Что такое чарджер для двигателя?

Турбонаддув — это, так сказать, обозначение процесса работы турбопривода с центробежным нагнетателем, который среди автомобилистов просто называют турбиной. цель турбины — увеличить объем вентиляции силового агрегата.  В конечном результате итог работы любого нагнетателя один и тот же, увеличенный поток воздуха, вследствие которого возникает прирост мощности. Ведь, как известно, мощность напрямую связана с количеством воздуха, которое попадет в двигатель.

Турбина

Отличие турбины от суперчарджер

Разница между традиционным нагнетателем с механическим приводом (иногда его называют «суперчарджер») и турбонагнетателем заключается в способе, который приводит его в действие. По большому счету все нагнетатели – насосы, поскольку их задача в перекачке воздуха, соответственно для этого им необходима энергия. Нагнетатели, имеющие механический привод (объемные типа Рута или центробежные, винтового типа) питаются от энергии, которую получают от коленвала посредством механического соединения – зубчатая передача, ремень и т.д.

Суперчарджер

В свою очередь турбонагнетатели извлекают энергию, можно сказать из отходов, которые предназначены для выброса наружу – то есть от потока выхлопных газов. Как не странно, но в конечном итоге, турбина, которая работает на таких «отходах», дает двигателю намного больший прирост мощности – поскольку не требует дополнительных энергозатрат от самого мотора.

Следует отметить, что эти незначительные энергозатраты намного серьезнее, нежели кажутся на первый взгляд. Взять хотя бы механический нагнетатель, добавляющий к общей мощности силового агрегата, порядка 100 лошадиных сил. Прежде чем дать такую прибавку, он использует примерно 25-35 л.с. при условии, что двигатель не слишком объемный. Кстати, данная величина напрямую зависит от КПД нагнетателя, однако это уже отдельная тема. Итак, «поглотив» от производимой мощности 25-35 л.с., двигатель получит лишь 65-75 л. с.

Что до турбины, которую раскручивают выхлопные газы, а не коленвал, то она даст мотору порядка 90-95 «лошадей» мощности. При этом, где-то 5-10 «лошадок» будет съедено, это связано с противодавлением в выпускном тракте, хотя как бы там ни было, цифра заметно меньше.

Как работает турбонагнетатель

Для многих людей работа турбонагнетателя — некая «магия», в связи с этим люди, не представляющие себе принцип работы этого агрегата, ошибочно полагают, что потока выхлопных газов очень мало для того, чтобы с такой скоростью вращать компрессор или нагнетатель. Но как не крути, именно газы приводят в движение турбину. Как бы там не казалось, и чтобы там кто не придумывал, энергетический потенциал выхлопа любого ДВС просто огромен, его значение почти равно тому, которое передается от маховика.

Это достигается за счет того, что энергия высвобождаемая процессом горения в ДВС, высвобождается практически в равных долях тремя путями: выделение тепла, вращение коленвала и сила выхлопа. Последняя сила, собственно и заставляет вращаться газотурбинные моторы, что до турбочарджеров (а они по большому счету и есть те же ГТД, только в миниатюре) используют ДВС в качестве топки.

Только подумайте, сколько полезной энергии в прямом смысле улетает в трубу, а ведь она могла бы обеспечит ваш двигатель неплохой прибавкой мощности.

Как работает суперчарджером

Теперь предлагаю вспомнить школьный курс математики и поупражняться в гипотетическом дрегстере. Предположим, он оборудован суперчарджером и обладает мощностью в 1000 л.с. Допустим, 500 «лошадей» из данной тысячи он получил за счет суперчарджера.

Немного раньше мы получили соотношение 65/100 — это реальная мощность, которой механические нагнетатели обеспечивают ДВС. Теперь необходимо разделить 500 на 0,65, после чего у нас выходит 769 л.с.

В действительности именно такую мощность должен выдавать суперчарджер для того чтобы мотор в конечном итоге получил прибавку к мощности 500 л.с.

