для чего нужен суперчарджер
Суперчарджер — компрессор!
Небольшая статья про компрессоры и их виды, стоит ли их вообще покупать и ставить как вы думаете?
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 объем 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 объем двигателя.
Существует несколько типов суперчарджеров с разной степенью эффективности, но принцип их действия практически одинаков. Все они приводятся в движение от коленвала с ремнем и содержат одну или несколько крыльчаток, которые, вращаясь, загоняют воздух в двигатель. В настоящее время существует два вида суперчарджеров: с внутренней и с внешней компрессией. Суперчарджер с внутренней компрессией сжимает входящий воздух изнутри самого себя, работая как компрессор. Суперчарджер 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.
Теперь подробнее рассмотрим оба типа.
1. Нагнетатель Рутса.
В нем 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. Например, у B&M и Weiand их два, а у нагнетателей для автомобилей General Motors и у аналогичных Weiand, BPS, Hempton Kuhl, Littlefield, Dyer, Mooneyham-ux3; Если придать роторам спиральную форму, 2-х кулачков будет недостаточно для нагнетания – суперчарджер не будет работать. Необходимо установить 3-ий кулачок, что и сделали конструкторы GMC. Кстати, на замерах мощности прямых 2-х кулачковых нагнетателей, никаких заметных отличий мощности найдено не было.
2. Суперчарджеры с внутренней компрессией — центробежные.
При ровном давлении центробежный нагнетатель дает 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, чье 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 жесткий 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, объединенные одной целью, они имеют различия. Paxton – центробежный суперчарджер, приводится в движение от коленвала ремнем, 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 шестерки работают тише. Paxton утверждает, что нагнетание на этой модели – до 17 psi; Vortech появилась в начале 90-х и стала первым серьезным 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. Цена увеличивается одновременно с эффективностью.
Суперчарджер (Нагнетатель) 1 часть… начало долгого и интересного пути
И так раскрою все карты, в предидущем блоге www.drive2.ru/cars/lada/2…/288230376152207271/#post я рассказывал о компрессоре кит, который зарезервировал на сайте, я отклонил заявку так как мне подвалил более дешёвый и покачественней нагнетатель от мерседеса компрессор е200, теперь дни мои будут сводиться к ночам а ночи к дням, сегодня была проделана большая работа:
—1.Разработал план по транспортировки АКБ в багажник.
—2.Приготовил и вырезал трафореты под посадочное место суперчарджера ( металический лист будет толщиной 1см).
—3.Решено было убрать старое посадочное место от АКБ для большего простора для ременной передачи со шкива нагнетателя до шкива коленчатого вала).
—4.Так же разработали план размещения и направления впускного колектора.
—5.Решено было изготовить проставку большей площади под карбюратор толщиной 1 см (для полной надёжной его фиксации).
—6.Обсудили и решили какие шкивы ставить (двойные, для одинарного ремня стандартного, и для 5и полосного, аналогичному шкиву на нагнетателе.
—7.Так же приняли решение ставить сверху карбюратора не кастрюлю стандартную, а от москвича, с удлинением его в сторону левой фары, на конец патрубка будет установлен фильтр нулевого сопротивления ( в дальнейшем интеркуллер).
—8.Для регулировки натяжения и колибровки ремня было решено в листе на котором будет прикручен нагнетатель после горизонтальной колибровки размерим и проделаем ещё одно продолговатое отверстие, чертёж приблизительный как доделаю выложу.
—9.Шланг сапуна будет удленнён.
—10.Штопливный шланг тоже подвергнется замене на более длинный
—11.И соответственно трос подсоса топлива будет заменён на нивский.
Принцип работы суперчарджера (Нагнетателя)
Она основана на всасовании воздуха прямиком из карбюратора уже готовая смесь идёт в лопасти где преобразуется вихревое давление, кстати очень высокое, и под большим давлением где то 0.7 бара на 5500 оборотах в впускной колектор…
Результ: Никакого вреда двигателю, расход увеличивается на 1 литр, но и по мере ритма езды, на 5500 оборотах выдаёт 120 л.с…и это не придел…
Нагнетатель — компрессор для предварительного сжатия воздуха или смеси воздуха с топливом, поступающих в цилиндры двигателя внутреннего сгорания. В итоге из-за более высокой суммарной калорийности поступающей в цилиндры топливо-воздушной смеси, повышается мощность двигателя.
Нагнетатель впервые был установлен на автомобиль немецким инженером Готтлибом Даймлером в 1885 году. В 1902 году Луи Рено запатентовал свою конструкцию нагнетателя.
Нагнетатели нашли широкое применение в поршневых двигателях внутреннего сгорания для ситуаций, где требуется повышенная удельная мощность — в гоночных автомобильных и авиационных двигателях.
Суперчарджер (компрессор Рутса) — механический нагнетатель, который имеет привод от коленчатого вала через ремень. В этом состоит их главное отличие от турбонагнетателя, который использует энергию выхлопных газов. С помощью механического нагнетателя можно получить прибавку в мощности до 50 %, несмотря на то, что некое количество лошадиных сил идёт на сам привод нагнетателя. Преимущество суперчарджеров перед турбонаддувом в том, что они начинают работать при холостых оборотах, а турбина начинает нагнетать воздух после того как поднимется давление выхлопных газов.
У компрессора два явных преимущества перед атмосферным впуском.
Первое. Как понимаете, мощность двигателя напрямую зависит от его объема. Ведь чем больше объем двигателя, тем большее количество топливовоздушной смеси входит в него во время такта впуска, и при сгорании смеси производится большее количество энергии. А компрессор, по сути механический нагнетатель, как раз при неизменном, стандартном объеме двигателя автомобиля позволяет «затолкать» большее количество топливовоздушной смеси, которая, сгорая, и будет давать дополнительную мощность, так как будто бы Вы увеличили объем двигателя.
Второе. Дело в том, что в цикле работы двигателя есть так называемая «фаза перекрытия», в конце фазы выпуска, когда полуоткрыты впускные и выпускные клапана. Зачем она нужна, спросите Вы — я отвечу, чтобы наиболее полно очистить камеру сгорания двигателя от остаточных газов. Ведь при содержании отработанных газов в топливовоздушной смеси около 40% делается невозможным сгорание смеси. А с компрессором как раз резко возрастает эффективность продувки камеры сгорания во время этой фазы перекрытия.
Что мы имеем в результате? Компрессор как бы увеличивает объем двигателя и эффективно влияет на «свежесть» смеси, подаваемой на впуске! На практике при установке на стандартный двигатель возможно увеличение мощности от первоначальной на 15-30%, в зависимости от давления воздуха, его температуры и состава топливовоздушной смеси! Если надо убрать компрессор, например, при продаже автомобиля, то это делается без особых проблем, и Вы опять получите стандартный автомобиль.
Во-первых, у компрессора постоянный ременный привод. Это значит, что давление наддува зависит от оборотов двигателя и его, компрессора, эффект растянут по оборотам и двигатель становится более «универсальным», причем эффект заметен и при малых оборотах, чего не скажешь о турбине, а на больших — заметно превосходит эффект турбины!
Во-вторых, турбина требует постоянного подвода масла под давлением, неполадки в системе смазки быстро скажутся на турбине, она попросту практически сразу выйдет из строя в силу своей конструкции. Механический нагнетатель же предлагаемой конструкции требует периодичной запрессовки пластичной смазки, по принципу водяного насоса в заднеприводных а/м ВАЗ, вот и все! Никаких предельных температур, агрегат долговечен!
В-третьих, Как говорилось ранее, при установке компрессора (нагнетателя) не требуется каких-либо серьезных вмешательств в конструкцию двигателя, в отличие от турбины — там придется приобретать дорогой выпускной коллектор стоимостью около 100$, не считая стоимости самой турбины. Ну и конечно же стоит упомянуть про сложность настройки и обслуживания турбины, которая под силу только специалистам. «У компрессора» все намного проще — надо просто топливными жиклерами подобрать состав смеси, чтобы не переобеднялась, что под силу любому карбюраторщику с газоанализатором! На инжекторном двигателе — соответствующим образом изменить программу управления двигателем, что также легко осуществимо в наших условиях.
Отнюдь. Стандартный тюнинг двигателя, чтобы его мощность реально превосходила мощность стандартного на 15-30%, хотя бы для автомобилей ВАЗ, будет стоить в районе 300-500$. Турбина в сборе с установкой стоит около 300$.
Компрессор же, конструкция которого предлагается здесь, обойдется Вам в цену не более 150$! Разница ощутима? А если применить компрессор к уже тюненому двигателю? Или поставить его на РПД (роторно-поршневой двигатель)? Мощность уже поднимется значительно, при оптимальной цене переделок. В любом случае, простота конструкции, высокая эффективность и низкая цена привлекательны для приверженцев эксклюзива, чем и является предлагаемый агрегат!
Роторно-шестеренчатые компрессоры (типа ROOTS)
Ранее широко использовались для воздухоснабжения двигателей. Характеризуются сравнительной простотой конструкции, достаточно большим сроком службы, уравновешенностью, высокой чистотой подаваемого воздуха и благоприятной зависимостью изменения давления за компрессором от частоты вращения его роторов, что весьма важно при работе двигателя на переменных режимах.
В процессе переноса от впускного окна к выпускному воздух в рабочей полости не сжимается, т.е. отсутствует так называемое внутреннее сжатие, поэтому роторно-шестеренчатые компрессоры часто называются компрессорами с внешним сжатием. Вследствие этого роторно-шестеренчатые компрессоры работают достаточно эффективно лишь при умеренной степени повышения давления, равной отношению давления на нагнетании к давлению на всасывании. С ростом последней КПД компрессора заметно падает. К недостаткам рассматриваемых компрессоров относятся также сильная зависимость КПД от величины зазоров между рабочими органами компрессора, сильный шум и пульсации давления нагнетания, особенно в случае применения более простых в изготовлении прямозубых роторов.
Наибольшее распространение получили роторно-шестеренчатые компрессоры с двумя одинаковыми роторами и поперечным расположением в корпусе впускного и выпускного окон.
На рисунке приведена принципиальная схема роторно-шестеренчатого компрессора. В неподвижном корпусе 1 равномерно вращаются в противоположном направлении роторы 2 и 3. При вращении роторы не касаются один другого и корпуса, что обеспечивается подшипниками, установленными в торцах корпуса, и синхронизирующей зубчатой передачей, служащей также для привода ведомого ротора 3. Функции органов распределения выполняют роторы, кромки которых перекрывают впускные и нагнетательные окна в корпусе.
При повороте роторов из положения I в положение II нижний ротор вытесняет в пространство нагнетания некоторый объем воздуха. Одновременно, вследствие того, что зуб верхнего ротора отошел от кромки выпускного окна, под действием перепада давлений происходит обратное перетекание сжатого воздуха из полости нагнетания в полость, образованную верхним ротором и корпусом. Перетекание будет продолжаться до тех пор, пока давление в этой полости и давление нагнетания не станут одинаковыми. С момента выравнивания давлений до момента, соответствующего положению III, происходит чистое выталкивание. Положение III по протеканию рабочего процесса в компрессоре равнозначно положению I, так как роторы одинаковые. Поэтому для двузубчатого роторно-шестереночного компрессора период пульсации скоростей и давлений в проточной части соответствует 90° угла поворота ротора.
Для улучшения равномерности подачи воздуха и уменьшения шума роторы делают спиральными. Однако применение таких роторов или окон клиновидной формы может лишь уменьшить пульсацию давления – полностью устранить ее в компрессоре с внешним сжатием невозможно. В случае использования трехзубчатых роторов период пульсации скорости и давления в проточной части соответствует 60° угла поворота роторов; амплитуда пульсаций по сравнению с двузубчатыми роторами меньше.
Вот в принципе пока всё что нужно, но и это я думаю не конец…
Вот собственно и он сам, с виду ничего серьёзного но потенциал огромен
Supercharger — механический нагнетатель
Понятие, плюсы и минусы механического нагнетателя Supercharger
Механический наддув – это процесс увеличения давление некой смеси на впуске двигателя для повышения массы горючей смеси в цилиндре для увеличения мощности относительно единицы объема двигателя.
Supercharger (cуперчарджер) также известный как компрессор Рутса — это механический нагнетатель использующий для собственного привода энергию коленчатого вала. Он является основным элементом механического наддува.
Главным функциональным плюсом cуперчарджера является то что он может закачивать воздух на минимальных оборотах, абсолютно без задержки, при этом рост силы наддува строго пропорционален оборотам двигателя.
Главным же минусом cуперчарджера является то что он обирает часть мощности двигателя на собственный привод.
На данный момент механические нагнетатели практически не используются. Их место заменили турбонагнетатели (турбокомпрессоры). За редким исключением их продалжают устанавливают на легковые автомобили, если необходимо сделать разбег по мощности, дабы не изменять конструкции двигателя.
В среднем применение механического нагнетателя обеспечивает увеличение мощности двигателя до 50%, а крутящего момента на 30%. При этом механический нагнетатель отличают существенные потери мощности двигателя из-за затрат энергии на его привод. В разных механических нагнетателях они могут составлять до 30%.
Виды конструкций механического нагнетателя делятся в зависимости от типа привода.
Данный вид привода естественно является наиболее энерго-затратным и требует большей мощности для аккумуляторов, но при этом он не снижает мощности двигателя.
Механический нагнетатель можно условно поделить на такие виды как:
Объемные нагнетатели
Объемные нагнетатели получили свое название из-за того что принцип их работы заключается в простой перекачке определенного объема воздуха без сжатия.
Кулачковый нагнетатель
Кулачковый нагнетатель является самым первым и от того самым старым и проверенным типом наддува. Его история развития стартовала 1859 году с работы двух талантливых братьев под фамилией Рутс (Roots). Изначально его использовали как промышленный вентилятор для продувки помещений. Чуть позже он получил широкое применение из-за своей простоты. Две помещенные в общий кожух прямозубые шестерни вращаются в разных направлениях, при этом перекачивая определенный объем воздуха от впускного до выпускного коллектора.
Спустя 90 лет другому американскому ученому Итону пришло в голову, как можно усовершенствовать конструкцию. Прямозубые шестерни заменили на косозубые роторы, и воздух стал перемещаться вдоль, а не поперек как это было раньше. С того времени усовершенствование нагнетателей этого типа идет по пути увеличения количества зубчатых лопаток (косозубых роторов). В первоначальной модели Итона «Eaton» их было две, а теперь сложно встретить меньше четырех. Основными функциональными недостатками нагнетателей типа Рутс является:
Развитие машиностроение позволило полностью оценить плюсы и минусы нагнетателей Рутса и получить из них максимум производительности.
Плюсы компрессоров Рутс:
Винтовой нагнетатель
Винтовой нагнетатель (Lysholm) также как и компрессор «Рутса» относится к объемно-роторным нагнетателям и в своей работе использует те же принципы, но в отличии от своего более раннего коллеги рабочую нагрузку в нем исполняют пара роторов с взаимодополняющими профилями. На английском винтовой нагнетатель называют Lysholm в честь его изобретателя Альфреда Лисхольма, который в 1936 году изготовил и запатентовал на него права.
Принцип работы компрессора Lysholm
Следовательно, на выпуске окна компрессора не возникает турбулентности, как у компрессоров «Рутса». Это является главным отличием от роторно-шестеренчатых нагнетателей. Подобная схема работы обеспечивает стабильно высокую эффективность на всех уровнях нагрузки.
Плюсы компрессоров «Лисхольм»:
Главным и единственным минусом компрессоров «Лисхольм» является очень слона форма роторов, из-за чего их производство является очень затратным и как следствие сам компрессор очень дорогой. Поэтому он не встречается в серийных авто и его производят очень мало компаний.
Центробежный нагнетатель
ентробежный нагнетатель получил на данный момент наиболее широкое применение среди всех механических нагнетателей. Главным образом его, используют в компоновке турбонаддува и реже как самостоятельное устройство наддува. Центробежный нагнетатель аналогичен турбонаддуву в плане нагнетания воздуха. Его основной деталью, как и у турбокомпрессора является крыльчатка. У этой детали весьма сложная в исполнении конусообразная форма и от того насколько правильно она спроектирована и сделана зависит КПД всего нагнетателя.
Принцип действия центробежного нагнетателя:
Главный недостаток центробежного компрессора связан с базовым принципом, который приводит его в действие. Для работы ему необходимо огромная скорость вращения крыльчатки. Давление производимое компрессором равно квадрату скорости крыльчатки. Поэтому базовая скорость компрессора начинается от 40 тысяч оборотов за минуту и может достигать 200 тысяч. Понятно что для разгона на такую скорость ремень привода должен работать крайне быстро. Из-за чего от работы этого наддува появляется очень сильный шум и детали подвергаются быстрому износу. Частично проблема шума решается установкой дополнительного мультипликатора, при этом теряя часть КПД механического нагнетателя.
Огромная нагрузка накладывает высокие требования на качество материалов и точность обработки деталей нагнетателя.
К еще одному минусу данного механического нагнетателя можно отнести его инерционное действие, проявляющий себя в отставании срабатывании. На малых оборотах его эффективность ничтожна, но при увеличении оборотов происходит быстрый скачек в мощности. Из-за данной особенности центробежный нагнетатель устанавливают на машины, где требуется высокая мощность и скорость, взамен интенсивности разгона.
Плюсы центробежного нагнетателя:
Низкая цена и простота установки центробежного нагнетателя сделали его очень популярным среди автолюбителей.
Минусы центробежного нагнетателя:
Повышенный износ, шум и эффективность прибавки мощности исключительно на высоких оборотах.
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:
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.
Шиберные (лопастные) компрессоры (нагнетатели также известные как ротационно пластинчатые компрессоры)
Говоря о незаслуженно забытых видах компрессорах, стоит обязательно упомянуть шиберные (лопастные) компрессоры – прекрасные в своей простоте конструкции и принципе действия апараты.
Устройство лопастного компрессора
В корпусе компрессора находится ротор чей размер составляет ¾ от внутреннего размера корпуса. Он смещен в одну из сторон относительно середины пары отверстий растянутых по всей длине цилиндра. На роторе нанесены несколько продольных канавок, в которые помещены лопатки. При вращении ротора воздух сначала засасывается в одну из долей (промежуток между лопатками), в момент когда лопасти выдвигаются повинуясь центробежной силе, а затем сжимаются по пути подхода к выпускному отвествию.
Плюсы лопастного компрессора (нагнетателя)
Качественно изготовленные лопастные компрессоры могут создавать весьма и весьма большое давление. Если сравнивать их с теме же компрессорами Рутс у них на 50% больше мощности, меньше шумность, выше КПД, меньше потери воздуха и его температура. К тому же они меньше отбирают мощности двигателя.
Минусы лопастного компрессора
Из-за свой конструкции лопастной компрессор имеет огромную фрикционную нагрузку между корпусом и шиберами (лопастями). Со временем эксплуатации нагнетателя, увеличивался износ и потери воздуха, КПД существенно уменьшалось. Из-за этого лопастные компрессоры приходилось делали габаритными и низкооборотными. Что являлось недопустимо для развития машиностроения. О них стали отказывается и по не многу забывать. По пришествию долгих лет металлообрабатывающая отрасль шагнула далеко вперед. Появились новые материалы и технологии высоко-точной обработки, конструкторы стали задумывается о применении старых технических решений, которые ранее не нашли применения в жизни. Возможно, в скором будущем лопастные компрессоры вернутся в массовое производство.