Суперчарджер — настройка, установка, схема
Суперчарджер ( Supercharger ) или механический двигатель позволяет повысить мощность и крутящий момент двигателя на 40-50% . Эти устройства появились около 80 лет назад. Принцип его работы прост. В ДВС в цилиндр засасывается топливно-воздушная смесь, затем сжимается поршнями и воспламеняется свечой зажигания. Вследствие чего поршень движется вниз и затем всё заново. От объёма двигателя зависят мощность и тяга. Суперчарджер нагнетает в двигатель под давлением смесь, при этом происходит увеличение мощности и тяги, что эквивалентно увеличению объёма двигателя.
Существует два типа суперчарджера:
Нагнетатель Рутса. Он обычно содержит два ротора. Между роторами и корпусом есть полость, в которую попадает воздух. У каждого ротора 2-3 кулачка. Если у роторов будет спиралевидная форма, то двух кулачков не хватит для нагнетания. То есть потребуется установка третьего.
Суперчарджеры с внутренней компрессией (центробежные). При равномерном давлении такой нагнетатель даёт мощность большую, чем нагнетатель Рутса. Это происходит из-за того, что воздух не так сильно нагревается. Но он уступает суперчарджеру Рутса на низких оборотах, но он хорошо совместим с инжекторной системой впрыска топлива. В двигатель внутреннего сгорания их устанавливают сбоку двигателя таким образом, чтобы клапан тяги системы впрыска был прикреплён на входе конструкции, а его выход – на инжекторный вход.
Нагнетатели обоих видов производятся разными фирмами с различной эффективностью и надёжностью. Суперчарджеры Рутса обладают своеобразным внешним видом, а центробежные считаются более эффективными.
В статье «Суперчарджер настройка, установка, схема» мы будет рассмотривать на примере первого типа, работающего благодаря энергии, которую он получает от коленвала через механическое соединение (ремень, зубчатую передачу и т. п. ).
Сама установка суперчарджер подразумевает использование его для увеличения мощностных показателей наддув. При этом нагнетатель типа Рутс улучшает его различные показатели, не уменьшая надёжность двигателя. Наддув это зарядка увеличенным количеством воздуха цилиндров, что приводит к увеличению сжигания топлива, и, как следствие, повышенной мощности. Несомненным достоинством суперчарджера типа Рутс является нагнетание компрессорами давления почти с оборотов холостого хода.
Итак при установке нам потребуются: сам суперчарджер, интрекулер, силиконовые соединители, патрубки, хомуты, клапан сброса избыточного давления, приводной ремень (удлинённый), приборы, чтобы мониторить нашу работу, исполнительное устройство для управления.
Для начала нам понадобится кронштейн для крепления. Его можно изготовить самому с помощью сварочного аппарата или попросить знакомого специалиста. Затем мы прикручиваем кронштейн и устанавливаем приводной ремень. Затем силиконом соединяем патрубки и гибы. Но прежде чем отправиться в путь-дорогу, необходимо выполнить ещё несколько манипуляций для того, чтобы этим всем управлять. На выбор предлагается три варианта: разместить кнопку включения на каком-нибудь легкодоступном месте, использование тахометра, оснащённого выносной шифтлампой и регулятором её срабатывания, либо точно отстроить мотор и правила включения нагнетателя (хотя этот вариант самый дорогой). На этом суперчарджер настройка и установка окончены.
Ниже описана суперчарджер схема для большего понимания, с чем мы имеем дело:
1. две лопасти (прямые),
2. три лопасти (винтовые),
3. общий вид роторов с тремя винтовыми лопастями состоит из:
· к коленчатому валу дизеля.
Компрессоры типа Рутс отличаются от поршневых более низким уровнем повышения давления, что более подходит для наддува.
К слову сказать, основное достоинство заключается в простоте самой конструкции. Отсутствуют контакты между роторами , также компрессов напрямую связан с валом двигателя, поэтому при неустойчивых режимах его вал ускоряется вместе с двигательным валом пропорционально ускорению коленчатого вала. Этим обеспечивается практически непрерывное воздухоснабжение двигателя. Также из-за механического привода нагнетатель не контактирует с выхлопами высокой температуры, чем грешат, например, турбокомпрессоры. Отсюда отсутствие проблем со смазкой и охлаждением.
Благодаря этим достоинствам, такие машины отличаются надёжностью и долговечностью. Так как нет воздействия высоких температур, нет необходимости в повышенной прочности материалов, отсюда их дешевизна. Отсутствует примесь масла в нагнетаемом воздухе. Такие компрессоры предпочтительны для автомобилей с бензиновым двигателем из-за высокого показателя ускорения. Но следует помнить и о недостатках: при использовании такого компрессора необходимо будет затратить часть мощности двигателя (25-30 л. с. ), при этом отработавшие газы выбрасываются в атмосферу совершенно бесполезно. Также турбокомпрессоры значительно меньше, благодаря высокой частоте вращения.
Стоимость любого из суперчарджеров зависит от эффективности и не зависит от типа. Средняя цена 2000 долларов. Но на протяжении многих лет этот вид тюнинга остаётся одним из самых популярных.
Что лучше турбина или суперчарджер?
Теперь предлагаю вспомнить школьный курс математики и поупражняться в гипотетическом дрегстере. Предположим, он оборудован суперчарджером и обладает мощностью в 1000 л.с. Допустим, 500 «лошадей» из данной тысячи он получил за счет суперчарджера. Немного раньше мы получили соотношение 65/100 — это реальная мощность, которой механические нагнетатели обеспечивают ДВС. Теперь необходимо разделить 500 на 0,65, после чего у нас выходит 769 л.с. В действительности именно такую мощность должен выдавать суперчарджер для того чтобы мотор в конечном итоге получил прибавку к мощности 500 л.с.
Теперь давайте прикинем, сколько лошадиных сил необходимо получить от турбины, чтобы в конечном результате вышел такой же результат. Учитывая вышеописанное соотношение 95/100, мы получаем 526 л.с., из чего следует, что мотор оснащенный механическим нагнетателем обязан производить 1269 л.с. (500 + 769) мощности, для того чтобы сравняться с двигателем оснащенным турбиной мощностью в 1026 л.с. (500 + 526) – при равных условиях.
При этом турбированный двигатель подвергается намного меньшему износу, что тоже немаловажно, я бы даже сказал это довольно весомый аргумент. В заключение
Все вышеприведенные соотношения могут быть не точными для двигателей внутреннего сгорания, значения брались исходя из характеристик некоторых моделей моторов и турбин
В заключение. Все вышеприведенные соотношения могут быть не точными для двигателей внутреннего сгорания, значения брались исходя из характеристик некоторых моделей моторов и турбин.
Подводя итоги, можно с уверенностью сказать, нет здесь никакой «магии», турбонаддув – вполне реальный агрегат, имеющий прекрасные характеристики, лучшую эффективность использования энергии, выделяемой двигателем по сравнению с суперчарджером.
Список композиций
Слова и музыка всех песен написана Machine Head, если не указано иначе.
| № | Название | Слова | Музыка | Длительность |
|---|---|---|---|---|
| 1. | «Declaration» | 1:11 | ||
| 2. | «Bulldozer» | Робб Флинн | Флинн | 4:35 |
| 3. | «White-Knuckle Blackout!» | Флинн, Адам Дьюс | Флинн, Ару Ластер | 3:15 |
| 4. | «Crashing Around You» | Флинн | Флинн | 3:14 |
| 5. | «Kick You When You’re Down» | Флинн | Флинн, Ластер | 4:01 |
| 6. | «Only the Names» | Флинн | Флинн | 6:08 |
| 7. | «All in Your Head» | Флинн | Флинн, Ластер | 4:06 |
| 8. | «American High» | Флинн | Флинн, Дэйв Макклейн | 3:48 |
| 9. | «Brown Acid» | 0:59 | ||
| 10. | «Nausea» | Флинн, Дьюс | Флинн, Макклейн, Ластер | 4:24 |
| 11. | «Blank Generation» | Флинн | Флинн, Ластер | 6:38 |
| 12. | «Trephination» | Флинн | Флинн, Макклейн, Ластер | 4:59 |
| 13. | «Deafening Silence» | Флинн | Флинн, Ластер | 5:33 |
| 14. | «Supercharger» | Флинн, Дьюс | Флинн, Макклейн | 3:48 |
| 56:39 |
| Бонусные треки для Японии | |||
|---|---|---|---|
| № | Название | Автор | Длительность |
| 15. | «Hole in the Sky» (Black Sabbath cover) | Оззи Осборн, Тонни Айомми , Гизер Батлер, Билл Уорд | 3:33 |
| 60:12 |
| Диджипак-версия | ||||
|---|---|---|---|---|
| № | Название | Слова | Музыка | Длительность |
| 15. | «The Blood, the Sweat, the Tears» (live) | Флинн | Ластер, Флинн | 4:35 |
| 61:16 |
| Диджипак-версия с 18-ю песнями | ||||
|---|---|---|---|---|
| № | Название | Слова | Музыка | Длительность |
| 15. | «Hole in the Sky» (Black Sabbath cover) | Оззи Осборн, Тонни Айомми , Гизер Батлер, Билл Уорд | 3:33 | |
| 16. | «Ten Fold» | Флинн | Ластер | 4:53 |
| 17. | «The Blood, the Sweat, the Tears» (live) | Флинн | Ластер, Флинн | 4:35 |
| 18. | «Desire to Fire» (live) | Флинн | Флинн | 4:37 |
| 74:17 |
Разновидности устройств
Существует достаточно большое количество разновидностей турбочарджеров. В то же время, большинство конструкций спустя небольшой промежуток времени показывают свою неэффективность, так что их перестают устанавливать на транспортные средства. К примеру, можно сказать о шиберных, спиральных и подпоршневых насосах, которые так и не запустили в серийное производство, либо очень скоро сняли с конвейера.
На данный момент наибольшей популярностью пользуются следующие модели:
- кулачковые;
- винтовые;
- центробежные.
Кулачковые модели
Такое устройство изобрели еще в 1900 г. Модель показала себя как достаточно эффективный нагнетатель, так что ее усовершенствованные аналоги встречаются и в наше время. На данный момент механизмы оснащают роторами, которые состоят из трех-четырех кулачков, что вращаются друг другу на встречу.
Оптимальный угол наклона кулачков обеспечивает баланс между потерями и нагнетанием. Сам принцип работы устройства несколько напоминает масляный насос.
Среди преимуществ модели можно выделить достаточно быстрое нагнетание воздушной массы до нужных параметров. В то же время, без системы регулировки подобный суперчарджер не может нормально функционировать.
Регулировку осуществляют двумя методами:
- перепускание воздуха (работа нагнетателя осуществляется постоянно, в случае необходимости, открывается впускной клапан);
- периодически устройство отключается.
Чтобы система работала стабильно, ее комплектуют разными датчиками (температуры, давления и пр.), электронным блоком управления и рядом других механизмом.
Стоят кулачковые суперчарджеры очень дорого, так как их нормальное функционирование зависит от точности изготовления, зато и эффективность у них достаточно высока. Стоит отметить, что для корректной работы приборов очень важен окружающий воздух.
Если в нем будет много мусора и грязи, система может выйти из строя. Кроме того, устройство занимает достаточно много места, а также создает много шума, для компенсации которого монтируют дополнительные резонаторы, демпферы и пр.
Винтовые модели
По-другому такие устройства называют Lysholm. Во многом данные модели напоминают кулачковые нагнетатели. Они включают в себя два ротора-шнека особой конической формы. На одном из них присутствуют выступы, на втором – выемки.
В то же время, подобные устройства не отличаются широким распространением в силу достаточно высокой цены. Как правило, винтовые модели устанавливаются на дорогих спорткарах и гоночных машинах.
Центробежные устройства
Фактически, они являются аналогами турбокомпрессоров. Крыльчатка начинает очень быстро вращаться (вплоть до 60 тыс. об./мин), в силу чего воздух и нагнетается. Возникло устройство также вначале 20 века. Модель отличается:
- небольшим весом;
- компактными размерами;
- высокой эффективностью;
- несколькими вариантами крепления;
- доступной ценой.
С другой стороны, во многом эффективность работы суперчарджера такого типа зависит от частоты вращения коленчатого вала. Как результат, необходимо устанавливать привод с передаточным отношением переменного типа.
Запись
В марте 2000 года, после продолжительного тура в поддержку предыдущего релиза The Burning Red, Machine Head прибыли на студию Mad Dog Studios, в Бербанке, где, под началом продюсера , приступила к работе над новым альбомом. 18 марта стал известен примерный список композиций для будущей пластинки. По словам Робба Флинна, запись проходила на удивление успешно. Кроме того он положительно отозвался о барабанщике Дэйве Макклейне, назвав его игру на ударных «феноменальной». Также участники группы отмечали, что смена продюсера со строгого Росса Робинсона на лояльного Джонни K, способствовала реализации на альбоме ряда оригинальных идей.
23 марта, записав основные партии ударных и бас-гитары, музыканты перебрались в Малибу на студию Indigo Ranth, где начали запись вокала и гитар. К тому моменту группой уже было написано около 20 песен, от трёх из которых («Little Pig», «Once You See» и «Rat Race») в дальнейшем пришлось отказаться. Тогда же Робб Флинн сообщил, что группа особенно сконцентрировалась на записи первой и последней песен, которые должны были получиться «абсолютно безумными».
27 апреля музыканты объявили, что планируют завершить запись альбома к 1 мая, но при этом они ещё не определились с выбором студии микширования. 3 мая был опубликован окончательный список композиций и сообщено название будущего релиза, — Supercharger. К 17 мая Machine Head завершили все работы на студии и приступили к планированию процесса микширования вместе с Джонни K. В качестве возможного руководителя микширования рассматривался Mudrock, известный по работе с Godsmack и Powerman 5000. 23 мая стало известно, что кандидатура Mudrock была отклонена в пользу Колина Ричардсона, работавшего с группой над Burn My Eyes и The More Things Change…. Микширование проводилось на Can-Am Studios в Тарзане (англ.)русск.. В июле был утвержден окончательный список композиций Supercharger, а в августе завершился мастеринг альбома, проходивший в Sterling Sound, Нью-Йорк. 24 июля группа сообщила, что на альбоме будет присутствовать кавер-версия песни Black Sabbath «Hole In The Sky», записанная для трибьюта Nativity In Black II.
В августе лейбл Roadrunner Records сообщил, что, по причине разногласий с Universal Music, релизы ряда альбомов, включая Supercharger, будут перенесены с сентября на октябрь. В качестве первого сингла в сентябре планировалось издать песню «Crashing Around You (англ.)русск.», на которую также был снят клип под руководством Нэйтана Кокса, известного по сотрудничеству с System of a Down («Sugar»), Disturbed («Stupify») и Megadeth («Moto Psycho»). Однако, из-за ассоциаций названия с террактами 11 сентября, было решено отказаться от продвижения сингла в США. Также из-за террористической атаки были перенесены европейские концерты группы. В декабре «Crashing Around You» был издан в Великобритании.