Теперь давайте прикинем, сколько лошадиных сил необходимо получить от турбины, чтобы в конечном результате вышел такой же результат. Учитывая вышеописанное соотношение 95/100, мы получаем 526 л.с., из чего следует, что мотор оснащенный механическим нагнетателем обязан производить 1269 л.с. (500 + 769) мощности, для того чтобы сравняться с двигателем оснащенным турбиной мощностью в 1026 л.с. (500 + 526) – при равных условиях.

При этом турбированный двигатель подвергается намного меньшему износу, что тоже немаловажно, я бы даже сказал это довольно весомый аргумент.

В заключение. Все вышеприведенные соотношения могут быть не точными для двигателей внутреннего сгорания, значения брались исходя из характеристик некоторых моделей моторов и турбин.

Подводя итоги, можно с уверенностью сказать, нет здесь никакой «магии», турбонаддув – вполне реальный агрегат, имеющий прекрасные характеристики, лучшую эффективность использования энергии, выделяемой двигателем по сравнению с суперчарджером.

В чем разница турбины от суперчарджер.

Двигатель Toyota 1G-GZE

Ранний турбированный двигатель компании Toyota – мотор 1G-GZE. Это одна из модификаций 2-литрового семейства 1G с довольно приятными характеристиками и хорошим ресурсом. Серьезным отличием от родственников агрегата стало наличие электронного зажигания DIS, а также довольно надежного турбокомпрессора. Увеличение мощности и крутящего момента практически не сказалось на надежности мотора, но пробыл на конвейере он недолго – с 1986 до 1992 года.

Как и все представители линейки, это простая рядная «шестерка» с 4 клапанами на цилиндр (24 клапана всего). Чугунный блок позволял производить ремонты, но несколько технологических новшеств сделали сервис довольно сложным для универсальных мастерских. С этой серии двигатели Тойота начали ориентировать покупателя машины на официальный сервисный центр. Кстати, ДВС выпускался только для внутреннего рынка Японии, но неплохо разошелся по всему миру.

Технические характеристики мотора 1G-GZE

В истории компании встречаются разные дополнительные названия данного агрегата. Это Supercharger или Supercharged. Связано это с тем, что видоизмененный традиционный на то время компрессор для мощных бензиновых моторов назвали чарджер. По сути это аналог конструкции современной турбины. И особых проблем именно с этим механизмом не возникало.

Основные технические характеристики данного мотора следующие:

Рабочий объем	2.0 литра
Количество цилиндров	6
Количество клапанов	24
Система газораспределения	DOHC
Мощность	168 л.с. при 6000 об/мин
Крутящий момент	226 Н*м при 3600 об/мин
Нагнетатель	присутствует
Зажигание	электронное DIS (бесконтактное)
Степень сжатия	8.0
Впрыск топлива	распределенный EFI
Расход топлива
— город	13
— трасса	8.5
Коробки передач	только АКПП
Ресурс (по отзывам)	300 000 км и более

Главные преимущества мотора 1G-GZE

Надежный блок цилиндров и прекрасная конструкция ГБЦ – это только начальный список преимуществ, которые можно найти для семейства. Именно версия GZE может предложить интересные особенности, такие как наличие 7 отличных форсунок (1 используется для холодного пуска), нагнетатель SC14, очень популярный в «колхозном» тюнинге по всему миру.

Также среди явных преимуществ агрегата стоит отметить такие особенности:

1. Один из немногих моторов, которые не имеют значительных требований к маслу. Впрочем, обслуживать его лучше хорошими материалами.
2. Перегрев не страшен, он практически невозможен, если учесть конструктивные особенности агрегата.
3. Возможность эксплуатировать на 92-м топливе, но на 95 и 98 динамика ощутимо лучше. Качество топлива также не критично, переживет практически любые стрессы.
4. Клапана не деформируются, если произошел обрыв ремня ГРМ, но сама система газораспределения очень сложная и дорогая в обслуживании.
5. Крутящий момент доступен с низких оборотов, в отзывах часто сравнивают данную установку по характеру с дизельными вариантами соотносимой мощности.
6. Холостой ход управляется электронным блоком, так что настраивать его нет необходимости, выставить нужно только при капитальном ремонте или тонкой настройке агрегата.

