быстрое реагирование на любую манипуляцию с педалью газа.

Основные минусы:

1. В случае установки на инжекторный либо Карбюраторный двигатель необходима дополнительная подготовка. Следует учитывать изменения уровня давления, проще говоря «железа», прошивку ЭБУ. Для предотвращения падения уровня мощности двигателя все мероприятия следует осуществлять одновременно.
2. Некоторый уровень шума, создаваемый приводом. Износ деталей происходит крайне быстро, если система функционирует на высокой скорости.
3. Механический наддув создаётся посредством вращательного момента коленвала. Уровень мощности на порядок меньше, чем у турбонаддува, расход топлива больше, отбирается до 30% производительности мотора.

Следует грамотно подбирать нагнетатель, учитывая при этом принцип, устройство и соответствие по:

• Особенностям смазки;
• Типу используемого привода;
• Рабочим режимам;
• Массе и габаритам;
• Уровню производительности.

В реальности зачастую покупают б/у либо новые механические нагнетатели, которые рассчитаны на определённую модель автомобиля. Они реализуются в комплекте с крепежом, ремнями, трубопроводом, приводом и инструкцией.