Суперчарджер

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.

Виды нагнетателей

Справедливости ради надо сказать, что первыми появились механические нагнетатели (kompressor, supercharger), которые приводятся в действие механической энергией вырабатываемой двигателем.
Различают несколько типов механических нагнетателей:
— центробежные, наиболее похожие на турбонаддув, поскольку воздух засасывается центробежной крыльчаткой;
— нагнетатели типа «Рутс»(Roots), в котором воздух нагнетается двумя роторами, как в маслонасосе;
— винтовые нагнетатели (Lysholm), по принципу похожие на Roots, но вместо двух роторов с лопастями применены винтовые роторы;

Компрессор Рутса

Компрессор Лисхольм

Центробежный компрессор

Плюсы механических нагнетателей:
— начинают работать сразу, как только начинает работать двигатель — нет турбоямы;
— прямая связь с оборотами двигателя — мгновенный отклик на нажатие педали газа;
— отличная тяга на «низах»;

Минусы механических нагнетателей:
— весьма существенно отнимают мощность у мотора (до 20%);

Есть и «электрический наддув» (электрокомпрессор), когда приводом компрессора служит электродвигатель. Но как правило такие нагнетатели устанавливаются не автономно, а в паре с турбонагнетателем.

Электрический нагнетатель

Плюсы электрических нагнетателей:
— можно настроить программу оборотов под любой режим работы ДВС — нет «провалов»;

Минусы электрических нагнетателей:
— для обеспечения требуемого потока воздуха необходим мощный электродвигатель, который потребляет много энергии;

Поскольку и у механических и у электрических нагнетателей есть один, но существенный минус — они требуют много дополнительной энергии для работы, то наибольшего распространения получили турбонагнетатели с приводом от выхлопных газов (турбокомпрессоры), которые такого недостатка лишены.
Турбокомпрессор приводится в движение отработанными газами, которые все равно «выбрасываются» наружу.

Турбокомпрессор в разрезе:

Плюсы турбокомпрессоров:
— нет потери мощности ДВС;

Минусы турбокомпрессоров:
— задержка увеличения мощности двигателя при резком нажатии на педаль газа — турбояма;
— резкое увеличение давления наддува после преодоления турбоямы — турбоподхват.
— воздух в турбокомпрессоре сильно нагревается, для его дальнейшего использования необходимо дополнительное охлаждение;
— требуется более качественное масло и более частая его замена;

Как увеличить срок службы турбокомпрессора?

Турбокомпрессор нуждается в постоянной масляной смазке. Когда вы запускаете автомобиль, то как правило первые секунды турбокомпрессор работает в режиме нехватки масляной смазки. Поэтому не советуем владельцев турбированных автомобилей трогаться с места сразу после запуска двигателя. Так что после того как вы запустили мотор подождите около 30 секунд, пока турбина равномерно не смажется маслом.

В крайнем случае вы можете все-таки тронуться с места сразу после запуска двигателя, но в таком случае езжайте на небольшой скорости (на низких оборотах двигателя). Таким образом вы избежите преждевременного износа внутренних компонентов турбины.

Также не советуем вам выключать двигатель после движения на высокой скорости. Дело в том, что если после движения на больших оборотах двигателя вы сразу заглушите мотор, то турбина еще будет крутиться по инерции еще около 20 секунд фактически без смазки, поскольку система масляной смазки работает только при включенном двигателе.

Кроме того, чтобы турбина преждевременно не вышла из строя вы должны использовать моторное масло, только рекомендованное автопроизводителем. Желательно если вы будете приобретать масло у официальных дилеров. Так как вы снизите риск купить поддельное некачественное моторное масло, которое может не только в короткий срок вывести турбокомпрессор из строя, но и существенно снизить ресурс двигателя.

Преимущества турбокомпрессора.

Оснащенный турбокомпрессором двигатель имеет экономические и технические преимущества в сравнении с атмосферным (безнаддувным) давлением
Двигатель с турбокомпрессором имеет более высокую массу и мощность чем атмосферный двигатель
Двигатель с турбокомпрессором не такой огромный, как атмосферный, с той же мощностью

Кривая крутящего момента двигателя оснащенным турбокомпрессором, лучше адаптируется к специфическим условиям эксплуатации. Это, например, когда водитель огромного и тяжелого грузового автомобиля значительно реже переключает передачи на дороге горной местности, плюс само вождение будет более “мягким”.

