Всім відомо, що потужність атмосферних двигунів внутрішнього згоряння сильно залежить від робочого об’єму. Також потужність обмежена фізичним розміром двигуна. Якщо говорити простими словами, то атмосферні мотори затягують повітря з вулиці допомогою розрідження, що виникає в результаті руху поршнів в циліндрах. При цьому від кількості повітря залежить і кількість палива, яке в подальшому згорить. Щоб підвищити потужність атмосферних двигунів, необхідно збільшувати робочий об’єм, але можна поступити простіше – встановити компресор для двигуна.

Так, потужність зросте за рахунок подачі в камери згоряння повітря під певним тиском. Обсяг циліндра і число камер згоряння можна не збільшувати. Повітря буде нагнітатися всередину двигуна в примусовому порядку, що автоматично збільшить кількість пального в паливній суміші. Такий заряд згорить з максимальною віддачею. Це не що інше, як наддув.

Для технічної реалізації наддуву використовують системи турбонаддува і механічні компресори для двигуна. Кожне рішення має свої недоліки і переваги. При цьому нагнітач механічного типу можна встановити навіть своїми руками на будь-атмосферний двигун автомобіля.

Історія наддуву

Вперше ідея примусової подачі в двигун більшої кількості повітря за допомогою енергії обертання з’явилася в світлій голові Готтліба Даймлера в 1885 році. Потім у 1905 році Альфред Бюхі, австрієць, запатентував аналогічне рішення, що працює на потужності вихлопних газів. Однак, перш ніж це змогли реалізувати, минуло небагато часу. Перша машина, оснащена механічним компресором для двигуна, з’явилася лише в 1921 році.

Тоді необхідно було вирішити проблему втрати потужності при наборі висоти. Цією першою машиною виявився «Мерседес-Бенц». Конкретну модель історія замовчує. Потім технологія наддуву знайшла застосування у вантажних автомобілях і у вантажоперевезеннях в цілому. Додаткова потужність була дуже до речі на дизельних силових агрегатах суден і поїздів. Легковий автомобіль, на який вперше був встановлений примусовий нагнітач, – Oldsmobile Jetfire з V8 на 215 кінських сил.

Види наддуву

До наддувам, а під цим варто розуміти тільки механічні схеми, відносять компресор з механічним приводом і турбокомпресор. Приводні нагнітачі найчастіше встановлюються уздовж блоку циліндрів на рядних двигунах. На V-подібних блоках компрес можна виявити в розвалі між половинками мотора. Такий компресор для двигуна приводиться в дію за допомогою приводного ременя, а крутний момент відбирається від колінчастого вала. Повітря пресує двома гвинтовими роторами або ж крильчаткою. Пристрій популярних моделей компресорів ми розглянемо пізніше.

Що стосується турбіни, то вона приводиться в дію за рахунок вихлопних газів, які вилітають з камер згоряння під високим тиском. Ці гази і змушують обертатися крильчатку турбіни. Найчастіше турбокомпресор встановлений за випускним колектором. У деяких моделях групи VAG («Фольксваген», «Ауді» та «Шкода») турбіна є частина компресора.

Окремо стоять і електричні компресори на атмосферний двигун. Їх перевага в тому, що немає відбору потужності від двигуна при роботі відсутній турбояма, характерна для турбокомпресорів, так як він приводиться в дію від електричного двигуна. Але ця схема поки провокує масу питань.

Також є і безагрегатные системи наддуву. Це підвищення тиску на впускному тракті за рахунок швидкості руху повітря і особливої форми і розмірів повітряних патрубків. Надлишковий тиск – це додаткова міра підвищення потужності для атмосферних моторів. Така схема реалізована в автомобілі «Панамера GTX» від «Порше».

Види компресорів з приводом

У цій групі можна виділити такі рішення, як компресор Рутса, Линсхольма, а також відцентровий компресор. Розглянемо їх пристрій і особливості.

Всі види приводних нагнітачів об’єднують загальні переваги. Це простота: встановити компресор на двигун зможуть навіть люди, далекі від тюнінга. Також приводні конструкції ефективні на різних обертах колінчастого вала. У них немає турбоями, яка є особливістю турбін.