Регулировка клапанов необходима на каждом обслуживании, производится она классическим образом с помощью гаек. Здесь нет гидрокомпенсаторов и прочих технологий, которые бы сделали мотор менее практичным и создали бы более серьезные требования к качеству обслуживания.

Недостатки и важные особенности эксплуатации установки GZE

Если компрессор на авто работает отлично и не имеет ярких недостатков, то некоторые другие периферийные детали приносят владельцам неприятности. Главные проблемы скрыты в ценах на запчасти, кое какие просто невозможно купить аналоговые.

Механический нагнетатель или Supercharger

Механический наддув – это процесс увеличения давление некой смеси на впуске двигателя для повышения массы горючей смеси в цилиндре для  увеличения мощности относительно единицы объема двигателя.

Supercharger (cуперчарджер) также известный как компрессор Рутса — это механический нагнетатель использующий для собственного привода энергию коленчатого вала. Он является основным элементом механического наддува.

Главным функциональным плюсом cуперчарджера является то что он может закачивать воздух на минимальных оборотах, абсолютно без задержки, при этом рост силы наддува строго пропорционален оборотам двигателя.

Главным же минусом cуперчарджера является то что он отбирает часть мощности двигателя на собственный привод.

На данный момент  механические нагнетатели практически не используются. Их место заменили турбонагнетатели (турбокомпрессоры). За редким исключением их продолжают устанавливать на легковые автомобили, если необходимо сделать разбег по мощности, дабы не изменять конструкции двигателя.

В среднем применение механического нагнетателя обеспечивает увеличение мощности двигателя до 50%, а крутящего момента на 30%. При этом механический нагнетатель отличают существенные потери мощности двигателя из-за затрат энергии на его привод. В разных механических нагнетателях они могут составлять до 30%.

Виды конструкций механического нагнетателя делятся в зависимости от типа привода.

1.       Прямое  крепление нагнетателя к фланцу коленчатого вала называют прямым приводом;

2.       Ременной привод – характеризуется различными вида привода при помощи ремней. Делится на:

·        Зубчатый

·        Клиновой

·        Плоский

3.       Зубчатая передача  через цилиндрический редуктор

4.       Цепной привод;

5.       Электрический привод подразумевает под собой использования для привода электродвигателя. Данный вид привода естественно является наиболее энерго-затратным и требует большей мощности для аккумуляторов, но при этом он не снижает мощности двигателя.

Механический нагнетатель можно условно поделить на такие виды как:

1.    Объемные

·        Кулачковый – Roots, (Рутс, Итон)

·        Винтовой — 

2.    Центробежные

Объемные нагнетатели

Объемные нагнетатели  получили свое название из-за того что принцип их работы заключается в простой перекачке определенного объема воздуха без сжатия.

Кулачковый нагнетатель

Кулачковый нагнетатель является самым первым и от того самым старым и проверенным типом наддува. Его история развития стартовала 1859 году с работы двух талантливых братьев под фамилией Рутс (Roots). Изначально его использовали как промышленный вентилятор для продувки помещений. Чуть позже он получил широкое применение из-за своей простоты. Две помещенные в общий кожух прямозубые шестерни вращаются в разных направлениях, при этом перекачивая определенный объем воздуха от впускного до выпускного коллектора.

Спустя 90 лет другому американскому ученому Итону пришло в голову, как  можно усовершенствовать конструкцию. Прямозубые шестерни заменили на косозубые роторы, и воздух стал перемещаться вдоль, а не поперек как это было раньше. С того времени усовершенствование нагнетателей этого типа идет по пути увеличения количества зубчатых лопаток (косозубых роторов). В первоначальной модели Итона «Eaton» их было две, а теперь сложно встретить меньше четырех. Основными функциональными недостатками нагнетателей типа Рутс является:

1.    Неравномерная пульсационная подача воздуха создающие периодический недостаток давления. Увеличение количества зубчатых-лопастей и  изменение формы впускного и выпускного окна компрессора на треугольное, позволяет свести этот недостаток к минимуму.  К тому же эти конструктивные решения помогают сделать работу компрессоров Рутса намного тише и равномернее.

