Как работают нагнетатели?

С момента изобретения двигателя внутреннего сгорания автомобильные инженеры, любители скорости и конструктора гоночных автомобилей искали способы увеличить его мощность. Один из способов увеличить мощность-построить двигатель побольше. Но большие двигатели, которые весят больше и стоят дороже, не всегда лучше.

Еще один способ увеличить мощность-сделать двигатель нормального размера более эффективным. Вы можете добиться этого, нагнетая больше воздуха в камеру сгорания. Больше воздуха означает, что можно добавить больше топлива ,а больше топлива означает больший взрыв и большую мощность. Добавление нагнетателя-отличный способ добиться принудительной индукции воздуха. В этой статье мы объясним, что такое нагнетатели, как они работают и как они сравниваются с турбонагнетателями.

Как Работают Нагнетатели

Нагнетатель-это любое устройство, которое нагнетает воздухозаборник до уровня выше атмосферного давления. Это делают как нагнетатели, так и турбонагнетатели. На самом деле термин “турбонагнетатель” является сокращенной версией “турбонагнетателя”, его официального названия.

Разница между этими двумя устройствами заключается в их источнике энергии. Турбонагнетатели приводятся в действие массовым потоком выхлопных газов, приводящих в движение турбину. Нагнетатели приводятся в действие механически ременным или цепным приводом от коленчатого вала двигателя.

Основы нагнетателя

Обычный четырехтактный двигатель посвящает один такт процессу забора воздуха. Этот процесс состоит из трех этапов:

  1. Поршень движется вниз.
  2. Это создает вакуум.
  3. Воздух при атмосферном давлении всасывается в камеру сгорания.

Как только воздух втянут в двигатель, он должен быть объединен с топливом, чтобы сформировать заряд-пакет потенциальной энергии, который может быть превращен в полезную кинетическую энергию через химическую реакцию, известную как горение. Свеча зажигания инициирует эту химическую реакцию, воспламеняя заряд. Когда топливо подвергается окислению, выделяется большое количество энергии. Сила этого взрыва, сконцентрированная над головкой цилиндра, приводит поршень в движение и создает возвратно-поступательное движение, которое в конечном итоге передается колесам.

Если бы в заряд попало больше топлива, то произошел бы более мощный взрыв. Но вы не можете просто закачать больше топлива в двигатель, потому что для сжигания заданного количества топлива требуется точное количество кислорода. Эта химически правильная смесь-14 частей воздуха на одну часть топлива-необходима для эффективной работы двигателя. Итог: чтобы добавить больше топлива, вы должны добавить больше воздуха.

Это работа нагнетателя. Нагнетатели увеличивают потребление воздуха за счет сжатия воздуха выше атмосферного давления, не создавая вакуума. Это заставляет больше воздуха в двигатель, обеспечивая “наддув”.”С дополнительным воздухом в наддуве, больше топлива может быть добавлено к заряду, и мощность двигателя увеличивается. Наддув добавляет в среднем на 46 процентов больше лошадиных сил и на 31 процент больше крутящего момента. В высокогорных ситуациях, когда производительность двигателя ухудшается из-за низкой плотности и давления воздуха, нагнетатель подает воздух более высокого давления в двигатель, чтобы он мог работать оптимально.

В отличие от турбокомпрессоров, которые используют выхлопные газы, образующиеся при сгорании, для питания компрессора, нагнетатели получают свою мощность непосредственно от коленчатого вала. Большинство из них приводятся в движение вспомогательным ремнем, который оборачивается вокруг шкива, соединенного с ведущей шестерней. Ведущая шестерня, в свою очередь, вращает шестерню компрессора. Ротор компрессора может иметь различные конструкции, но его работа заключается в том, чтобы втягивать воздух, сжимать его в меньшее пространство и выпускать его во впускной коллектор.

Чтобы нагнетать воздух, нагнетатель должен вращаться быстро – быстрее, чем сам двигатель. Если ведущее зубчатое колесо больше, чем зубчатое колесо компрессора, то компрессор вращается быстрее. Нагнетатели могут вращаться со скоростью от 50 000 до 65 000 оборотов в минуту (об / мин).

Компрессор, вращающийся со скоростью 50 000 оборотов в минуту, дает импульс примерно от шести до девяти фунтов на квадратный дюйм (фунт на квадратный дюйм). Это на шесть-девять дополнительных фунтов больше атмосферного давления на определенной высоте. Атмосферное давление на уровне моря составляет 14,7 фунтов на квадратный дюйм, поэтому типичный наддув от нагнетателя помещает в двигатель примерно на 50 процентов больше воздуха.

Когда воздух сжимается, он становится горячее, а это значит, что он теряет свою плотность и не может расширяться так сильно во время взрыва. Это означает, что он не может создать столько энергии, когда он зажигается свечой зажигания. Чтобы нагнетатель работал с максимальной эффективностью, сжатый воздух, выходящий из нагнетательного устройства, должен быть охлажден до того, как он попадет во впускной коллектор. Интеркулер отвечает за этот процесс охлаждения. Интеркулеры бывают двух основных конструкций: интеркулеры типа воздух-воздух и интеркулеры типа воздух-вода. Оба работают как радиатор, с более холодным воздухом или водой, направленными через систему труб или трубок. Когда горячий воздух, выходящий из нагнетателя, сталкивается с трубами охладителя, он также охлаждается. Снижение температуры воздуха увеличивает плотность воздуха, что делает более плотным заряд, поступающий в камеру сгорания.

Двухвинтовые нагнетатели

Двухшнековый нагнетатель работает, вытягивая воздух через пару зацепляющихся лепестков, которые напоминают набор червячных передач. Как и корневой нагнетатель, воздух внутри двухшнекового нагнетателя задерживается в карманах, созданных лопастями ротора. Но двухвинтовой нагнетатель сжимает воздух внутри корпуса ротора. Это происходит потому, что роторы имеют коническую конусность, а это означает, что воздушные карманы уменьшаются в размерах по мере того, как воздух движется от стороны наполнения к стороне разгрузки. По мере того как воздушные карманы сжимаются, воздух сжимается в меньшее пространство.

как работает нагнетатель

Это делает двухшнековые нагнетатели более эффективными, но они стоят дороже, потому что винтовые роторы требуют большей точности в производственном процессе. Некоторые типы двухвинтовых нагнетателей расположены над двигателем, как корневой нагнетатель. Они также производят много шума. Сжатый воздух, выходящий из выпускного отверстия, создает вой или свист, который должен быть подавлен методами подавления шума.

Центробежные Нагнетатели

Центробежный нагнетатель приводит в действие крыльчатку-устройство, похожее на ротор – на очень высоких скоростях, чтобы быстро втянуть воздух в небольшой корпус компрессора. Скорость рабочего колеса может достигать 50 000-60 000 оборотов в минуту. Когда воздух втягивается в ступицу рабочего колеса, центробежная сила заставляет его излучаться наружу. Воздух выходит из крыльчатки с высокой скоростью, но низким давлением. Диффузор-набор неподвижных лопастей, окружающих крыльчатку-преобразует высокоскоростной воздух низкого давления в низкоскоростной воздух высокого давления. Молекулы воздуха замедляются, когда они ударяются о лопасти, что уменьшает скорость воздушного потока и увеличивает давление.

как работает нагнетатель

Центробежные нагнетатели являются наиболее эффективными и наиболее распространенными из всех систем принудительной индукции. Они небольшие, легкие и крепятся к передней части двигателя вместо верхней. Они также издают характерный скулеж, когда двигатель набирает обороты – качество, которое может повернуть головы на улице.

Любой из этих нагнетателей может быть добавлен в автомобиль в качестве послепродажного улучшения. В мире забавных автомобилей и топливных гонщиков такая кастомизация является неотъемлемой частью спорта. Некоторые автопроизводители также включают нагнетатели в свои серийные модели.

Преимущества Нагнетателя

Самое большое преимущество наличия нагнетателя-это увеличенная мощность двигателя. Прикрепите нагнетатель к обычному автомобилю или грузовику, и он будет вести себя как автомобиль с большим, более мощным двигателем.

Но что, если кто-то пытается выбрать между нагнетателем и турбонагнетателем? Этот вопрос горячо обсуждается авто инженерами и автолюбителями, но в целом нагнетатели обладают рядом преимуществ перед турбонагнетателями.

Нагнетатели не страдают запаздыванием-термин, используемый для описания того, сколько времени проходит между нажатием водителем педали газа и реакцией двигателя. Турбокомпрессоры страдают от задержки, потому что требуется несколько мгновений, прежде чем выхлопные газы достигнут скорости, достаточной для привода рабочего колеса/турбины. Нагнетатели не имеют никакого времени задержки, потому что они приводятся в движение непосредственно коленчатым валом. Некоторые нагнетатели более эффективны при более низких оборотах, в то время как другие более эффективны при более высоких оборотах. Корни и двухшнековые нагнетатели, например, обеспечивают большую мощность при более низких оборотах. Центробежные нагнетатели, которые становятся более эффективными, поскольку рабочее колесо вращается быстрее, обеспечивают большую мощность при более высоких оборотах в минуту.

Установка турбокомпрессора требует обширной модификации выхлопной системы, но нагнетатели могут быть прикреплены болтами к верхней или боковой части двигателя. Это делает их дешевле в установке и проще в обслуживании и обслуживании.

Наконец, с нагнетателями не требуется никакой специальной процедуры отключения. Поскольку они не смазываются моторным маслом, их можно нормально отключить. Турбокомпрессоры должны простаивать около 30 секунд или около того перед выключением, чтобы смазочное масло имело шанс остыть. При этом для нагнетателей важен хороший прогрев, так как они наиболее эффективно работают при нормальных рабочих температурах.

Нагнетатели являются распространенным дополнением к двигателям внутреннего сгорания самолетов. Это имеет смысл, если учесть, что самолеты большую часть времени проводят на больших высотах, где для горения доступно значительно меньше кислорода. С появлением нагнетателей самолеты получили возможность летать выше, не теряя производительности двигателя.

Нагнетатели, используемые в авиационных двигателях, работают точно так же, как и в автомобилях. Они черпают энергию непосредственно из двигателя и используют компрессор для подачи сжатого воздуха в камеру сгорания.

Недостатки Нагнетателя

Самым большим недостатком нагнетателей является также их определяющая характеристика: поскольку коленчатый вал приводит их в движение, они должны украсть часть мощности двигателя. Нагнетатель может потреблять до 20 процентов от общей мощности двигателя. Но поскольку нагнетатель может генерировать до 46 процентов дополнительных лошадиных сил, большинство считает, что компромисс стоит того.

Наддув создает дополнительную нагрузку на двигатель, который должен быть сильным, чтобы справиться с дополнительным наддувом и большими взрывами. Большинство производителей объясняют это тем, что при проектировании двигателя, предназначенного для использования с наддувом, они указывают компоненты большой мощности. Это делает автомобиль более дорогим. Нагнетатели также стоят дороже в обслуживании, и большинство производителей предлагают высокооктановый газ премиум-класса.

Несмотря на свои недостатки, нагнетатели по-прежнему являются наиболее экономичным способом увеличения мощности. Нагнетатели могут привести к увеличению мощности от 50 до 100 процентов, что делает их отличными для гонок, буксировки тяжелых грузов или просто добавления волнения к типичному опыту вождения.

Также может быть интересно:

Studebaker

Как работает двигатель HEMI

Обзор DashCommand: полезное приложение OBD2 для диагностики автомобилей