В погоне за мощностью: Нагнетатели
Нагнетатель как радикальное средство дать пинок под зад своему автомобилю
Александр Грек
Item 1 of 5
1 / 5
Как мы писали в предыдущем номере, увеличить мощность двигателя можно единственным способом — сжигая больше горючей смеси. Этого можно добиться разными способами, но наиболее распространенные — увеличение рабочего объема двигателя или увеличение подачи горючей смеси в цилиндры посредством наддува. Первая схема хорошо известна по американским многолитровым машинам. Очевидный плюс — простота конструкции такого двигателя и, следовательно, более высокий ресурс. Минус — большая масса, что ведет за собой увеличение габаритов и веса автомобиля и, как следствие, ухудшение управляемости.
Наддув обязательно ведет к усложнению конструкции двигателя, что не может не сказываться на надежности, но позволяет достичь большей мощности при меньших размерах и габаритах. Если на Porsche поставить 12-цилиндровый двигатель, мы получим классический американский автомобиль, пускай и с прекрасной разгонной динамикой. Удивительно маневренными немецкие машины делают компактные 6-цилиндровые двигатели, в которых они умудряются снимать с 3,5 л объема мощность в 456 л.с.
Наддувательство
Самым элементарным является инерционный наддув. Принцип его действия действительно прост: на капоте, если двигатель находится впереди, или по бокам или на крыше, если мотор сзади, ставятся дополнительные воздухозаборники, от которых по воздуховоду подводится дополнительный воздух к впускному коллектору. Заметим сразу, что воздухозаборники «ушастого» «Запорожца» никакого отношения к наддуву не имели — они служили для охлаждения двигателя.
Точно так же заблуждались владельцы «тюнинговых» «Жигулей», которым умельцы устанавливали такие воздухозаборники на капоте. Дело в том, что инерционный наддув начинает работать только на скорости выше 180 км/ч, которую продукт отечественного автопрома развить не мог ни при каких обстоятельствах. А увидеть действующую систему в Москве можно на нескольких Pontiac Firebird Trans Am, на которые инерционный наддув ставился на заводе.
Реальную же прибавку в мощности можно получить, только установив компрессор. Если он приводится механической передачей от коленвала, то такое устройство чаще всего называют механическим нагнетателем в России, compressor — в Германии, supercharger — в Америке и blower — в Англии. Если же компрессор вращается турбиной, размещенной в выпускном тракте двигателя, то его чаще всего называют турбонагнетателем (turbocharger).
С немецким акцентом
Впервые наддув применил в своих автомобилях легендарный француз Луис Рено.
По иронии судьбы сегодня Renault — одна из немногих компаний, не применяющая наддув в своих двигателях для легковых автомобилей. Мировую же известность механическим нагнетателям принесла компания Mercedes-Benz, устанавливающая наддувочные компрессоры в конце 20-х сначала на гоночные, а начиная с 30-х — и на серийные машины. После того, как компрессорные «Мерседесы» полюбили Адольф Гитлер и немецкие кинодивы, мода на наддувные машины перекинулась на Голливуд и оттуда — на весь мир. Золотой век немецких «компрессоров» закончился одновременно с началом Второй мировой войны. Основное применение компрессоров в военное время пришлось на авиацию: наддув использовался для компенсации недостатка кислорода на больших высотах. Особенно в этом преуспели американцы. Поэтому неслучайно в послевоенное время центр производства механических нагнетателей переместился за океан. Даже вновь появившиеся на «Мерседесах» после полувекового перерыва механические нагнетатели для немецкого гиганта поставляет американская компания Eaton, что, впрочем, не очень афишируется.
Но это не значит, что европейцы распрощались с идеей наддува. Ни для кого не секрет, что к мерседесовским нагнетателям в 30-е годы приложил руку небезызвестный конструктор Фердинанд Порше. Но на собственных двигателях он решил ставить турбонагнетатели. Проблема заключалась в том, что они приводятся в действие отработанными газами и должны выдерживать довольно высокие температуры. Долгое время не существовало жаропрочных и прочных материалов и турбокомпрессоры оставались капризными и ненадежными агрегатами. И только сильный прогресс немецкой оборонной промышленности 40-х годов в области авиационных турбореактивных двигателей наконец-то дал технологии и материалы для производства надежных автомобильных турбин. С тех пор лучшие турбомоторы в Европе — у Porsche.