Также отметим, что на базе атмосферных двигателей можно производить версии, оснащенные турбокомпрессором, которые будут отличаться по мощности.

Турбокомпрессор, укомплектованный в двигатель обеспечивает лучшее сгорание топлива. И это подтверждает уменьшение потребления топлива грузовиками на больших пробегах
Улучшая сгорание, турбокомпрессор уменьшает выброс токсичности отработавших газов
Двигатель с турбокомпрессором работает намного стабильнее своего атмосферного аналога такой же мощности, и издает меньше шума
Турбокомпрессор для двигателя и всей системе сгорания выступает как определенный глушитель в системе выпуска

Ремонт турбокомпрессоров (ремонт турбин).

Современный турбокомпрессор – высокотехнологическое устройство, следовательно, и ремонт турбин представляет собой сложную задачу, которая требует у мастеров внимательности, аккуратности, технических навыков с использованием качественных материалов.

Если Вы заметили какие-либо неполадки на своей технике, связанные с турбинным оборудованием, то вам необходимо моментально проконсультироваться у специалиста, мастера, и предпринять соответствующие меры.

Здесь главная задача мастера – определить все причины, содействующие проблемам с турбиной. Быстро и эффективно разобраться в неполадках, и решить их, заказав ремонт турбины.

Что касается причин, которые содействуют выходу турбокомпрессора из строя, то их может быть много. Например, значительно высокая температура отработавших газов, большая частота вращения вала и другие.

Также повредить турбину можно обычными (естественными) причинами неисправностей, не задавая больших нагрузок на двигатель:

Масляная недостаточность
Загрязнение масла химическими элементами
Загрязненный воздушный фильтр
Перегрев турбокомпрессора
Иные предметы, попавшие в улитку компрессора или механической турбины

Определяя и убирая все эти причины, и возможные другие, ремонт турбокомпрессоров и диагностика проходит следующим образом:

Разбирается все оборудование, детали тщательно очищаются и моются от смазки
Проводится дефектация, поиск трещин и признаков износа турбин
Проводятся ремонтные токарно-слесарные работы
Устанавливаются новые комплектующие на турбокомпрессор
Балансируется ротор вала и турбина, затем собирается, и проводится диагностика на утечку масла
По окончании, устанавливается улитка и чугунка

Проделывая весь вышеперечисленный комплекс мероприятий по ремонту турбокомпрессоров можно ремонтировать турбинное оборудование любой сложности: для легковых и грузовых автомобилей, автобусов, сельскохозяйственной, строительной техники и т.д. главное производить ремонт в заводских условиях .

Качественный ремонт турбин практически невозможен без качественного спецоборудования.

Балансировка – один из самых важных и основных моментов в ремонте турбокомпрессора, без проведения этой операции или проведения некачественной балансировки, ремонт можно считать недействительным.

Ремонт турбин для легковых и грузовых автомобилей, микроавтобусов, спецтехники необходимо производить опытными, квалифицированными специалистами в области гидрооборудования. К ремонту турбокомпрессора необходимо прилагать гарантийный талон, и обязательно инструкцию по установке и эксплуатации.

В конце отметим, что любой турбокомпрессор или механическая турбина нуждаются в определенном обслуживании. А именно, всегда нужно следить за смазкой всего оборудования. Потому, как недостаток масла обычно приводит к сильному износу, а то и выхода из строя запчастей.

Частые и основные признаки неисправности

– это черный или синеватый дым из выхлопной трубы, сокращенная мощность двигателя, увеличенный расход моторного масла или шум при работе турбокомпрессора.

На двигателе, который отлично работает, вовремя и качественно обслуживается, турбокомпрессор может безотказно работать в течение многих лет. Следовательно, не будет необходимости задумываться про ремонт турбокомпрессоров на своей технике на протяжении долгого времени.

