Тем не менее, режим турбо зачастую реализуют и на старых машинах, в том числе и семейства ВАЗ, правда, в этом случае чаще всего применяют электрический наддув.
Нагнетатель воздуха – оптимальный способ увеличить мощность!
На заре автомобилестроения инженеры решали вопрос увеличения мощности двигателей внутреннего сгорания, что называется, в лоб – увеличивали количество и размеры цилиндров. Однако практичность таких разработок даже во времена дешевой нефти была под большим вопросом. Нагнетатель воздуха позволил решить эту проблему своими руками.
Сложно это представить, но еще в 1909 году автомобиль с двигателем внутреннего сгорания установил рекорд скорости в 200 км/ч – достижение для тех времен невероятное. Еще сложнее представить объем двигателя, благодаря которому удалось разогнать авто до такой скорости – 28 литров! Даже речи быть не могло, чтобы запустить такие агрегаты в массовое производство, ведь их обслуживание своими руками было практически невозможным, ввиду огромных габаритов двигателя.
К счастью, дальнейшие разработки автомобильных инженеров велись в сторону уменьшения объема при сохранении мощностей, а также упрощения конструкции. Чтобы автомобиль стал массовым, следует дать возможность ремонтировать его своими руками – так размышляли первые автомобилестроители и были совершенно правы.
Благодаря появлению нагнетателя, удалось при сохранении всех параметров сходу увеличить мощность на целых 50 %! Сегодня опытному автомобилисту не составит труда своими руками установить одну из популярных систем турборежима.
Похожие статьи
Представить принцип работы такого устройства совершенно не сложно даже школьнику младших классов. Работу мотора обеспечивает постоянное сгорание топливно-воздушной смеси, которая поступает в цилиндры двигателя. В зависимости от возможностей двигателя и режимов его работы устанавливается оптимальное соотношение воздуха и топлива. В обычных условиях объем ТВС ограничен размерами цилиндра – внутрь камеры смесь попадает благодаря разрежению на такте впуска.
Нагнетатель воздуха позволяет подать внутрь цилиндра на впуске больше топливно-воздушной смеси. Больше ТВС – больше энергии при сгорании, больше мощность агрегата. Казалось бы, все просто, как дважды два, однако без нюансов не обошлось. Увеличение мощности двигателя таким способом повлекло целый ряд проблем. Главная из них – возрастание количества тепловой энергии при сгорании смеси, что в свою очередь влечет быстрое прогорание поршней, клапанов, поломку системы охлаждения. И далеко не всегда последствия удается ликвидировать своими руками.
Кроме того, с увеличением объема ТВС увеличивается и шанс детонации двигателя в буквальном смысле этого слова. Даже без детонации преждевременный износ агрегата гарантирован. Чтобы уменьшить негативные последствия для автомобиля (избежать их полностью не удается), принято использовать высокооктановое топливо, а также декомпрессию. В первом случае приходится своими руками платить немалые деньги, а во втором существенно снижается мощность.
2 Нагнетатель воздуха – как влить силы в двигатель?
С развитием автомобилестроения возникали и различные способы компрессии воздуха. Многие разработки уверенно дошли и до наших дней. Итак, разберемся, какие способы наддува существуют:
- Механический – «отец» нагнетателей, возникший практически сразу же после появления ДВЗ. В действие такой наддув приводится коленвалом мотора.
- Электрический – более современный вариант турбонаддува, в котором излишнее давление в цилиндрах создает электрический компрессор.
- Турбонаддув – нагнетатель в такой системе работает от давления выхлопных газов и компрессора.
- Комбинированный наддув – совмещение различных систем, чаще всего механической и турбо.
Как правило, такие системы серийно на автомобили не устанавливаются, что дает автолюбителям множество возможностей для тюнинга своими руками.
Roots (роторный, кулачковый нагнетатель)
Это оборудование не совсем является компрессором, а скорее объемным нагнетателем. Сначала это были две шестерни, соединяющие оси двух роторов, вмонтированные в корпус. Поток воздуха создавался благодаря вращению роторов, оснащенных лопатками со сложной конструкцией. Нагнетание воз
Нагнетатель воздуха на авто – не все так просто
Однако использовать нагнетатель воздуха прямо в лоб оказалось достаточно затруднительно. Дело в том, что хотя мощность двигателя при этом увеличилась, но это создало ряд новых проблем, которые требовали своего решения для успешного внедрения наддува на авто. Одной из них явилось выделение значительно большего количества тепла при сгорании ТВС, из-за чего прогорали клапана, поршни, выходила из строя система охлаждения.
Другой особенностью стала повышенная вероятность возникновения детонации бензинового двигателя. Когда нагнетатель осуществляет дополнительную подачу воздуха в мотор, то возникающие в них при сжатии повышенные температура и давление могут вызвать детонацию, вследствие чего возможно разрушение двигателя, или как минимум, его преждевременный значительный износ. Избежать этого поможет использование высокооктановых видов топлива или декомпрессия, так по-другому называется уменьшение степени сжатия.
Новые виды горючего дороги, что увеличивает стоимость эксплуатации авто, а декомпрессия приводит к снижению выдаваемой мощности, т.е. теряется эффект от использования наддува воздуха.
Воздушный нагнетатель на авто – каким он бывает
Подачу воздуха в мотор можно осуществить разными вариантами, при которых используется внешний нагнетатель или складывающиеся условия в процессе движения. Исходя из этого, можно определить такие способы наддува:
- механический, когда на авто устанавливается механический нагнетатель, приводимый в действие от коленвала мотора;
- турбонаддув, когда предусмотрено использование турбо нагнетателя, приводимого в действие выхлопными газами;
- электрический, в этом случае в авто применяется электрический нагнетатель воздуха;
- «Comprex», при этом способе отсутствует приводной нагнетатель, а в цилиндры подача воздуха осуществляется с помощью выхлопных газов;
- комбинированный, при котором используются несколько различных схем, как правило, совмещают механический нагнетатель и турбонаддув.
Существуют и другие способы, обеспечивающие подачу воздуха в двигатель авто, но выше отмечены наиболее часто применяемые на машинах. На отечественных, кстати, в том числе семейства ВАЗ, подобные устройства серийно не устанавливались.
Существуют и другие способы, обеспечивающие подачу воздуха в двигатель авто, но выше отмечены наиболее часто применяемые на машинах. На отечественных, кстати, в том числе семейства ВАЗ, подобные устройства серийно не устанавливались.
Принцип работы
Принцип сжатия зависит от конкретного исполнения нагнетателя, но можно выделить два основных направления.
В первом случае используется разгон воздушных масс до большой скорости при пониженном давлении с последующим торможением, что вызывает рост давления.
Во втором газ перекачивается из большего объёма в меньший, что также ведёт к аналогичному прессованию газа из-за сохранения его массы в более тесной камере. Конкретные же реализации принципов различаются в зависимости от конструкторской школы и условий работы.
Устройство
Для воплощения принципов сжатия воздуха при его значительных расходах необходим некий минимальный объём оборудования:
- ротор нагнетателя, иногда их несколько, в обычных компрессорах часто используются поршни, но для прокачки больших объёмов они неэффективны;
- направляющие полости статора нужной аэродинамической формы;
- впускной и выпускной патрубки;
- шкивы и приводной вал;
- часто используется интеркулер – устройство охлаждения сжатого воздуха, его излишняя температура нежелательна, поскольку снижает наполнение цилиндров.
Привод непосредственно от двигателя обеспечивает прямую связь между расходом сжатого воздуха и скоростью вращения коленчатого вала.
Усовершенствование механизмов привело к внедрению нескольких систем механических компрессоров. Автокомпании по патентным и иным соображениям старались не менять схемы, а действовать эволюционным путём.
Roots (роторный или кулачковый)
В нагнетателях этого типа используются два ротора с кулачками сложной формы, входящими друг в друга подобно шестеренчатому насосу.
Благодаря долгому развитию и совершенствованию формы, а также поверхности кулачков, такой компрессор быстро реагирует на изменение скорости вращение ростом давления и производительности.
Это же вызывает и недостатки, Roots склонен к образованию обратного хода газа при росте выходного давления, что требует установки регулирующего давление клапана подобно турбонаддувам. Тем не менее широко применяется и эффективно работает.
Точность изготовления и обеспечение требований по шумности приводит к росту цены. Частично помогает увеличение числа роторов до четырёх — Twin Series.
Центробежный нагнетатель
Фактически представляет собой турбину с механическим приводом. Эффективен при большой скорости вращения, что требует повышающего редуктора или привода с высоким передаточным отношением. Отсюда и недостатки, ограничивающие использование.
Винтовой нагнетатель (Lysholm)
Подобен конструкции Roots, но использует иной принцип сжатия двумя роторами. Они здесь спирально-винтовой формы, что лучше работает в условиях большой скорости и производительности.
Функционирует чётко во всём диапазоне скоростей, не склонен к противотоку воздуха, имеет больший КПД, но обходится ещё дороже.
Комбинированная (двухступенчатая) система наддува
Двойной наддув компенсирует недостатки турбины и механического нагнетателя. Результатом становится равномерный рост давления во всём диапазоне оборотов и высокая производительность, начиная с самой низкой частоты вращения коленвала.
Наличие в составе роторного нагнетателя снижает инертность турбины, комбинированный наддув обеспечивает быструю реакцию в виде роста крутящего момента при открытии дросселя с малых оборотов, а в режимах максимальной мощности производительность обеспечивается турбонаддувом.
Необходимая для работы энергия в механических нагнетателях забирается от коленчатого вала мотора с помощью ременной или иного вида передачи. Это простое и очевидное решение, поэтому первые нагнетатели были именно такого типа.
Наибольшее распространение в двигателях внутреннего сгорания получили центробежные компрессоры. Этот тип устройств относится к лопаточным машинам, принцип действия которых основан на взаимодействии потока воздуха с лопатками рабочего колеса и неподвижных элементов машины. По сравнению с другими конструкциями, центробежные компрессоры имеют более компактные размеры и относительно просты в изготовлении.
Конструкция центробежного компрессора состоит из входного устройства, рабочего колеса (крыльчатки), и диффузора, который включает в себя безлопаточную и лопаточную части, причём последняя может отсутствовать. Также имеется воздухосборник, чаще всего выполняемый в виде улитки. В центробежном компрессоре воздух, пройдя через фильтр, попадает во входное устройство, которое для устойчивости потока постепенно сужается по направлению движения и служит для равномерного его подвода к колесу при минимальных потерях. Рабочее колесо устанавливается на шлицах, но в случае небольших размеров, может крепиться на гладком валу, который через механическую передачу связывается с коленвалом двигателя или рабочим колесом газовой турбины.
Основополагающими параметрами центробежного компрессора являются: расход воздуха, степень повышения давления и КПД компрессора. В современных устройствах, применяемых для наддува двигателей внутреннего сгорания, эти параметры могут изменяться в широком диапазоне. Так, например, степень повышения давления в компрессорах, приводимых в движение валом двигателя, может достигать 1,2 единиц. А в случае использования центробежного компрессора в форсированном комбинированном двигателе ее значение может достигать 3-3,5.
Центробежные компрессоры имеют много общего с турбокомпрессорами. Они довольно компактны, имеют небольшую цену и достаточно долговечны. Конечно, они не отличаются большим КПД и теряют свою эффективность на малых оборотах, но довольно часто применяются на отечественных автомобилях ВАЗ.
Хорошим примером такого устройства может служить компрессор «АutoTurbo» для ВАЗ 2110-2112 16V, 2170-2172 16V. Он может быть установлен на модель Лада-Приора, оснащенную ГУР или кондиционером. В комплекте используется серийный компрессор PK 23-1, создающий избыточное давление наддува до 0,5 бар при скорости вращения 5200 об/мин. Для его установки не требуется внесения изменений в конструкцию двигателя, только рекомендуется понизить степень сжатия путем замены штатной прокладки головки блока на более толстую. Разработчики изначально рассчитывали на максимальное упрощение установки компрессора, поэтому он может быть установлен автолюбителем самостоятельно.
Для установки на модель Нива-Шевроле предназначен центробежный компрессор «АutoTurbo» с установочным комплектом для ВАЗ 2123. В устройстве применен компрессор ПК-23, который при своевременной замене ремня и подшипников обладает неограниченным ресурсом. Создавая давление наддува до 0,5 бар, устройство отличается сравнительно небольшими габаритами и бесшумностью работы. Данный нагнетатель может устанавливаться на любые двигатели с максимальным объёмом 3 л.