Борьба с ямами
Современный турбокомпрессор конструктивно проще механического нагнетателя, но имеет собственные проблемы — высокую требовательность к качеству масла и, самое главное, медленный отклик на нажатие педали газа, что обусловливается инерцией турбины.
С недостатком борются, устанавливая вместо одной большой две маленькие турбины (меньше масса — меньше инерция), по одной на свою сторону двигателя. Такая схема часто называется «битурбо».
Другая проблема, связанная с аэродинамикой турбины, так называемая «турбояма», — практически полное отсутствие наддува до 2500−2800 об./мин. Проблему решают разными способами, включая такую экзотику, как подкрутка турбины высокоскоростным электродвигателем.
Механический нагнетатель, который жестко связан с валом двигателя, имеет линейную зависимость наддува от оборотов: автомобиль практически мгновенно реагирует на нажатие педали акселератора, что особенно ценно при разгоне. Недостаток же данной схемы состоит в меньшем КПД по сравнению с турбонагнетателями: механический нагнетатель отбирает мощность с вала двигателя, а турбина приводится в движение практически дармовыми выхлопными газами.
Недокрутить — пропасть, перекрутить — пропасть
Независимо от схемы привода, собственно воздух нагнетает компрессор.
Наибольшее распространение получили две схемы — роторнозубчатая схема Roots, запатентованная в 1866 году братьями Филандером и Фрэнсисом Рутсами, и центробежные нагнетатели.
Достоинство нагнетателей Roots в их простоте. Первоначально рассчитанные для двухтактных двигателей, подобные нагнетатели по сути являются импульсными, что не лучшим образом сказывается на характеристиках двигателей. При такой схеме частота вращения компрессора обычно составляет 0,5−2 частоты оборотов коленвала двигателя. На больших оборотах компрессор может выйти из строя, поэтому на современных нагнетателях применяются специальные центробежные муфты, ограничивающие обороты.
Рабочая частота вращения центробежных нагнетателей составляет 40−90 тыс. об./мин (на некоторых моделях — 90−130). Если перекрутить такой компрессор, поток нагнетаемого воздуха перестает быть ламинарным и возникающая турбулентность начинает тормозить поток — давление падает. Если же недокрутить, то центробежная сила становится недостаточной для создания давления и наддув практически сходит на нет.
В итоге получается, что частоту вращения центробежного нагнетателя надо поддерживать в пределах +/- 50%, тогда как во время движения частота работы двигателя меняется в среднем в 7 раз. Все это приводит к установке разнообразных вариаторов и усложнению конструкции.
Другая проблема — в предельном максимальном давлении, которое могут выдержать автомобильные двигатели. Хорошие моторы позволяют поднимать давление во впускном коллекторе в 1,6−1,7 раза, а компрессоры запросто усиливают давление в 2,7 раза. Чтобы избежать повышенного давления, приходится ставить перепускные клапана для ограничения максимального давления.
Само собой разумеется, повышение давления на входе ведет к повышению давления в цилиндрах. Но современные автомобильные двигатели уже подошли к пределу. Степень сжатия в последних моторах Mercedes достигла 10−10,5 раз, а в Porsche — 11−11,5 раз. При большем сжатии даже высокооктановый бензин перестает гореть и начинает детонировать — взрываться.
Выход — либо применять специальные гипероктановые топлива, имеющие степень сжатия 17−18, на основе метанола или нитрометана, либо ставить моторы, изначально имеющие низкую степень сжатия — 8−8,5. Это, кстати, объясняет, почему ставить нагнетатели на ультрасовременные двигатели бессмысленно.
Механика ручной сборки
В заводских условиях проще всего ставить именно турбонаддув — больше выигрыш в мощности, менее сложная конструкция, более простая регулировка. В механических нагнетателях добавляются проблемы с размыкателями на холостых оборотах, системами управления компрессора, вариатором и т. д. Хотя некоторых это не пугает — за возможность иметь ровную тягу во всех диапазонах некоторые компании идут на усложнение конструкции и ставят механические нагнетатели — например, Mercedes, Jaguar, Land Rover. Но это, скорее, исключение. Гораздо чаще на мощных машинах можно увидеть слово «Turbo».
Другое дело — тюнинг.
Здесь побоку повышенный расход топлива, повышенная токсичность и холостой ход, главное — дополнительная мощность. Тюнинговый наддув двигателей — это царство механических нагнетателей и устаревших многолитровых моторов. И то и другое, само собой разумеется, американское.
С лучших современных двигателей, например с 2,2-литрового турбодвигателя Porsche, конструкторы умудряются снимать по 160 л.с. с литра. Классический 5,4-литровый двигатель GM выдает 70 л.с. с литра. Добавление дополнительных 50−100 л.с. на литр не приведет к летальным последствиям для такого мотора, в отличие от «европейца». Осталась сущая безделица — найти свободное место под капотом и купить за
$35 тыс. готовый набор для установки нагнетателя.
Supercharger — нагнетатель воздуха для автомобиля
Supercharger – это по сути воздушный компрессор, который подаёт больше воздуха в двигатель, чтобы тот смог выдавать больше мощности.
Но разве турбокомпрессоры не делаю тоже самое? Делают! Технически, турбокомпрессор — это просто другой тип суперчарджера. Так если турбокомпрессор и суперчарджер делают одно и то же, то тогда в чём разница?
Но разве турбокомпрессоры не делаю тоже самое? Делают! Технически, турбокомпрессор — это просто другой тип суперчарджера. Так если турбокомпрессор и суперчарджер делают одно и то же, то тогда в чём разница?Турбокомпрессор приводится в движение выхлопными газами двигателя, в то время как supercharger, он же нагнетатель воздуха, приводится в движение механически через ремень, раскручиваемый двигателем. Оба типа считаются динамическими компрессорами, в которых воздух разгоняется на большой скорости, а потом замедляется для увеличения давления. Воздух всасывается крыльчаткой и центробежной силой выбрасывается об корпус компрессора, где скорость преобразовывается в высокое давление. Больше воздуха, больше топлива, больше взрыв!
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.
2-х винтовой нагнетатель типа Lysholm
2-х винтовой нагнетатель воздуха, иногда его называют Lysholm, перекачивает одинаковое количество воздуха за оборот, вне зависимости от того, как быстро все вращается. Это значит вы получаете моментальный и постоянный прирост мощности на любых оборотах, даже прямо со старта.
Внутри 2-х винтового суперчарджера находятся два больших винта. Они представляют собой слегка конические роторы. Один из них папа, второй мама и они взаимосмыкаются по ходу своего вращения. В процессе его работы всасывается воздух через впускное отверстие сзади суперчарджера. Воздух сжимается, проходя по ротору с впадинами, которые в свою очередь постепенно сужаются ближе к переду и оттуда попадает во впуск.
Когда воздух попадает во впуск, он уже более плотный. Больше воздуха в том же объеме, может сжечь больше топлива.
Кулачковый нагнетатель типа Roots
Третий тип приводного нагнетателя является на сегодняшний день наиболее популярным – это supercharger типа Roots и он может достигать больших размеров. Дизайн суперчарджера типа Roots был уникальным и оригинальным. Впервые был запатентован братьями Филандером и Фрэнсисом Рутс в 1860 году. Они изобрели его, чтобы помочь вентилировать доменные печи и шахтные колодцы. Позже Готтлиб Даймлер запатентовал его для использования на двигателях внутреннего сгорания.
Первыми автомобилями с приводными нагнетателя типа Roots были модели Mercedes-Benz Kompressor, вышедшие в продажу в 1923 году.
Внутри нагнетателя воздуха типа Roots находятся два вращающихся ротора с сомкнутыми кулачками, но в отличие от 2-х винтового, эти роторы одинаковые и симметричные. Воздух попадает в пространство между кулачками вращающихся роторов, которые перемещают его вдоль стенок из отверстия сверху на дно суперчарджера.
Помимо формы роторов, самое большое отличие между нагнетателем типа Lysholm и нагнетателем типа Roots – это то, что в воздух не сжимается внутри, он просто задувается роторами во внутрь двигателя.
Отличия турбокомпрессора от нагнетателя
Сжатый воздух нагревается и это заставляет его стремится к расширению. Турбокомпрессоры обычно направляют сжатый воздух через интеркулер, чтобы его охладить, но нагнетатель воздуха обычно прикручен прямо над впуском двигателя, поэтому их интеркуллер обычно находится прям там же. В интеркулер подается охлаждающая жидкость, чтобы сжатый воздух охлаждался прямо перед тем, как попасть в двигатель.
Так как supercharger приводится в движение коленвалом, то воздух прокачивается постоянно. В итоге, огромное количество воздуха собирается в коллекторе, вне зависимости от скорости на которой вы движетесь. Приводные нагнетатели воздуха как и Lysholm, так и Roots успешно делают работу двигателя такой, будто у него большой объем. То есть, отклик на педаль газа такой же, какой вы ожидаете от атмосферного двигателя.
Это значит отсутствие задержки – турбо ямы, как на турбовом двигателе.
Supercharger отремонтировать проще чем турбину и он не нуждается в постоянной подачи масла. Слабые места у приводных нагнетателей это в основном муфта и подшипники, больше собственно ломаться там нечему.
Так как вы не можете просто задуть больше воздуха внутрь двигателя и на этом закончить. Компании по улучшению производительности, которые производят суперчарджеры, также поставляют их с готовым комплектом для установки на двигатель. Обычно такой набор включает в себя и другие запчасти, которые вам понадобится, чтобы помочь этим механическим нагнетателям делать свою работу, при этом ничего не испортив. Помимо самого суперчарджера, в него входит алюминиевый верхний и нижний коллектор, воздушно-жидкостный интеркулер и обновление ЭБУ. Из-за того, что при его установки вы меняете много переменных, эти компоненты спроектированы и разработаны чтобы работать безукоризненно. Ну а лучшее во всем этом, это то, что суперчарджер выдает очень много дополнительной мощности.
Поделиться
Комплект воздуходувки Quiet-Pac Серия 457 Модель 184 — Dynamic Air — Каталоги в формате PDF | Техническая документация
Добавить в избранное
{{requestButtons}}
Выдержки из каталога
Вентиляционная установка QUIET-PAC® серии 457, модель 184 Вентиляционная установка Quiet-Pac® серии 457, модель 184 производства Dynamic Air Inc. обеспечивает максимальное снижение уровня шума до 85 дБА или менее. Вентилятор и двигатель в сборе заключены в звукопоглощающий акустический кожух. Для обслуживания всех компонентов предусмотрены четыре дверцы доступа. Охлаждающий вентилятор также включен для максимальной защиты двигателя и увеличения срока службы. Комплект воздуходувки поставляется полностью предварительно собранным для простоты установки. Прочная рама поддерживает звукопоглощающий кожух и уравновешенное основание и в стандартной комплектации оснащена виброопорами.
Воздуходувка Quiet-Pac доступна в любом размере, подходящем даже для самых требовательных приложений. Бюллетень 21106-T © 2011 Dynamic Air Inc. Dynamic Air Conveying Systems и Quiet-Pac являются зарегистрированными товарными знаками Dynamic Air Inc., Сент-Пол, Миннесота. Штаб-квартира корпорации Dynamic Air Inc. • Сент-Пол, Миннесота, США • +1 651 484-2900 Офисы по всему миру Австралия • Бразилия • Китай • Великобритания www.dynamicair.com
Все каталоги и технические брошюры Dynamic Air
Ресивер клапана серии 412
1 страниц
Вакуумный/напорный разгрузчик SUPER-MAX Серия 120
2 страницы
Приемник вакуумного фильтра серии 674
1 страниц
Изгибы труб Бюллетень 21137-T
1 стр.
Износостойкие изгибы трубок SUPERSLIK, серия 442
2 страницы
Бункерный приемник серии 107
1 стр.
Смотровая трубка View-X, серия 497
2 страницы
Бюллетень автоматического пробоотборника XSIZE 21130 -T
1 стр.
Квик-Вент? Клапан сброса давления/вакуума Серия 684
2 страницы
Система прямого шлифования для локомотивов серии 670
1 стр.
Бюллетень пневматических транспортных средств для перевозки сыпучих материалов в плотной фазе 21126 -T
1 страницы
Система взвешивания масла для смесителей резины серии 723
1 страницы
Автофургон серии 616
1 стр.
Смеситель/сушилка/агломератор Bella, модель B-32-XN
1 страницы
Электрические системы управления
1 страниц
Разгрузочный патрубок локомотива, серия 339, модель 108
1 стр.
Осушитель/охладитель Bella
4 страницы
Устройство для разгрузки мешков BulkBuster серии 422, модель 1800
1 страницы
Разгрузчик бункера Vibra-Jet Серия 256
2 страницы
Аэратор для бункера Vibra-Jet Серия 264
2 страницы
Шнековый пресс для мешков с винтом Серия 385
1 страницы
Серия BagBuster Bag Breaker/Filter 319
2 Страницы
DC-5 Air Saver
1 стр.
Серия пневматических подушек 183
1 страниц
BLENDCON Air Blender Быстрое смешивание с низким сдвигом за 30 секунд
2 страницы
Аэратор туффера/штифтовая мельница серии 697
2 страницы
Dynamic Air Inc. 16 Концепции пневмотранспорта
36 страниц
Аэратор бункера Vibra-Jet™, модель K, серия 683
2 страницы
пылесос для сбора сыпучих материалов
2 страницы
Осушители и охладители Bella™
4 страницы
BLENDCON™ Air Blender Series 379
4 страницы
Уплотнители пакетов CRUNCHER™ серий 693 и 388
2 страницы
Серия аэраторов/разбивателей комков Tuffer™ 329
2 страницы
Серия разгрузчиков мешков BulkBuster™ 422
4 страницы
Воздушный гравитационный конвейер Dyna-Slide™
2 страницы
Вентиляционное отверстие/пылесборник Modu-Kleen™
2 страницы
перепускной клапан
2 страницы
Сравнить
Удалить все
Сравнить до 10 продуктов
Dynamic Fan Corp | БИ
Dynamic Fan Corporation Наклонные вентиляторы с обратным наклоном имеют плоские, наклоненные назад однолопастные колеса.
Вентиляторы BI известны как вентиляторы без перегрузки. Это означает, что при заданных оборотах необходимая тормозная мощность не будет превышать определенного максимального значения, независимо от того, где точка работы вентилятора находится на кривой производительности. Эта функция может предотвратить перегрузку двигателя, если сопротивление системы является переменным. Высокоэффективная конструкция без перегрузок создает давление от низкого до умеренного.
КОНСТРУКЦИЯ КОЛЕСА BI
Вентиляторные колеса
BI предназначены для работы с относительно чистым воздухом с небольшим содержанием твердых частиц или без них. Они предназначены для того, чтобы колесо работало с высокой эффективностью при более низких скоростях вращения, что обеспечивает более тихую и экономичную работу. Вентиляторные колеса BI имеют лопасти с одной поверхностью, которые непрерывно приварены к коническому входному кожуху и плоской задней пластине. Стальные ступицы с коническим отверстием и легкосъемными сопутствующими втулками входят в стандартную комплектацию.
Все колеса статически и динамически сбалансированы на прецизионном электронном балансировочном оборудовании.
БИ ВЕНТИЛЯТОРЫ
Вентиляторы
BI доступны в конфигурациях SW (одинарная ширина) и DW (двойная ширина) с диаметром колеса от 12,25 до 89 дюймов. Температура до 1000 град. F. и расход воздуха от 700 до 300 000 CFM до 22 дюймов SP для SW и от 1 200 до 500 000 CFM до 22 дюймов SP для DW. Доступны все стандартные устройства AMCA, и все рейтинги производительности основаны на тестах, проведенных в соответствии со стандартами AMCA. Размеры и требования к производительности, выходящие за рамки стандартной линейки продуктов, также доступны по запросу.
КОНСТРУКЦИЯ ВЕНТИЛЯТОРА
Корпуса всех вентиляторов DFC прочно сварены и герметичны. Сверхпрочные стальные датчики используются для превосходной прочности с усиленными уголками и стержнями, добавленными к корпусу для дополнительной жесткости и поддержки, обеспечивающей работу без вибрации. Впускной конус вращения разработан для плавного ускорения потока воздуха в колесо для оптимальной эффективности.