Механический центробежный нагнетатель

Механический нагнетатель

Благодаря применению механического нагнетателя происходит увеличение мощности крутящего момента в двигателе. Наряду с тем, характерной чертой механического нагнетателя являются большие расходы мощности двигателей на привод, которые достигают 30%.

Функции механического нагнетателя

Механический нагнетатель осуществляет выполнение следующих взаимосвязанных функций: всасывание воздуха, его сжатие и нагнетание в систему впуска. Всасывание воздуха осуществляется при помощи созданного разряжения. Чтобы давление создавалось, обороты нагнетателя должны превышать обороты двигателя. Нагнетание воздуха в систему впуска происходит из-за разницы в давлениях системы.
У воздуха есть свойство нагревания при сжатии, при этом происходит снижение его плотности и, соответственно, давления. Поэтому охлаждение сжатого воздуха в системе надува происходит при помощи специального жидкостного или воздушного охладителя – интеркулера.

Конструкция механического нагнетателя

В конструкции механического нагнетателя может быть один из таких приводов: прямой (нагнетатель непосредственно крепится на фланце коленвала); ременной (разные виды ремней – плоский, зубчатый или клиновой); цепной привод; электропривод (электрический двигатель) и зубчатая передача (редуктор цилиндровый).

Виды современных механических нагнетателей

У современных автомобилей может быть один из трёх основных видов механических нагнетателей: кулачковый, винтовой или центробежный.

Кулачковый нагнетатель

Представляет собой самую старую разновидность механического нагнетателя в связи с тем, что его используют на машинах с 1900 года. У современного кулачкового нагнетателя могут быть несколько роторов с тремя или четырьмя кулачковыми роторами, осуществляющими вращения друг навстречу другу. Кулачки располагаются по спирали по всей продолжительности ротора. Максимальный уровень эффективности в части нагнетания и потерь обеспечивает специальный уровень закручивания кулачков.
Своей конструкцией и принципом действиями кулачковый нагнетатель напоминает масляный шестерённый насос. Воздух в механическом нагнетателе захватывают кулачки, затем он перемещается в свободном пространстве между корпусными стенками и кулачками и нагнетается во впускающий трубопровод. Происходит так называемое внешнее нагнетание.

Кулачковый нагнетатель характеризуется быстрым созданием нужного давления надува и ростом этого давления при увеличении количества оборотов коленчатого вала. Наряду с тем, в какой-то момент может произойти переизбыток давления, что повлечёт за собой возникновение заторов в нагнетательном канале и уменьшение уровня мощности двигателя. Поэтому, используя механические нагнетатели всех типов нужно осуществлять регулирование уровня давления надува.
Такое регулирование проводят двумя способами: выключением нагнетателя (к примеру, при помощи электромагнитной муфты) и проведением перепускания воздуха при беспрерывной работе нагнетателя (при помощи перепускающего клапана).

У современных систем механического надува присутствует регулирование надува с помощью электроники, которое включает входные датчики (датчик температуры воздуха во впускном коллекторе, датчик уровня давления надува и другие), электронный блок управления и исполняющие механизмы (электрический магнит муфты, модуль электромеханического привода перепускающего клапана и другие).

Стоимость таких нагнетателей достаточно высокая, что обуславливается малым допуском при изготовлении. У них очень высокие требования к качеству воздуха, который подаётся, так как инородное тело во впускной системе может вывести нагнетатель из строя. Нужно отметить большую массу нагнетателя и большой шум в процессе его работы. Но его производители ведут постоянную борьбу с уровнем шума. Они имеют в своём арсенале специальную конструкцию корпуса, демпфирующие маты и пластинки, демпферы, резонатор и прочие.

Лидером среди этих нагнетателей является компания Eaton, предлагающая в наши дни очень эффективные нагнетатели с четырьмя кулачками. Эти нагнетатели устанавливают на серийных моторах автомобилей Кадиллак, Ауди и Тойота. В некоторых двигателях кулачковые нагнетатели используют вместе с турбокомпрессорами.

Винтовой нагнетатель

Винтовой нагнетатель своей конструкцией напоминает кулачковый. Он включает в себя пару роторов-шнеков особой формы (на одном роторе выступы, а на втором выемки). У роторов коническая форма, при которой происходит уменьшение воздушных камер между роторами по размеру и по длине.
Некоторую порцию воздуха захватывают шнеки, затем они его перемещают и сжимают, а затем нагнетают во впускающий патрубок. По сравнению с кулачковыми нагнетателями винтовой обеспечивает внутреннее воздушное нагнетание, являющееся более эффективным. Но стоимость винтовых нагнетателей намного выше, поэтому их реже используют, преимущественно на очень дорогих спортивных автокарах.

Центробежный нагнетатель

Центробежный нагнетатель аналогичен по нагнетанию воздуха турбонагнетателю. Его основу составляет рабочее колесо, вращающееся с большой скоростью.
Центральная часть колеса засасывает воздух, где происходит его направление по лопастям особой формы с помощью центробежной силы. Затем воздух выходит из рабочего колеса с большой скоростью и небольшим давлением. На выходе происходит столкновение воздуха с диффузором, у которого имеется множество лопаток вокруг работающего колеса. Происходит преобразование высокоскоростного потока воздуха с низким давлением в поток с низкой скоростью и высоким давлением.
Из всех механических нагнетателей самыми распространёнными являются центробежные. Они обладают компактными размерами, небольшой массой, эффективной работой и возможностью различного крепления на двигателе. К пассиву этих нагнетателей нужно отнести инерционность – задерживание при создании давления на малых оборотах двигателя.
Центробежный механический нагнетатель применяется для спортивных и серийных автомобилей, а также их тюнинга.