Механічний нагнітач. Пристрій і принцип роботи

Механический нагнетатель. Устройство и принцип работы
Механічний нагнітач. Пристрій і принцип роботи
Робота двигуна побудована на тому, що паливо повинно бути замішане з необхідною кількістю кисню. Це забезпечить повне та ефективне згорання горючої суміші і дозволить досягти максимально можливої потужності. Більше згорить – більше потужність. У даній статті мова піде про механічні нагнітачі повітря для автомобіля, їх устрій та принцип роботи.

Для нормальної роботи двигуна пропорції суміші паливо–повітря приймаються приблизно 1:14,7. Якщо додати до стандартного тиску в одну атмосферу, приміром, ще одну, то отримаємо в 2 рази більше повітря, а значить, і кисню, що поступає в циліндри. Стало бути, ми повинні отримати від мотора в 2 рази більше потужності. Двигун об'ємом 1,5 л при тиску наддуву трохи більше атмосфери практично еквівалентний трилітровому «атмосфернику». Це, звичайно, груба арифметика, але ідея саме така.
Принцип роботи і пристрій відцентрового нагнітача
Подібні нагнітачі в тюнінгу отримали в даний час найбільше поширення. По своїй конструкції вони найбільш близькі до турбонаддуву, оскільки мають однаковий принцип нагнітання повітря. Відрізняються лише способи приводу. Робота здійснюється наступним чином.
Основна деталь відцентрового нагнітача – робоче колесо, або крильчатка. Вона має досить складну конусоподібну форму. Лопатки крильчатки відіграють найголовнішу роль. Від того, наскільки правильно вони спроектовані і виготовлені, залежить результуюча ефективність всього нагнітача.
Принцип роботи відцентрового нагнітача полягає в наступному: повітря, пройшовши за звужується повітряному каналу в нагнітач, потрапляє на радіальні лопаті крильчатки. Лопаті закручують і відкидають його відцентровою силою до периферії кожуха, де є дифузор. Найчастіше дифузор має лопатки, покликані знизити втрати тиску. Далі повітря виштовхується в окружний повітряний тунель (воздухосборник), який найчастіше має улиткообразную форму.
Така конструкція створює необхідний тиск повітряного потоку на виході із нагнітача. Справа в тому, що всередині кільця повітря спочатку рухається швидко, і його тиск мало. Однак наприкінці равлики русло розширюється, швидкість повітряного потоку знижується, а тиск збільшується. Так створюється необхідний підпір для накачування циліндрів «спресованої атмосферою».
В силу самого принципу роботи відцентрового нагнітача є один недолік. Для ефективної роботи крильчатка повинна обертатися не просто швидко, а дуже швидко. Фактично вироблене відцентровим компресором тиск пропорційно квадрату швидкості крильчатки. Швидкості можуть бути 40 тисяч об/хв і більше, а для високонапірних компресорах дизелів вони наближаються до цифри 200 тис. об/хв. І оскільки привід здійснюється від колінчастого допомогою ремінної передачі на шків турбіни, шум від такого пристрою досить сильний. Хоча багатьом саме цей характерний свист гріє душу.
Високі робочі обороти накладають особливі вимоги на якість використовуваних матеріалів і точність виготовлення. До мінусів самого принципу нагнітання можна також віднести деяку затримку спрацювання, хоча потрібно відзначити, що ця затримка не така помітна, як у турбонагнітачів.
І ще одне зауваження. Як правило, відцентровий нагнітач дає прибавку на досить високих обертах двигуна. Спершу тиск наростає повільно, але потім, із збільшенням оборотів, досить різко зростає. Ця особливість робить відцентрові нагнітачі найбільш придатними для тих випадків, коли більш важливо підтримання високих швидкостей, а не інтенсивність розгону.
Відцентрові нагнітачі повітря для автомобіля дуже популярні. Порівняно низька ціна і простота установки сприяли тому, що компресори цього типу майже витіснили інші стали популярні в тюнингу автомобілів.
Нагнітачі повітря типу ROOTS
Компресори типу "Рутса" відносяться до класу об'ємних нагнітачів. Конструкція досить проста і більш всього нагадує шестерний насос масляний двигуна. У корпусі овальної форми обертаються в протилежні сторони два ротори, що мають спеціальний профіль. Ротори насаджені на осі, пов'язані однаковими шестернями. Між самими роторами і корпусом підтримується невеликий зазор.
Основна відмінність цього методу нагнітання в тому, що повітря стискається не всередині, а зовні компресора, безпосередньо в нагнітальному трубопроводі. Саме тому їх іноді називають компресорами з зовнішнім стисненням.
Головним мінусом такого способу нагнітання є те, що, раз процес стиснення повітря здійснюється зовні компресора, його ефективна робота можлива лише до певних значень наддуву. Як би точно ні були виконані деталі компресора, з ростом тиску в нагнітальному трубопроводі збільшується просочування повітря, і його ККД відчутно знижується. Збільшуючи швидкість обертання роторів, можна дещо знизити витоку повітря, але це можливо лише до певних меж. Далі потужність, що витрачається на обертання самого нагнітача, може перевищити додану потужність двигуна.
Ще один істотний недолік. В компресорах подібного типу при видавлюванні нестисненого повітря стиснене в нагнітальному трубопроводі створюється турбулентність, що сприяє зростанню температури повітряного заряду. Тобто, поряд із звичайним ростом температури від безпосередньо підвищення тиску, в рутса-компресорах відбувається додатковий нагрів. У зв'язку з цим подібні нагнітачі в обов'язковому порядку оснащуються интеркулерами.
Шум від роботи об'ємних компресорів не такий сильний, як у відцентрових, і має дещо іншу тональність і при цьому, на відміну від відцентрових, механічні нагнітачі типу ROOTS ефективні вже на малих і середніх оборотах двигуна. Ця особливість рутса-компресорів зробила їх найбільш придатними для дрегрейсинга, де цінується насамперед саме динаміка розгону. Інший плюс – відносна простота конструкції.
Малу кількість рухомих частин і малі швидкості обертання роблять ці механічні нагнітачі одними з самих надійних та довговічних. Однак складність у виготовленні і установці, а значить, і висока ціна дещо знизили їх ринкову популярність. У Росії такі нагнітачі в силу дорожнечі не настільки популярні.
Плюси і мінуси використання механічних нагнітачів
Багато вважають, що використання нагнітачів повітря для автомобіля може негативно позначитися на ресурсі двигуна. Це і так, і не так. Як правило, поломку мотора викликають підвищені оберти. Стало бути, використання нагнітача, що підвищує крутний момент на низьких і середніх оборотах, може, навпаки, сприятливо позначитися на ресурсі двигуна. З іншого боку, якщо домагатися дійсно великого зростання потужності, багато штатні деталі доведеться замінити на більш міцні. Так, наприклад, ковані поршні і шатуни будуть зовсім незайвими.
При використанні нагнітачів температура робить цілком фундаментальне вплив. Так вже виходить, що стиснення повітря завжди пов'язане з підвищенням його температури. В деяких компресорах це підвищення не настільки істотно, але в будь-якому випадку для збільшення повітряного заряду і зниження втрат потужності на привід нагнітача повітря необхідно охолоджувати.
Ще більш важливою є інша проблема, про яку мало хто замислюється, – детонація. Справа в тому, що висока температура і тиск подаваного в циліндри повітря може привести до того, що в кінці такту стиснення, коли поршень спрессует в циліндрі і так вже стислу паливо-повітряну суміш, її температура і тиск можуть виявитися настільки високими, що це викличе передчасну її детонацію, тобто вибух.
Щоб уникнути подібних проблем, можна перейти на більш високооктанові сорти палива, але найчастіше цього виявляється мало. При досить великих значеннях тиску доводиться проводити декомпресію, тобто знижувати ступінь стиснення. При використанні нагнітачів рекомендується змінити налаштування по запалюванню. Правильний підбір свічок запалювання також важливий. Насправді при установці наддуву питань виникає набагато більше.
Установка компресора на серійний двигун може призвести до різних результатів. Навіть готові комплекти від відомих фірм не можуть передбачити всіх нюансів вашого автомобіля. У будь-якому випадку установка механічного наддуву вимагає високого професіоналізму.
03:46
39
RSS