что это такое, зачем нужен, как устроен и как работает турбонагнетатель

Турбонаддув довольно широко используется на ДВС, работающих как на бензине так и на дизтопливе. При этом использование системы турбонаддува на дизелях считается более выгодным благодаря высокому показателю сжатия ДВС и малой частоте оборотов коленвала.

В бензиновых двигателях высока вероятность возникновения детонирующего эффекта вследствие значительного увеличения количества оборотов двигателя и высокого температурного режима газов при сгорании топлива (до 1000 °C, у дизеля лишь 600 °C).

Устройство системы турбонаддува

воздушный заборник и фильтр;
дроссельная заслонка;
турбинный компрессор;
интеркулер;
коллектор впускной;
соединительные патрубки;
напорные шланги

Турбинный компрессор (нагнетатель)

Турбинное колесо используется для переработки энергии, выделяемой отработанными газами. Колесо и его корпус изготавливаются из высокопрочных и жароустойчивых материалов — стальных и керамических сплавов.

Компрессорное кольцо применяется для всасывания воздушной массы, с дальнейшим ее сжатием и нагнетанием в цилиндры ДВС.

Кольца турбокомпрессора установлены на роторном валу, который совершает вращательные движения в плавающих подшипниках. Для более эффективной работы подшипники постоянно смазываются маслом, которое поступает по канальцам, расположенным в подшипниковом корпусе.

Регулятор давления наддува

Перепускной клапан может быть оснащен приводом электрического или пневматического типа. Активация клапана происходит вследствие приема сигналов от датчика давления.

Предохранительный клапан

Принцип действия турбонаддува

Очевидно, что хотя турбонаддув механически никак не связан с коленвалом двигателя, однако его работа и ее эффективность находится в прямой зависимости от скорости вращения коленчатого вала. Чем выше обороты двигателя, тем эффективнее работает турбонаддув.

Несмотря на свою практичность и эффективность, система турбонаддува имеет некоторые недостатки. Ключевым из них является появление турбоям — задержка в увеличении мощности ДВС.

Подобное явление проявляется вследствие инерционности системы — задержки в увеличении давления наддува при достаточно резком нажатии на газ, что может привести к разрыву между требуемой мощностью двигателя и производительностью турбины.

Использование системы с двумя (и более) турбокомпрессорами. Турбины могут устанавливаться параллельно — это допускается на двигателях V-образного типа. При этом каждая турбина устанавливается на свой ряд цилиндров. Идея данного метода в том, что две турбины меньшего размера обладают более низкой инерционностью, чем одна большая турбина. Турбины так же могут устанавливаться и последовательно, причем их может быть от двух до четырех (Bugatti). Увеличение производительности и максимальная эффективность турбонаддува в этом случае достигаются за счет того, что при разных оборотах двигателя используется свой турбокомпрессор.
Использование турбины с изменяемой геометрией. Подобный метод обеспечивает более рациональное использование энергии отработанных газов за счет изменения площади сечения входного канала турбины. Данный метод весьма часто используется на дизельных двигателях, например всем известная система TDI от Volkswagen.
Использование комбинированного типа турбонаддува. Данный метод позволяет применять симбиоз двух систем — механического и турбинного наддува. Механический наддув эффективен на малых оборотах коленвала, при которых сжатие воздуха обеспечивается нагнетателем механического типа. Турбонаддув применяется при высоких оборотах коленвала, где функцию нагнетания воздуха берет на себя турбинный компрессор. Наиболее распространенной системой комбинированного наддува является наддув двигателя TSI от Volkswagen.

Плюсы и минусы компрессора механического типа

По сравнению с турбиной, механический нагнетатель работает за счет вращения коленчатого вала, а не от выхлопных газов. Несмотря на то, что компрессор увеличивает мощность, он, так или иначе, создает дополнительную нагрузку на силовой агрегат.

Это, в свою очередь, снижает КПД мотора, а также усложняет конструкцию двигателя, повышает его шумность, а также приводит к дополнительным растратам. При интенсивных нагрузках детали двигателя изнашиваются более интенсивно при наличии механического нагнетателя, чем на моторах без компрессора.

Основные плюсы:

Система этого типа не дорогая, легко устанавливается, обеспечивает хорошую работу на небольших оборотах, мгновенно реагирует на манипуляции с педалью газа.
Винтовые нагнетатели лучше всего функционируют на разгоне, центробежные на высоких скоростях.
Потери мощности практически нет, если система подключается к отдельному электроприводу.

Основные минусы:

Механический наддув осуществляется за счет вращательного момента коленвала. Если сравнивать с турбонаддувом, то мощность меньше, расход топлива больше, отбирается примерно 30% производительности мотора.
Привод создает определенный уровень шума. Если механическая система используется на высоких скоростях, детали изнашиваются очень быстро.
При установке на карбюраторный или инжекторный двигатель требуется дополнительная подготовка. Необходимо учесть изменения давления, то есть, заменить часть «железа», прошивку ЭБУ. Все работы нужно выполнить одновременно, чтобы предотвратить снижение мощности двигателя.

Важно правильно подобрать нагнетатель, учитывая устройство, принцип работы, соответствие:

по производительности;
размерам, весу;
режимам функционирования;
типу привода;
особенностям смазки.

На практике чаще всего приобретаются новые или б/у комплекты механических нагнетателей воздуха, рассчитанные на конкретную модель авто. Они продаются вместе с инструкцией, приводом, трубопроводом для воздуха, ремнями, крепежом

При самостоятельном подборе важно знать классификацию, особенности эксплуатации. Необходимо учесть, что при сжигании большего объема топлива будет выделяться дополнительное количество тепла

Перед установкой дорабатывается топливоподача, система охлаждения, конструкция цилиндров с учетом увеличения КПД. Чаще всего меняется бензонасос, форсунки.По этим причинам лучше всего доверить эту работу специалистам

Важно понимать, что с целью избежания детонации в будущем придется использовать высокооктановое топливо

Спиральные компрессоры (нагнетатели)

Леон Креукс в 1905 году подал заявку на патент для создания паровой машины, которая в процессе 10 лет доработки превратилась в компрессор с двумя спиральными витками, восьмью струями вместо четырех, внешней и внутренней камерой расположенными по бокам с разворотом в 180 градусов. Но на тот момент думать о массовом производстве компрессоров было очень рано.

Не было материалов способных выдержать рабочую температуру и оборудования для точной обработки деталей. Последнее является решающим фактором, поскольку любая погрешность в изготовлении деталей, качестве или структуре поверхности могла привести к значительной потери КПД, быстрой поломке всего двигателя и нагнетателя в частности. Из-за этого его применение в машиностроении началось гораздо позднее.

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

Преимущества спирального компрессора:

Высокий КПД -76%
Хорошие уплотнения и как следствие хорошая отдача на малых оборотах.
Низки уровень шума

Поршневые компрессоры

Одна из самых распространённых схем среди обычных воздушных компрессоров является поршневые компрессоры (нагнетатели). На данный момент они совершенно не используются в автомобиле строении, в отличие от судоходства, где устанавливаются почти на все крупные судна.

Основным действующим элементом поршневого компрессора как это ни странно звучит, является поршень. При движении в нижнюю мертвую точку (НМТ) он выталкивает весь находящейся под ним сжатый воздух.

Типы механических нагнетателей

Есть три типа суперчарджеров:

Центробежный
Двух винтовой, типа Lysholm
Кулачковый, типа Roots

Центробежный нагнетатель воздуха

Центробежные нагнетатели воздуха маленькие и относительно просты в установке, но прирост мощности пикообразный. Когда он раскручивается, центробежная сила значительно возрастает и supercharger может перекачивать воздух удивительно быстро. Так как этот тип механического нагнетателя работает также, как и турбокомпрессор, то у него есть те же проблемы. Требуется немного времени чтобы раскрутиться, и они не так хорошо работают на низких оборотах.

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.

Передача крутящего момента осуществляется посредством:

Шестеренчатой передачи;
Цепи;
Ремня (с клиньями, зубьями либо плоский);
Прямого привода (при установке нагнетателя на фланец вала).

Основной минус ремней заключается в коротком эксплуатационном сроке и риске проскальзывания. В случае применения шестерни создаётся дополнительный шум, и увеличиваются габариты оборудования.

Нагнетатели, приводимые волновым давлением газа

Нагнетатель, приводимый волновым давлением газа (рис. «Нагнетатель, использующий волновое давление газов» ) представляет собой газодинамическую машину, основным компонентом которой является ротор с открытыми каналами, расположенными коаксиально по его окружности («секционное колесо» или «ротор»). Через отверстия для впуска и выпуска свежего воздуха и отработавших газов и торцевые поверхности ротора осуществляется повышение давления в каналах. Свежий воздух сжимается в каналах ротора в ходе газодинамических процессов. В ходе этого процесса свежий газ и отработавшие газы кратковременно вступают в контакт друг с другом. Существенно важным для функционирования является тот физический факт, что процесс газодинамического сжатия происходит в течение значительно более короткого периода времени, чем время смешивания двух газовых потоков.

Принцип действия нагнетателя, приводимого в действие волновым давлением газа, основан на том, что волна давления на открытом конце отражается, как волна разрежения, а на закрытом конце — как волна давления; это также относится к отражению волны разрежения. Для контроля и поддержания этого

процесса отверстия каналов должны проходить через «открытые концы» и «закрытые концы», т.е. секционный ротор должен вращаться. Мощность привода используется просто для компенсации потерь в подшипниках ротора и потерь на вентиляцию и для ускорения ротора в случае внезапного увеличения нагрузки. Путем соответствующего конфигурирования тракта прохождения газа в корпусе можно обеспечить достаточно равномерное распределение температуры в роторе с целью обеспечения достаточно малых зазоров. Акустические характеристики могут быть улучшены путем соответствующего конфигурирования секций.

Диаграммы газовых потоков и состояний (рис. «Схема потоков газов и диаграмма состояний нагнетателя, использующего волновое давление газов» ) иллюстрируют процессы в базовом нагнетателе, приводимом в действие волновым давлением газа при полностью открытом дросселе и умеренной частоте вращения коленчатого вала. Энергообмен в каналах происходит со скоростью звука, и благодаря используемым принципам действия нагнетатель очень быстро реагирует на изменение потребности двигателя, причем фактическое время реакции определяется процессами наддува в воздуховодах и выпускных трубах. Скорость звука, а также физические характеристики являются функцией температуры, что означает, что они в основном зависят от величины крутящего момента двигателя, а не от частоты вращения коленчатого вала.

Нагнетатель Comprex

Если передаточное отношение между двигателем и секционным ротором постоянно, что и имеет место для приводимого при помощи ременной передачи нагнетателя, волновой процесс оптимален только в определенной рабочей точке. Для устранения этого недостатка в передней части кожухов размещают специальные «карманы», позволяющие получить высокую производительность нагнетателя и оптимальную кривую наддува в относительно широком диапазоне рабочих режимов.

Ротор нагнетателя Comprex имеет постоянную смазку, а подшипник ротора расположен со стороны подвода и отвода воздуха. Воздушный кожух изготовлен из алюминия, а для газа — кожух из материала NiResist. Ротор с осевыми ячейками изготовлен методом литья по выплавляемой модели. Давление наддува регулируется в соответствии с потребностью двигателя при помощи перепускного клапана.

Нагнетатель Нуртех

дальнейшим развитием нагнетателя Comprex является нагнетатель Нургех, который пока что не поступил в серийное производство, но рассматривается возможность его применения на автомобилях с бензиновыми двигателями малого рабочего объема. Ротор нагнетателя Нургех приводится во вращение независимым электродвигателем, благодаря чему нагнетатель может быть лучше адаптирован к рабочему состоянию двигателя.

В дополнение к другим модификациям, улучшающим пуск холодного двигателя, асимметричное расположение секций позволило улучшить акустические характеристики. Газовые карманы переменного объема позволяют повысить эффективность в нижнем диапазоне частоты вращения коленчатого вала с соответствующим увеличением давления наддува. Применение нагнетателя Нургех требует наличия современной электронной системы управления двигателем.

Пример HTML-страницы

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ: