Производители машин (легковых автомобилей, в частности) демонстрируют стремления к оснащению разрабатываемых конструкций двигателям малых размеров. Объясняется такой подход стремлением экономить топливо и снизить выбросы CO2. Однако потенциальный потребитель требует хорошей мощности и производительности машины. Так вот, для решения вопроса мощности малых моторов, сегодня используется принудительный впуск через нагнетатель и турбокомпрессор топливной смеси в камеру сгорания.
СТРУКТУРА СТАТЬИ :
Какой смысл применять нагнетатель и турбокомпрессор?
Принудительный впуск — способ нагнетания в камеру сгорания большего количества воздуха, чем даёт обычная схема. Работа двигателей машин без системы наддува отмечается наличием продолжительного вакуума в области впускной системы.
Для моторов с принудительным впуском характерным видится применение таких устройств, как нагнетатель и турбокомпрессор. Любой из аппаратов предназначен для увеличения нагнетаемой массы воздуха в область коллектора впуска.
Учитывая, что воздух газ, в результате сжатия этого газа достигается рост давления в области впуска. Соответственно внутрь цилиндров мотора поступает увеличенная масса кислорода. Соответственно, большая масса кислорода, смешанная с большей массой топлива, приводит к росту мощности.
Практикуются два способа принудительного впуска – нагнетатель и турбокомпрессор. Оба способа позволяют в значительной степени нарастить мощность и увеличить крутящий момент мотора любой конструкции машины.
Фактически, организация принудительного впуска даёт малоразмерным двигателям мощность, сопоставимую с мощностью более крупного и менее эффективного мотора. Конечный результат – достижение экономии топливного ресурса без какого-либо влияния на снижение мощности.
Типичные конструкции систем принудительного впуска
Существует три типа систем принудительного действия и три способа привода рассматриваемых воздушных наддув систем. Все три типа работают по разным принципам, но как любая другая техника, обладают как положительными, так и отрицательными свойствами.
Типичная конструкция нагнетателя представляет поршневой насос, приводимый в движение через ременную передачу крутящего момента вала мотора машины. Сжимается одинаковая масса воздуха за каждый оборот двигателя.
Конструкция нагнетателей, подобная системе братьев Рутс (картинка выше), также именуемая «воздуходувка», осуществляет сжатие сцепленными многоходовыми роторами. Типичная конструкция турбокомпрессора (картинка ниже) представляет центробежный насос, приводимый в действие силой давления выхлопных газов.
Центробежные насосы отличаются переменной производительностью. Этот критерий подтверждает фактор изменения мощности турбокомпрессора в зависимости от скорости вращения вала.
Последние годы отмечается активное внедрение электрических (гибридных) двигателей в системы автомобилей. На этом фоне отметилась разработка ещё одного способа приведения в действие насосов принудительного впуска. Вместо ременной передачи или выхлопа продуктов сгорания, система наддува приводятся в действие электрическим двигателем.
Так для моторов гоночных автомобилей «Формула 1» используется электрический двигатель как привод турбокомпрессора, когда двигатель машины работает на низких оборотах. На высоких оборотах вала мотора привод турбокомпрессора обеспечивают выхлопные газы.
Нагнетатель и турбокомпрессор – какой агрегат эффективнее?
Специфика действия насосов принудительного впуска определяет существующие преимущества и недостатки различных конструкций такого типа. Эффективность действия также зависит от конфигурации конкретного двигателя автомобиля. Также следует отметить ещё ряд факторов для сравнения и определения.
Турбокомпрессор – положительные и отрицательные моменты
Турбокомпрессор, приводимый в действие силой давления выхлопных газов, не обеспечивает наддува в условиях малых оборотов автомобильного двигателя. Дефект известен как «турбо-яма», когда в условиях малых оборотов вала мотора отмечается провал тяги.
Турбокомпрессор, однако, не замедляет работу двигателя, соответственно, расход топлива в условиях холостого хода незначителен, что способствует сохранению окружающей среды. Когда же требуется мощность для хода или скорости, приходится жертвовать небольшой задержкой до момента достижения полного разгона и мощности.
Учитывая монтаж турбокомпрессора на системе выхлопа, требуется дополнительное пространство моторного отсека.
Нагнетатель – положительные и отрицательные моменты
Нагнетатель, приводимый в действие через ремень, обеспечивает наддув в полном диапазоне оборотов двигателя автомобиля. По этой причине перебои подачи мощности здесь не наблюдаются. Благодаря техническому решению, когда имеет место прямой привод через ременную передачу, нагнетатель даёт стабильную тягу двигателю, что сопровождается снижением расхода топлива в полном диапазоне оборотов.
В плане конструкции — нагнетатель может потребовать дополнительное место в области верхней части мотора под установку агрегата. Поэтому конструкции некоторых моделей машин, оборудованных нагнетателем, как правило, имеют вырезы или неровности на теле капота.
Что даёт увеличение мощности мотора машины?
Турбокомпрессоры, приводимые в действие силой давления выхлопных газов, традиционно оцениваются рынком дороже, чем нагнетатели на ременном приводе. Такого типа агрегаты:
- обслуживаются,
- диагностируются,
- ремонтируются,
как правило, профессиональными специалистами-механиками.
Для любого случая модернизации отмечено практикой: увеличение мощности двигателя приводит к сокращению времени износа отдельных деталей. Соответственно, наращивание мощности машины грозит ускоренным повреждением:
- трансмиссии,
- дифференциалов,
- осей ходовой системы.
Модернизация или ремонт так называемых «воздуходувок» неизбежно увеличивают общие расходы на эксплуатацию машины.
Критерии надёжности на турбокомпрессор и нагнетатель
Устанавливается ли нагнетатель и турбокомпрессор непосредственно владельцем машины или любой из таких аппаратов был в комплекте купленного автомобиля, обслуживание системы принудительного впуска обязательно. Периодическим обслуживанием системы обеспечивается:
- стабильность производительности мотора,
- экономия топливного ресурса,
- надёжность работы мотора в целом.
Главное, что необходимо здесь соблюдать неукоснительно, — это проводить своевременную замену моторного масла. Нагнетатель и турбокомпрессор имеют частоту вращения вала до 72000 и до 300000 об/мин, соответственно, поэтому смазка таких систем становится очевидным и явным фактором.
Большая часть двигателей обычного транспорта работают при частоте вращения вала до 7000 об/мин. Но и здесь постоянная смазка рассматривается обязательной частью обслуживания для обеспечения качественной надёжной работы. Кроме того, при сжатии всасываемого воздуха «воздуходувками» выделяется большое количество тепла.
Все возможные проблемы с мотором устраняются своевременной заменой машинного масла. К тому же нагнетатель, как правило, имеет в конструкции индивидуальную систему смазки. Производители таких агрегатов рекомендуют менять машинное масло нагнетателя ежегодно.
Турбокомпрессор конструктивно связан с масляной системой двигателя, что требует регулярности смены моторного масла в рамках технического обслуживания.
Наконец, независимо от того, оснащён ли автомобиль, грузовик, внедорожник заводским или сторонним нагнетателем и турбокомпрессором, ремонт такого типа изделий требует профессионального вмешательства.