Как работает турбонагнетатель
Для многих людей работа турбонагнетателя — некая «магия», в связи с этим люди, не представляющие себе принцип работы этого агрегата, ошибочно полагают, что потока выхлопных газов очень мало для того, чтобы с такой скоростью вращать компрессор или нагнетатель. Но как не крути, именно газы приводят в движение турбину. Как бы там не казалось, и чтобы там кто не придумывал, энергетический потенциал выхлопа любого ДВС просто огромен, его значение почти равно тому, которое передается от маховика. Это достигается за счет того, что энергия высвобождаемая процессом горения в ДВС, высвобождается практически в равных долях тремя путями: выделение тепла, вращение коленвала и сила выхлопа. Последняя сила, собственно и заставляет вращаться газотурбинные моторы, что до турбочарджеров (а они по большому счету и есть те же ГТД, только в миниатюре) используют ДВС в качестве топки. Только подумайте, сколько полезной энергии в прямом смысле улетает в трубу, а ведь она могла бы обеспечит ваш двигатель неплохой прибавкой мощности.
Суперчарджер: что это такое
Под данным понятием подразумевают нагнетатель механического типа, что выступает в роли ключевого элемента механизма наддува. С помощью такого элемента во впускном тракте можно добиться создания давления, которое будет выше, чем атмосферное. При этом устройство напрямую связано с коленвалом при помощи специального привода.
Чтобы лучше понять, что такое суперчарджер, необходимо разобраться с принципом функционирования данного устройства. Схема его работы выглядит так:
- воздух втягивается;
- происходит процесс сжатия;
- воздух нагнетается непосредственно во впускную систему.
Для втягивания необходимого количества воздуха, внутри supercharger образуется разряжение. Давление создается в результате быстрого вращения устройства (оно тут на порядок выше, чем показатель оборотов мотора). Именно из-за этой разницы, и возможно нагнетание воздуха в силовой агрегат.
Отличие турбины от суперчарджер
Разница между традиционным нагнетателем с механическим приводом (иногда его называют «суперчарджер») и турбонагнетателем заключается в способе, который приводит его в действие. По большому счету все нагнетатели – насосы, поскольку их задача в перекачке воздуха, соответственно для этого им необходима энергия. Нагнетатели, имеющие механический привод (объемные типа Рута или центробежные, винтового типа) питаются от энергии, которую получают от коленвала посредством механического соединения – зубчатая передача, ремень и т.д.
В свою очередь турбонагнетатели извлекают энергию, можно сказать из отходов, которые предназначены для выброса наружу – то есть от потока выхлопных газов. Как не странно, но в конечном итоге, турбина, которая работает на таких «отходах», дает двигателю намного больший прирост мощности – поскольку не требует дополнительных энергозатрат от самого мотора.
Следует отметить, что эти незначительные энергозатраты намного серьезнее, нежели кажутся на первый взгляд. Взять хотя бы механический нагнетатель, добавляющий к общей мощности силового агрегата, порядка 100 лошадиных сил. Прежде чем дать такую прибавку, он использует примерно 25-35 л.с. при условии, что двигатель не слишком объемный. Кстати, данная величина напрямую зависит от КПД нагнетателя, однако это уже отдельная тема. Итак, «поглотив» от производимой мощности 25-35 л.с., двигатель получит лишь 65-75 л. с.
Что до турбины, которую раскручивают выхлопные газы, а не коленвал, то она даст мотору порядка 90-95 «лошадей» мощности. При этом, где-то 5-10 «лошадок» будет съедено, это связано с противодавлением в выпускном тракте, хотя как бы там ни было, цифра заметно меньше.
Музыкальный стиль
В музыкальном плане Supercharger представляет собой смешение стилей трёх предыдущих альбомов группы: так от Burn My Eyes альбом заимствует тяжесть грув-метала, от The More Things Change… скорость и агрессивность треш-метала, от The Burning Red — рэп и пониженный строй гитар ню-метала. Кроме того, альбом намеренно был сделан «сырым» по своему звучанию и записывался на аналоговом оборудовании. Комментируя процесс записи, Робб Флинн сказал: «Мы хотели сделать свирепую, тяжелую запись Мы просто сказали, что будем делать то, что хотим, и только тогда будем довольны. Если он не вписывается в трехминутный рок-блок какого-нибудь радио, тогда так тому и быть».
Supercharger часто называется одной из самых экспериментальных и разнообразных записей Machine Head. Открывающая композиция «Bulldozer» в своем звучании испытывает влияние тяжелого и грубого стиля Burn My Eyes, сочетаясь при этом с ритмами ню-метала. Другая песня, «Deafening Silence», напротив, написана в мрачном и меланхоличном балладном стиле. Скоростная «Kick You When You’re Down» тяготеет к звучанию трэш-метала первой группы Флинна Vio-lence. «Crashing Around You» наиболее значительно выделяется из списка композиций, отклоняясь в сторону альтернативного метала. В качестве вокала на альбоме Роббом Флинном использовалось чистое пение, а также речитатив и такие экстремальные техники как скриминг и гроулинг.
Основными темами песен, как и на The Burning Red являются личные переживания.
Суперчарджер
Суперчарджеры или механические нагнетатели являются сейчас одним из лучших средств для повышения мощности и тяги. В автомобилестроении эти устройства появились более 80 лет назад. Принцип работы суперчарджера достаточно прост. В двигателе внутреннего сгорания топливно-воздушная смесь засасывается в цилиндр, где сжимается поршнем и воспламеняется свечой зажигания. В результате взрыва поршень движется вниз, и процесс повторяется. Чем больше объём двигателя, тем больше топливно-воздушной смеси в него влезет, тем больше будут мощность и тяга. Суперчарджер нагнетает смесь в двигатель под давлением, увеличивая мощность и тягу, т.е. как бы увеличивая объём двигателя.
Виды суперчарджера
Существует несколько типов суперчарджеров с разной степенью эффективности, но принцип их действия практически одинаков. Все они приводятся в движение от коленвала с ремнём и содержат одну или несколько крыльчаток, которые, вращаясь, загоняют воздух в двигатель.В настоящее время существует два вида суперчарджеров:
с внутренней компрессией,
с внешней компрессией.
Суперчарджер с внутренней компрессией сжимает входящий воздух изнутри самого себя, работая как компрессорСуперчарджер с внешней компрессией работает как обычный насос, просто закачивающий воздух в двигатель, нагнетатель Рутса. Раньше они были наиболее распространены, но сейчас стремительно набирают популярность суперчарджеры внутреннего типа. К этому типу относятся Paxton, Pro Chager. Винтовой нагнетатель Whipple также относится к этому типу.
Нагнетатель Рутса
В нём обычно 2 ротора. В полость между роторами и корпусом воздух по внешнему периметру корпуса попадает в нижнюю часть. Каждый ротор имеет 2 или 3 кулачка. Если придать роторам спиральную форму, 2-х кулачков будет недостаточно для нагнетания – суперчарджер не будет работать. Необходимо установить 3-ий кулачок. Кстати, на замерах мощности прямых 2-х кулачковых нагнетателей, никаких заметных отличий мощности найдено не было.
Суперчарджеры с внутренней компрессией — центробежные
При ровном давлении центробежный нагнетатель даёт больший прирост мощности, чем нагнетатель Рутса. Причина в том, что центробежный нагнетатель не так сильно нагревает воздух. С другой стороны, прирост мощности от центробежного суперчарджера пропорционален оборотам, а значит, он уступает нагнетанию Рутса на низких оборотах.Одним из самых важных достоинств чарджеров с внутренней компрессией является их хорошая совместимость с инжекторами. Эти нагнетатели устанавливаются сбоку двигателя как компрессор кондиционера. Как правило, клапан тяги системы впрыска крепится на входе чарджера, а выход чарджера – на вход инжектора; Что касается их установки на Хот Роды, то следует отметить любопытную ситуацию: нагнетатель Рутса не собирается сдавать свои позиции. Суперчарджеры этого типа, чьё применение изначально и ограничивалось установкой на Street rod и ранние Street machine, и сейчас благополучно используются. Причина в том, что для установки centrifugal supercharger на Street rod придется прорезать боковую поверхность капота. К тому же на старых машинах контроль над выхлопом менее жёсткий и для них чаще всего выбирают именно Roots, не столько из-за эффективности, сколько из-за внешнего вида; Centrofugal Superchargers выпускаются разными компаниями.Между тем, объединённые одной целью, они имеют различия. Paxton – центробежный суперчарджер, приводится в движение от коленвала ремнём, но у него есть одна внутренняя шарикоподшипниковая передача, позволяющая разгонять крыльчатку до 30000 об/мин. Недостаток – ограниченный диапазон нагнетания, т.к. при слишком большом давлении шарики начинают проскальзывать, что приводит к повреждению суперчарджера. Сейчас выпускается модель NOVI2000 со спиральной передачей. Спиральные шестёрки работают тише. Paxton утверждает, что нагнетание на этой модели – до 17 psi; Vortech появилась в начале 90-х и стала первым серьёзным конкурентом Paxton.В суперчарджерах Vortech для внутренней передачи используются прямозубые шестерни. Их недостатком, особенно на холостых оборотах, является шум. Такие суперчарджеры увеличивают мощность в 1,5-2 раза, так как промежуточное охлаждение позволяет использовать больший напор.
Суперчарджер
Автомобилестроительный концерн Daimler (Германия) впервые запатентовал систему автоматического наддува для двигателя внутреннего сгорания в 1900 году. Первый суперчарджер (нагнетатель) по внешнему виду походил на двухроторный воздушный насос. Он был изобретен и запатентован американцем Френсисом Рутсом (компрессор Рутса). Первые автомобили, оснащенные компрессором, сошли с конвейеров компаний Mercedes и Bentley в 1920-х. Их примеру последовали многие производители, пополнив линейный ряд новыми автомобилями с системой автоматического наддува. Двигатели усовершенствовались, появлялись более современные. Это дало толчок для развития новой отрасли, производства запчастей и аксессуаров для тюнинга.