2.    Во время выдавливания несжатого воздуха в трубопровод где находиться сжатый воздух, создается турбулентность, которая способствует росту температуры заряда воздуха. Это отрицательно сказывается на производительности ухудшая показатели калорийности топливной смеси из-за менее  полного сгорания. Данная проблема коленчатых компрессоров решается установкой интеркулера.

Развитие машиностроения позволило полностью оценить плюсы и минусы нагнетателей Рутса и  получить из них максимум производительности.

Плюсы компрессоров Рутс:

1.    Компактность

2.    Простота конструкции

3.    Долговечность

4.    Эффективность на малых оборотах

5.    Низкий уровень шума

Винтовой нагнетатель

Винтовой нагнетатель (Lysholm) также как и компрессор «Рутса» относится к объемно-роторным нагнетателям и в своей работе использует те же принципы, но в отличии от своего более раннего коллеги рабочую нагрузку в нем исполняют пара роторов с взаимодополняющими профилями. На английском винтовой нагнетатель называютLysholm  в честь его изобретателя Альфреда Лисхольма, который в 1936 году изготовил и запатентовал на него права.

Принцип работы компрессора Lysholm

·        Начиная встречное взаимное движение, пара роторов захватывает воздух.

·        Вдоль роторов воздух порциями проталкивается вперед попутно сжимаясь.

Следовательно, на выпуске окна компрессора не возникает турбулентности, как у компрессоров «Рутса». Это является главным отличием от роторно-шестеренчатых нагнетателей. Подобная схема работы обеспечивает стабильно высокую эффективность на всех уровнях нагрузки.

Плюсы компрессоров «Лисхольм»:

1.    Высокий КПД (70%)

2.    Надежность

3.    Компактная конструкция

4.    Низкий уровень шума.

Главным и единственным минусом компрессоров «Лисхольм» является очень сложная форма роторов, из-за чего их производство является очень затратным и как следствие сам компрессор очень дорогой. Поэтому он не встречается в серийных авто и его производят очень мало компаний.

Центробежный нагнетатель

Центробежный нагнетатель получил на данный момент наиболее широкое применение среди всех механических нагнетателей. Главным образом, его используют в компоновке турбонаддува и реже как самостоятельное устройство наддува. Центробежный нагнетатель аналогичен турбонаддуву в плане нагнетания воздуха. Его основной деталью, как и у турбокомпрессора  является крыльчатка. У этой детали весьма сложная в исполнении конусообразная форма и от того насколько правильно она спроектирована и сделана зависит КПД всего нагнетателя.

Принцип действия центробежного нагнетателя:

1.  Воздух проходит по воздушному сужающемуся каналу  и раскручивает лопасти крыльчатки.

2.  Раскрученные лопасти, ведомые центробежной силой, отбрасывают воздух на периферию кожуха.

3.  Там установлен диффузор, снижающий потери давления. Порой он имеет лопатки с регулируемым углом атаки.

4.  Через диффузор воздух выталкивается в воздушный окружающий туннель (иначе воздухосборник) в форме улитки. Данная форма не случайна. Поток воздуха движется по каналу, который изначально был узким, а под конец стал широким, тем самым меняется скорость и давление воздушной массы на необходимые.

Главный недостаток  центробежного компрессора связан с базовым принципом, который приводит его в действие. Для работы ему необходимо огромная скорость вращения крыльчатки. Давление производимое компрессором равно квадрату скорости крыльчатки.

Поэтому базовая скорость компрессора начинается от 40 тысяч оборотов за минуту и может достигать 200 тысяч. Понятно что для разгона на такую скорость ремень привода должен работать крайне быстро. Из-за чего от работы этого наддува появляется очень сильный шум и детали подвергаются быстрому износу.

Частично проблема шума решается установкой дополнительного мультипликатора, при этом теряя часть КПД механического нагнетателя.

Огромная нагрузка накладывает высокие требования на качество материалов и точность обработки деталей нагнетателя.

К еще одному минусу данного механического нагнетателя можно отнести его инерционное действие, проявляющий себя в отставании срабатывании. На малых оборотах его эффективность ничтожна, но при увеличении оборотов происходит быстрый скачек в мощности. Из-за данной особенности центробежный нагнетатель устанавливают на машины, где требуется высокая мощность и скорость, взамен интенсивности разгона.

 Плюсы центробежного нагнетателя:

Низкая цена и простота установки центробежного нагнетателя сделали его очень популярным среди автолюбителей.

Минусы центробежного нагнетателя:

Повышенный износ, шум и эффективность прибавки мощности исключительно на высоких оборотах.

По материалам Turbokom.ru

Что лучше турбина или суперчарджер?

Турбонаддув — это, так сказать, обозначение процесса работы турбопривода с центробежным нагнетателем, который среди автомобилистов просто называют турбиной. цель турбины — увеличить объем вентиляции силового агрегата.  В конечном результате итог работы любого нагнетателя один и тот же, увеличенный поток воздуха, вследствие которого возникает прирост мощности. Ведь, как известно, мощность напрямую связана с количеством воздуха, которое попадет в двигатель.

Турбина

Что такое суперчарджер, для чего он установлен в машине

Наверное, большинство автовладельцев хотят добавить своему транспортному средству как можно больше мощности. Существует масса способов тюнинга автомобиля, но в последнее время особенно много обсуждают суперчарджеры. О том, что же это такое, мы и поговорим сейчас.

Суперчарджер: что это такое

Под данным понятием подразумевают нагнетатель механического типа, что выступает в роли ключевого элемента механизма наддува. С помощью такого элемента во впускном тракте можно добиться создания давления, которое будет выше, чем атмосферное. При этом устройство напрямую связано с коленвалом при помощи специального привода.

Чтобы лучше понять, что такое суперчарджер, необходимо разобраться с принципом функционирования данного устройства. Схема его работы выглядит так:

• воздух втягивается;
• происходит процесс сжатия;
• воздух нагнетается непосредственно во впускную систему.

Для втягивания необходимого количества воздуха, внутри supercharger образуется разряжение. Давление создается в результате быстрого вращения устройства (оно тут на порядок выше, чем показатель оборотов мотора). Именно из-за этой разницы, и возможно нагнетание воздуха в силовой агрегат.

Конструктивные особенности устройства

С вопросом: «Суперчарджер: что это?» мы разобрались. В то же время, подобные устройства могут достаточно сильно отличаться по своим конструктивным параметрам.

В любом случае, в моделях должен присутствовать интеркулер. Фактически, он представляет собой особый радиатор, с помощью которого охлаждается сжатый воздух. Это необходимо потому, что нагретый воздух уменьшает параметры, связанные с давлением и плотностью. Интеркулеры бывают жидкостными и воздушными.

Приводы, что связывают коленвал с механическим нагнетателем, также делятся на несколько видов. Так, устройства могут быть:

• электрическими (привод является электромотором);
• прямыми. Нагнетатель крепят к фланцу коленчатого вала;
• цепными (в качестве связи используется цепь из металла);
• ременными (бывают плоские, зубчатые или клиновые модели);
• зубчатыми (представляют собой цилиндрические редукторы).

Разновидности устройств

Существует достаточно большое количество разновидностей турбочарджеров. В то же время, большинство конструкций спустя небольшой промежуток времени показывают свою неэффективность, так что их перестают устанавливать на транспортные средства. К примеру, можно сказать о шиберных, спиральных и подпоршневых насосах, которые так и не запустили в серийное производство, либо очень скоро сняли с конвейера.

На данный момент наибольшей популярностью пользуются следующие модели:

• кулачковые;
• винтовые;
• центробежные.

Кулачковые модели

Такое устройство изобрели еще в 1900 г. Модель показала себя как достаточно эффективный нагнетатель, так что ее усовершенствованные аналоги встречаются и в наше время. На данный момент механизмы оснащают роторами, которые состоят из трех-четырех кулачков, что вращаются друг другу на встречу.

Оптимальный угол наклона кулачков обеспечивает баланс между потерями и нагнетанием. Сам принцип работы устройства несколько напоминает масляный насос.

Среди преимуществ модели можно выделить достаточно быстрое нагнетание воздушной массы до нужных параметров. В то же время, без системы регулировки подобный суперчарджер не может нормально функционировать.

Регулировку осуществляют двумя методами:

• перепускание воздуха (работа нагнетателя осуществляется постоянно, в случае необходимости, открывается впускной клапан);
• периодически устройство отключается.

Чтобы система работала стабильно, ее комплектуют разными датчиками (температуры, давления и пр.), электронным блоком управления и рядом других механизмом.

Стоят кулачковые суперчарджеры очень дорого, так как их нормальное функционирование зависит от точности изготовления, зато и эффективность у них достаточно высока. Стоит отметить, что для корректной работы приборов очень важен окружающий воздух.

Если в нем будет много мусора и грязи, система может выйти из строя. Кроме того, устройство занимает достаточно много места, а также создает много шума, для компенсации которого монтируют дополнительные резонаторы, демпферы и пр.

Винтовые модели

По-другому такие устройства называют Lysholm. Во многом данные модели напоминают кулачковые нагнетатели. Они включают в себя два ротора-шнека особой конической формы. На одном из них присутствуют выступы, на втором – выемки.

При включении механизма воздух захватывается при помощи шнеков, а во время их вращения воздушная масса начинает сжиматься, после чего попадает в патрубки. Основное отличие от предыдущего варианта состоит в том, что нагнетание происходит внутри, в результате чего данный суперчарджер отличается повышенной эффективностью.

В то же время, подобные устройства не отличаются широким распространением в силу достаточно высокой цены. Как правило, винтовые модели устанавливаются на дорогих спорткарах и гоночных машинах.

Центробежные устройства

Фактически, они являются аналогами турбокомпрессоров. Крыльчатка начинает очень быстро вращаться (вплоть до 60 тыс. об./мин), в силу чего воздух и нагнетается. Возникло устройство также вначале 20 века. Модель отличается:

• небольшим весом;
• компактными размерами;
• высокой эффективностью;
• несколькими вариантами крепления;
• доступной ценой.

С другой стороны, во многом эффективность работы суперчарджера такого типа зависит от частоты вращения коленчатого вала. Как результат, необходимо устанавливать привод с передаточным отношением переменного типа.

Для чего можно использовать механические нагнетатели

Основная функция тройного суперчарджера, как и любого другого устройства такого типа, состоит в увеличении мощности транспортного средства. Как правило, приборы используют для:

• производства серийных автомобилей;
• тюнинга своих машин;
• выпуска спорткаров и гоночных авто.

На серийных моделях суперчарджеры встречаются крайне редко, а вот гоночные авто практически не обходятся без данного устройства.

Основное отличие турбонагнетателей от суперчарджеров

Турбонагнетатели являются еще одним распространенным способом увеличить мощность мотора. Основное принципиальное различие состоит в том, что турбины для своей работы используют отработанные газы, тогда как суперчарджеры питаются от мощности силового агрегата транспортного средства.

В результате, механические нагнетатели черпают часть мощности машины, которая могла быть использована для роста скорости авто. Возможно, небольшая потеря может показаться несущественной, но на больших скоростях эффект будет заметным. Таким образом, суперчарджеры на данный момент не являются наиболее оптимальным способом тюнинга авто.

Также будет интересно:  Буксировка автомобиля: как делается правильно

Заключение

В общем, для увеличения мощности двигателя используют суперчарджеры – специальные механические нагнетатели, привод которых напрямую связан с коленвалом. Существует несколько разновидностей таких устройств, которые получили широкое распространение по всему миру. В то же время, подобные приборы питаются напрямую от мотора, в то время как турбины используют энергию выхлопных газов. Как результат, именно турбонагнетатели и являются наиболее эффективным вариантом.

А далее Волга с супечарджером: