Особиста сторінка а_устройство_учебнікі

Як першопрохідців, які розробили автомобільні двигуни з наддувом, можна згадати такі компанії, як Mercedes-Benz. Fiat, Sunbeam, Alfa Romeo. Сама ідея примусового нагнітання повітря в циліндри була запропонована незабаром після винаходу ДВС. Уже в 1885 р Готтліб Даймлер отримав німецький патент на нагнітач. Ідея полягала в тому, що якийсь зовнішній вентилятор, насос або компресор нагнітає в двигун збільшений заряд повітря. У 1902 році у Франції Луїс Рено запатентував проект відцентрового нагнітача. Було випущено кілька автомобілів, але потім все роботи в даному напрямку згорнули. Принцип дії турбонагнетателя, що працює на енергії вихлопних газів, вперше описав і запатентував швейцарський винахідник Альфред Бюхи ще в 1905 р але і тут технології того часу пригальмували впровадження подібних пристроїв. Брати Рутс розробили об'ємний нагнітач ще в 1859 р Ці роторно-шестерні компресори тепер так і називаються - компресори типу «roots». На автомобілях пристрої подібного типу з'явилися в 20-і роки минулого століття завдяки компанії Mercedes. Гвинтовий компресор був розроблений в 1936 р Патент отримав Альф Лісхолм - головний інженер SRM (Svenska Rotor Maskiner). Тодішній рівень розвитку технологій не сприяв поширенню подібних пристроїв, але зараз вони досить популярні. Були й інші типи нагнітачів. Згодом вони природним чином розділилися на механічні (з приводом від колінчастого вала або іншим способом) і турбо (з приводом від вихлопної системи). Останні, хоч і мають спільне коріння і призначення, все ж досить відособлена гілка розвитку нагнітачів.

Подібні нагнітачі отримали в даний час найбільшого поширення. За своєю конструкцією вони найбільш близькі до турбонаддуву, оскільки мають однаковий принцип нагнітання повітря. Відрізняються лише способи приводу. Робота здійснюється в такий спосіб. Основна деталь відцентрового нагнітача (рис.1) - робоче колесо, або крильчатка. Вона має досить складну конусоподібну форму.

Малюнок 1 - Схема роботи відцентрового нагнітача

Лопатки крильчатки грають найголовнішу роль. Від того, наскільки правильно вони спроектовані і виготовлені, залежить результуюча ефективність всього нагнітача. Отже, повітря, пройшовши по сужающемуся 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 (часом з регулюванням кута атаки), покликані знизити втрати тиску. Далі повітря виштовхується в окружний повітряний тунель (збірники повітря), який найчастіше має улиткообразно форму (збірники повітря, описуючи окружність, поступово розширюється в діаметрі). Така конструкція створює необхідний тиск повітряного потоку на виході з нагнітача.

В силу самого принципу роботи у відцентрового нагнітача є один істотний 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 1 / хв і більше, а для високонапірних компресорів дизелів вони наближаються до цифри 200 тис. 1 / хв. І оскільки привід здійснюється від колінчастого вала за допомогою пасової передачі на шків турбіни, шум від такого пристрою досить сильний. Проблема шумності і ресурсу елементів приводу частково знімається шляхом введення додаткової мультиплікатора. Тут варто згадати цікаве рішення компанії Powerdyne. Усередині єдиного корпусу нагнітача розташовується додаткова підвищує ремінна передача. Вона не вимагає обслуговування, мастила і розрахована на пробіг більше 80 тис. Км. Це дозволяє зменшити передавальне число зовнішньої, основний пасової передачі, ніж знизити її робочі навантаження. Високі робочі обороти накладають особливі вимоги на якість використовуваних матеріалів і точність виготовлення (з огляду на величезні навантаження від відцентрових сил). До мінусів самого принципу нагнітання можна також віднести деяку затримку в спрацьовуванні, хоча потрібно відзначити, що ця затримка не настільки помітна, як у турбонагнетателей. І ще одне зауваження. Як правило, відцентровий нагнітач дає прибавку на досить високих оборотах двигуна. Спочатку тиск наростає повільно, але потім, зі збільшенням оборотів, досить різко зростає. Ця особливість робить відцентрові нагнітачі найбільш придатними для тих випадків, коли більш важлива підтримка високих швидкостей, а не інтенсивність розгону. Як було зазначено вище, відцентрові нагнітачі дуже популярні. Порівняно низька ціна і, найголовніше, простота установки сприяли тому, що компресори цього типу майже витіснили інші, більш дорогі і складні типи. Особливо в сфері тюнінгу. В даний час відцентрові нагнітачі виробляються рядом компаній. Ось лише найвідоміші з них. Paxton Automotive, Powerdyne Automotive, ATI ProCharger, RK Sport, Vortech.

До класу об'ємних нагнітачів відносяться компресори типу «Roots». Конструкція їх досить проста і найбільше нагадує масляний шестерний насос двигуна (рис.2).

Малюнок 2 - Об'ємний нагнітач типу «Roots»

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 як би зовні компресора, безпосередньо в нагнітальному трубопроводі. Саме тому їх іноді називають компресорами з зовнішнім стисканням. Повітря як би зачерпується кулачками (потрапляючи в простір між роторами і корпусом) і вичавлюється в нагнітальний трубопровід.

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 не були виконані деталі компресора, з ростом тиску в нагнітальному трубопроводі збільшується просочування повітря назад, і його ККД відчутно знижується. Збільшуючи швидкість обертання роторів, можна трохи знизити витоку повітря, але це можливо лише до певних меж. Далі потужність, що витрачається на обертання самого нагнітача, може перевищити додаткову потужність двигуна. Щоб підвищити тиск наддуву, застосовувалися конструкції з двома і більше ступенями. Вони дозволяли підняти підсумкові значення тиску в 2, 3 рази і більше. Але в силу того, що ці компресори втрачали одне зі своїх головних переваг - компактність, такі багатоярусні конструкції не прижилися. Ще один істотний недолік. У компресорах подібного типу при видавлюванні нестислого повітря в стислий в нагнітальному трубопроводі створюється турбулентність, яка сприяє зростанню температури повітряного заряду. Тобто, поряд зі звичайним ростом температури від безпосередньо підвищення тиску, в даних компресорах відбувається додатковий нагрів. У зв'язку з цим подібні нагнітачі в обов'язковому порядку оснащуються интеркулерами (спеціальний електронний пристрій для охолодження повітря). Шум від роботи об'ємних компресорів не настільки сильний, як у відцентрових, і має дещо іншу тональність. Але, на відміну від останніх, робота роторно-шестерних нагнітачів супроводжується пульсаціями тиску. Відбувається це через нерівномірності подачі повітря. Для зниження шуму і амплітуди пульсацій останнім часом найбільшого поширення набули ротори спіральної форми з трьома зубцями (рис.3).

Малюнок 3 - Схема роботи нагнітача типу «Roots»

Крім того, для тих же цілей впускне і випускне вікно компресора роблять трикутним. Ці конструктивні хитрощі дозволяють домогтися того, що такі компресори працюють досить тихо і рівномірно.

В даний час сучасні технологічні можливості вивели подібні компресори на дуже високий рівень продуктивності. Такі автогіганти, як DaimlerChrysler, Ford і General Motors, встановлюють на деякі свої автомобілі механічні нагнітачі саме Roots-типу. Для цього є кілька причин. В першу чергу об'ємні нагнітачі, на відміну від відцентрових, ефективні вже на малих і середніх оборотах двигуна. Інший важливий плюс - відносна простота конструкції. Мала кількість рухомих частин і малі швидкості обертання роблять ці нагнітачі одними з найнадійніших і довговічних. Однак складність у виготовленні і установці, а значить, і висока ціна (щодо відцентрових) дещо знизили їх ринкову популярність. Якщо не брати до уваги перерахованих вище виробників, для вторинного ринку подібні нагнітачі виробляє кілька компаній. Ось деякі з них. Jackson Racing, Kenne Bell Superchargers, Magna Charger. Окремо варто відзначити компанію Eaton Automotive. Саме вона є лідером по просуванню нагнітачів Roots-типу.

На ім'я винахідника ці компресори іноді називають об'ємними нагнітачами типу Лісхольм. Вони трохи нагадують компресори типу «Roots» з роторами спіральної форми, але більш за все ця конструкція схожа на м'ясорубку (рис.4).

Малюнок 4 - Гвинтовий нагнітач

З однією лише відмінністю: шнек не один, їх два, і вони особливим чином входять в зачеплення, маючи взаємодоповнюючі профілі. Два ротора, захоплюючи вступник повітря, починають взаємне зустрічне обертання (рис.5). Порція повітря проштовхується вперед, як м'ясо вздовж шнека м'ясорубки.

Малюнок 5 - Схема роботи гвинтового нагнітача

Ротори мають між собою надзвичайно малі зазори. Це забезпечує високу ефективність і досить малі втрати. Основна відмінність гвинтового компресора від об'ємних роторно-шестерних нагнітачів - наявність внутрішнього стиснення. Це забезпечує їм високу ефективність нагнітання практично на всій шкалі оборотів двигуна. Для досягнення великих значень тиску може знадобитися охолодження корпусу компресора. Зате при стандартних, не екстрим високому тиску наддуву повітря нагрівається не настільки сильно, як в компресорах типу «Roots». Ще плюси: висока ефективність, надійність і компактна конструкція. Крім того, гвинтові компресори досить тихі. Працюють вони майже «пошепки» (зрозуміло, при правильному, точному проектуванні і виготовленні). Ось тут-то і криється, можливо, єдиний їх мінус. Справа в тому, що такі компресори досить складні у виробництві і, як наслідок, дороги. З цієї причини вони практично не зустрічаються в масовому автомобільному виробництві. З тієї ж причини і компаній, які виробляють ці прогресивні нагнітачі, не так багато: Comptech Sport, Whipple Superchargers, Kleemann, AMG.

Лопатеві нагнітачі - це досить прості за конструкцією і принципом дії машини (рис.6).

Малюнок 6 - Схема роботи лопатевого нагнітача

Нагнетатель має циліндричний корпус з двома отворами, як правило, розтягнутими на всю довжину циліндра і знаходяться на одній його стороні, т. Е. Не строго один проти одного. Усередині корпусу знаходиться ротор діаметром приблизно в три чверті від внутрішнього діаметра корпусу. Ротор зміщений до однієї зі сторін корпусу, приблизно посередині отворів. У роторі кілька поздовжніх канавок, в яких знаходяться шибери (лопаті). При обертанні ротора завдяки закладеному конструкцією ексцентриситету і шибера, що висувається за рахунок відцентрових сил, повітря спочатку всмоктується в одну з часткою, утворених парою сусідніх лопаток, а потім стискається до моменту підходу до випускного отвору. Будучи якісно виготовленими, такі компресори нагнітають досить великий тиск. У порівнянні з компресорами типу «Roots» вони мають більш високий ККД, менше пропускають повітря, практично не нагрівають його і є менш гучними. Та й потужності двигуна вони забирають менше. Більш того, при правильній конструкції шиберний нагнітач може бути практично на 50% більш продуктивним, ніж компресор типу «Roots». В силу своєї конструкції найбільшою проблемою шиберних машин є високі фрикційні навантаження між шиберами і корпусом. У міру зношування ККД компресора помітно падає через збільшення протікання повітря. У зв'язку з цією проблемою шиберні компресори роблять з низькими обертами, але досить габаритними.

Спіральний нагнітач (G-Lader)

Спіральний компресор працює за принципом переміщення обегающего витіснювача (плунжера).

Компресор складається з 2 половин корпуса з робочими порожнинами, що витискує (плунжера), приводного вала з противагою, а також проміжного вала з ексцентричної цапфою, на якій встановлюється витіснювач (плунжер). Привід вала здійснюється зубчастим ременем. В обох половинах корпуса і на плунжері є спіралі (рис.7).

Корпус і плунжер виготовляються з алюмінієвого сплаву, крім того, з огляду на високу частоту обертання плунжера, в матеріал для його виготовлення додають магній.

Працює такий компресор наступним чином: в відлитою в корпусі компресора спіралі у формі літери «G» друга (плунжер) обертається ексцентрично. При цьому між перегородками обох спіралей утворюються порожнини (або навіть можна сказати відсіки), які зменшуються в об'ємі всередині (випуск повітря) за рахунок ексцентричного руху витіснювача (плунжера) і збільшуються в обсязі зовні (впуск повітря) і таким чином прискорюють знаходиться там повітря і підвищують його тиск (рис.8, 9).

Малюнок 8 - Схема роботи спірального нагнітача

Малюнок 9 - Робочий цикл компресора

У нижньому діапазоні частоти обертання колінчастого вала виникає необхідність перепуску частини повітря назад на впуск в компресор. Керує цим процесом перепускний клапан (рис.10), встановлений на впускному трубопроводі двигуна, який відкриває шлях повітрю до впускного патрубка компресора.

Малюнок 10 - Пропускний клапан

Істотним недоліком даного типу нагнітачів є наявність високого тертя між корпусом і плунжером. Крім того, в даному випадку спіралі корпусу і плунжера крім функції ущільнення виконують ще й роль робочого органу, що не може не позначитися на низькій довговічності даного компресора.

У 80-х роках минулого століття компанія Volkswagen експериментувала зі спіральними нагнітачами. Зараз цей напрямок компанією VW згорнуто. Однак ще можна зустріти автомобілі Golf, Passat і Corrado з такими нагнітаючими пристроями, і, крім того, ряд фірм (переважно німецьких) продовжують виробляти такі компресори.