Устройство и принцип работы компрессора
Суперчарджеры, способствуют увеличению мощности двигателя за счет дополнительного воздуха (кислорода), нагнетаемого под давлением. При этом возрастает расход топлива. Приток кислорода обеспечивает лучшую реакцию горения смеси в клапанах, что создает дополнительный импульс, и мощность увеличивается. Механические компрессоры приводятся в действие двигателем, посредством ремня от шестерней и вала, либо цепью от коленчатого вала. Ременной привод позволяет компрессору вращаться со скоростью до 50 000 оборотов в минуту, что способствует увеличению наддува.
Компрессоры бывают объемные и динамические. Разница в том, что объемные поддерживают постоянное давление наддува, а динамические нет. В динамических компрессорах давление нагнетателя возрастает по мере ускорения вращения двигателя. Они устроены немного сложнее, чем объемные компрессоры.
Установка и настройка
Установка компрессора – ответственный процесс, требующий четких и последовательных действий. Оптимальное соотношение топлива и воздуха, которого стоит придерживаться – 14:1, то есть 14 частей воздуха на 1 часть бензина.
Перед установкой компрессоров (также как и турбонагнетателей) нужно проверить исправность зажигания, уровень компрессии, подачу топлива и многое другое.
Нагнетаемый воздух обладает высокой температурой. Чтобы его охладить и повысить плотность для лучшего горения смеси в цилиндрах, нужен интеркулер.
Важно отметить, что если поступающий воздух слишком горячий, давление наддува слишком высокое, зажигание выставлено на опережение, и при этом используется бензин с низким октановым числом, может произойти детонация двигателя. Детонация – это самопроизвольное возгорание рабочей смеси в цилиндре (бензин и воздух), в результате которой образуется ударная волна, способная вывести из строя двигатель. Большинство мастеров знают, как обойти этот неприятный эффект. Один из способов – использовать бензин с высоким октановым числом.
Механическому нагнетателю не нужно время чтобы остыть, поскольку он не смазывается маслом во время работы. То есть можно сразу глушить мотор, а не оставлять его работать на холостых оборотах. Однако в подшипниках (в компрессоре) есть некоторое количество масла для смазки, поэтому нагнетатель лучше запускать, когда двигатель прогрет.
Виды механических нагнетателей
Центробежный нагнетатель
В центробежном компрессоре крыльчатка вращается на высоких оборотах и загоняет воздух в воздухосборник. Воздух всасывается в центральной части рабочего колеса, а затем выталкивается наружу центробежной силой. Вокруг крыльчатки имеются стабилизаторы, которые уменьшают давление скоростного воздушного потока. Центробежные компрессоры весьма эффективны. Они обладают малым весом, компактны и просты в установке (крепятся к передней части двигателя). Во время вращения создают специфический шум.
Компрессор Рутса
Компрессор Рутса считается самой старой моделью нагнетателя. Принцип работы прост: две прямозубые шестерни вращаются в разных направлениях, перекачивая воздух от впускного к выпускному коллектору. Таким образом, воздух буквально вдувается (воздуходув) во впускной коллектор.
Винтовой нагнетатель
Принцип работы винтового нагнетателя точно такой же, как и у компрессора Рутса. Воздух захватывается двумя смежными роторами и проталкивается в воздушные карманы. Благодаря конической форме роторов, воздух сжимается на пути к выпускному отверстию. Винтовые нагнетатели также эффективны, но их настройка и установка обойдется дороже. Во время работы создают примечательный шум/свист.
Автомобили, выпускаемые с суперчарджерами:
Есть две причины, по которым производители устанавливают на автомобили механические нагнетатели. Во-первых, потому что это самый простой способ повысить мощность, а во-вторых, обеспечить хорошую производительность автомобилей даже с небольшим объемом двигателя.
Преимущества и недостатки механического нагнетателя.
Преимущества:
В погоне за мощностью: Нагнетатели
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.
Механический нагнетатель — типы нагнетателей, конструкция и применение
Механический нагнетатель, или как его еще называют supercharger, является главной составной частью всего механизма наддува. Его роль состоит в создании давления выше атмосферного, которое образуется во впускном тракте.
Такое название он получил по причине непосредственной связи с коленчатым валом, с которым его соединяет специальный привод.
Привод нагнетателя с коленчатым валом
Преимущества использования нагнетателя
Работа данного устройства построена по следующей схеме:
- втягивание воздуха;
- сжатие;
- нагнетание воздуха в саму впускную систему.
Для того чтобы втянуть необходимое количество воздуха внутри нагнетателя образуется разряжение. Что касается создания давления, то это осуществляется путем быстрого вращения механизма (быстрее, чем обороты двигателя). А вот нагнетание происходит из-за имеющейся разницы в давлении.
Особенности конструкции
В данной конструкции присутствует интеркулер. Это специальный радиатор, предназначенный для охлаждения сжатого воздуха. Дело в том, что во время сжатия воздух нагревается, а это влечет значительное снижение показателей давления и плотности.
Интеркулер может быть 2-х видов:
- жидкостный;
- воздушный.
Привод, посредством которого происходит соединение коленчатого вала и механического нагнетателя, имеет несколько типов:
- прямой – нагнетатель закрепляется на фланец коленвала;
- цепной – для связи используется металлическая цепь;
- ременной – применяются различные типы ремней. Это может быть плоский, зубчатый или клиновой ремень;
- электрический – он представляет собой электродвигатель;
- зубчатый – это редуктор цилиндрического типа.
Типы механических нагнетателей
Конструкция этих устройств может быть разной.
Типы механических нагнетателей
За всю историю было разработано довольно много видов данных агрегатов. Некоторые из них устанавливаются на автомобили до сих пор, но о многих забыли, потому как они не оправдали возложенных надежд.
Стоит упомянуть о таких аппаратах как: шиберные (лопастные), спиральные, подпоршневые насосы и другие. Все эти типы, по тем или иным причинам, либо не были запущены в массовое производство, либо были сняты с конвейера.
В настоящее время наиболее популярными и востребованными являются 3 типа механических нагнетателей (на фото выше):
- Кулачковый (Roots);
- Винтовой (Lysholm);
- Центробежный.
Кулачковые нагнетатели
В честь имени своих создателей такое устройство называется Roots, в простонародье же носит название «воздуходувка». Данный тип конструкции по праву можно назвать старейшим. Его использование началось еще в далеком 1900 году. С той поры они постоянно совершенствуются.
Сегодня такой нагнетатель располагает роторами, состоящими из 3-х или 4-х кулачков, вращающихся навстречу друг другу. Их расположение напоминает спираль и протягивается через весь ротор. Благодаря точно рассчитанному углу наклона этих кулачков, достигается оптимальный баланс потерь и нагнетания. Он работает по принципу внешнего нагнетания, в ходе которого кулачки захватывают воздух и нагнетают его в трубопровод (впускной). Похожий принцип работы и у самого обычного масляного насоса.
Неоспоримым достоинством такого устройства является очень быстрое нагнетание воздуха до необходимых показателей, а также повышение этого давления параллельно с учащением вращения коленчатого вала.
Но это преимущество имеет и обратную сторону. Такой тип обязательно должен оснащаться системой регулировки давления. В противном случае, из-за неконтролируемого нагнетания воздуха, образуется избыток давления, который приводит к заторам в канале (нагнетательном). По этой причине падает мощность двигателя.
Для осуществления регулировки применяются 2 метода:
- Перепускание воздуха – в таком случае нагнетатель работает все время, а при необходимости открывается перепускной клапан;
- Отключение механического нагнетателя.
В целях обеспечения корректной работы всей системы, она комплектуется различными датчиками (температуры во впускном коллекторе, давления и другие), ЭБУ, а также исполнительными механизмами. К последним относятся: электромагнит муфты, модуль привода перепускного клапана и другие.
Механические нагнетатели такого типа довольно дороги, потому как точность их изготовления очень высокая. Чистота втягиваемого воздуха также имеет большое значение, потому как даже мелкий мусор может вывести всю систему из строя. Само устройство довольно тяжелое и создает заметный шумовой фон, для погашения которого устанавливаются резонаторы, демпферы, совершенствуется конструкция корпуса и так далее.
Винтовые нагнетатели
Можно встретить еще одно название такого прибора – Lysholm. Этот тип имеет сходство с кулачковым. Он состоит их 2-х роторов-шнеков, имеющих особую коническую форму. Один из них с выступами на поверхности, а другой с выемками.
Во время работы воздух захватывается шнеками и при их вращении сжимается, после чего следует его нагнетание во впускной патрубок. Главное отличие винтового прибора от кулачкового – внутренне нагнетание воздуха. Данный способ более эффективен.
Но широкое распространение такого типа конструкции сдерживается высокой ценой на устройство, которая объясняется значительными издержками при его изготовлении. Главная сфера применения данных нагнетателей – дорогие спортивные и гоночные автомобили.
Центробежные нагнетатели
Такой тип практически одинаков с турбокомпрессором. Он оснащен крыльчаткой (колесом), которое очень быстро вращается (частота достигает порядка 50-60 тысяч оборотов в минуту). Изобретение этого нагнетателя произошло практически одновременно с кулачковым – на заре ХХ века.
Вначале происходит засос воздуха в центральную часть крыльчатки. Под действием центробежной силы он устремляется по лопастям, имеющим особую форму. На выходе воздух располагает низким давлением и высокой скоростью. В таком состоянии происходит его столкновение с диффузором. Благодаря этому возникает воздушный поток высокого давления с низкой скоростью.
У такого типа нагнетателей множество преимуществ перед остальными:
- малый вес;
- компактность;
- эффективность;
- множество вариантов крепления на моторе;
- невысокая стоимость.
Но имеются и недостатки, главный из которых – зависимость эффективности устройства от частоты вращения коленвала. По этой причине требуется установка привода с передаточным отношением переменного типа.
Главный недостаток всех механических нагнетателей
Он состоит в том, что их работа основана на задействовании части мощности, создающейся двигателем. В этом и состоит основное отличие нагнетателя от турбины, которая функционирует за счет энергии газов (отработанных). Это значит, что та мощность, которая могла бы пойти на увеличение скорости автомобиля, используется для приведения в действие «суперчарджера». А эти потери весьма значительны, особенно на высокой скорости.
Применение
Данные устройства используются как при производстве автомобилей, так и во время тюнинга. В целом можно выделить 3 основные области применения:
- производство серийных машин;
- тюнинг;
- выпуск спортивных автомобилей.
На серийных машинах механические нагнетатели устанавливаются нечасто, а вот что касается спортивных версий, то они не обходятся без этого прибора. При тюнинге монтаж нагнетателя на двигатель не является редкостью. В целях их правильной установки производители изготавливают специальные комплекты, которые включают в себя все детали для корректной установки.
Видео:
Таким образом, область применения механических нагнетателей довольно обширна, чему способствует разнообразие видов устройств. У них есть определенные недостатки, но они не критичны, и не в состоянии кардинально изменить ситуацию.
Что такое суперчарджер на что ставится
В случае использования компрессора с механическим приводом (так называемые «объемные» компрессоры) необходимое давление воздуха получают благодаря механической связи между коленвалом двигателя и компрессором. Яркими примерами такого типа нагнетания воздуха является компрессор Рутса (Roots-type supercharger) и компрессор Лисхольма (Lysholm Screw Compressor). Вот их и рассмотрим подробнее.
Компрессор Рутса
Братья Филандер и Фрэнсис (Philander Roots) Марион Рутс (Francis Marion Roots) создали воздушный насос роторно-шестерного типа еще в 1859 году.
Нагнетатели Рутса снискали большую популярность благодаря простой и надежной конструкции. Фундаментальным элементом выступает пара роторов особой формы, объединенных механическими приводами с вращением в противоположные стороны. Между роторами и стенками корпуса присутствует небольшой зазор.
Основа этого метода состоит в том, что сжатие воздуха происходит на выходе из нагнетателя, а не внутри его, как в случае с турбонагнетателем на энергии отработанных газов. Воздух, попадая с воздушного фильтра, закручивается лопастями роторов, сжимается и вытесняется из камеры сжатия. А попадая в цилиндры увеличенная в объемах воздушно-топливная смесь, повышает тем самым производительность.
Достоинства
Неоспоримым достоинством компрессоров объемного типа это его тип привода. Вращаясь от коленвала, данный вид нагнетания воздуха вызывает практически мгновенный отклик педали акселератора, что благотворно сказывается на всем диапазоне оборотов двигателя. Поэтому можно сделать вывод, что характеристика всех механических нагнетателей линейная и напрямую зависит от количества оборотов двигателя.
Недостатки
Основным недостатком всех механических нагнетателей является температура, возникающая от вращения роторов и от турбулентности, которую вызывает воздух в процессе сжатия уже в нагнетательном трубопроводе. Именно по этой причине все без исключения нагнетатели объемного типа оснащаются интеркулерами.
Интеркулер — это система радиаторного типа для охлаждения воздуха, сжатого турбокомпрессором.
Компрессор Лисхольма
Альф Джеймс Рудольф Лисхольм (Alf James Rudolf Lysholm) — шведский инженер, изобрел в 1935 году первый механический нагнетатель с внутренним сжатием.
Конструкция компрессора Лисхольма в каком-то смысле повторяет идею братьев Рутс. Однако, в отличие от последних, роторы, между собой имеют минимальный зазор. Форма роторов радиально симметрична, боковая асимметрия имеет взаимодополняемый профиль. Ведущий ротор обычно имеет выпуклую резьбу, соединен через зубчатую или ременную передачу с коленвалом двигателя. Ведомый ротор по структуре более разнородный (сложная нарезка с впадинами).
Благодаря асимметричности профиля роторов и малым зазорам при вращении образуется давление, которое увеличивается по мере прохождения к выходному коллектору. Внутреннее сжатие обеспечивает компрессору Лисхольма высокий КПД, и как следствие более компактные размеры и вес. Кроме того, этот вид объемных нагнетателей считается одним из самых тихих.
В России первый серийный винтовой компрессор сошел с конвейера в 1953 году. Выпущенный Конструкторским Бюро Ленинградского компрессорного завода (ныне ОАО «Компрессор») — «ЛКИ» (так назвали компрессор) имел производительность в 60 м3/мин при 10000 об/мин, создавая давление в 4 атмосферы!
Механические (или объемные) компрессоры широко распространены в среде легковых малолитражных автомобилей работающих на бензине, маслкарах, спорткарах, шоу-карах и хот родах.