Недоліком вважається те, що крутний момент відбирається від двигуна. Двигун втрачає потужність, на нього підвищується навантаження. Однак після монтажу можна відчути приріст потужності до 46 відсотків.

Роторний компресор Roots

Зараз на авто можна зустріти це рішення. Наприклад, такий компресор двигуна на «Мерседес» у 230-му кузові. Він практично не змінювався з часів винаходу. Два ротори, що обертаються назустріч один одному з двома, трьома або чотирма лопатями подають повітря безпосередньо у впускний колектор двигуна, створюючи в ній тиск. З колектора повітря подається вже в камери згоряння.

Гвинтові компресори

Ці пристрої працюють трохи на іншому принципі. Так, в одному корпусі розташовуються два гвинти, що мають складну форму.

Вони також обертаються назустріч один одному. Гвинти за рахунок особливостей захоплюють повітря і доставляють його до випуску, одночасно стискаючи. Потужність і продуктивність цих моделей значно вище, ніж характеристики роторних рішень. Компресор не створює турбулентності повітряних потоків на високих обертах двигуна.

Особливості

І перший, і другий варіанти функціонують без додаткових мастильних матеріалів. Змазані тільки підшипники на валах. Корпус, що обертаються елементи розділяються між собою невеликими зазорами. Тому немає потреби в охолодженні компресора після того, як двигун зупиниться.

Обертання валів синхронізується за допомогою шестерінчатої передачі від ведучого вала. Він з’єднаний ременем з колінчастим валом. Далі крутний момент передається на ведений. Так домагаються високої точності роботи без сильного тертя і перегрівів.

Пристрій відцентрового компресора

У конструкції є лише один-єдиний вал. На ньому надійно встановлена крильчатка. Коли вона обертається, то захоплюється потік повітря з центру і відкидається по периметру. Далі повітряний потік надходить у спеціальний напірний патрубок. Це дозволяє зробити компресор з мінімальними розмірами, невеликою вагою і високою продуктивністю.

Турбокомпресор

Конструкція такого нагнітача також гранично проста. На одному валу встановлено крильчатки. Кожна з цих двох крильчаток обертається в своєму окремому корпусі. Одна з них обертається за рахунок потоку вихлопних газів. Друга, пов’язана з першою, обертається і здавлює повітря у впускний тракт. Чим вище обороти колінчастого вала, тим вище потужність компресора.

Особливість в тому, що тут є залежність обертів турбіни не від частоти обертання колінчастого вала, а від сили потоку вихлопних газів. Тут є зв’язок з так званої турбоями – це затримка реакції спрацювання турбіни при натисканні на педаль газу. Зовні – це секундна задума двигуна, яка потім відразу ж змінюється різким підхопленням. Інженери всіма силами борються з цією проблемою різними методами – так, наприклад, встановлюють електричний двигун для повітряного компресора, балон зі стисненим повітрям.

Процес установки пов’язаний з певними труднощами. Так як навантаження досить висока, а кількість обертів турбіни може досягати 300 тисяч оборотів, то турбіні потрібна постійна змазка. Її приєднують до масляної магістралі і підводять під тиском мастило. Тому поставити компресор на двигун такого плану можна тільки за допомогою фахівців. Проведений самостійний монтаж ні до чого доброго не призведе.

Подвійний наддув

Це не що інше, як дві турбіни, з’єднані паралельно, послідовно або східчасто.

Спочатку рішення призначалося для того, щоб усунути турбояму, але також потужність двигуна компресора тут вище, а виходить, вище і потужність двигуна. Крім того, вдалося оптимізувати режими роботи мотора і знизити витрату пального.

Наддув з паралельними турбінами

Система складається з двох турбін, які мають однакові характеристики. Вони підключені один до одного паралельно. Таким наддувом можна комплектувати потужні V-подібні силові агрегати. Кожен турбокомпресор з’єднується з окремим відгалуженням випускного колектора. Плюси тут в тому, що можна ставити невеликі турбіни. Вони легше розкручуються, за рахунок чого і зменшується турбояма.

Послідовне з’єднання

Тут також працює дві турбіни. Одна з них задіяна постійно. Друга запускається по мірі необхідності. Повітря з двох турбін подається до одного впускного колектора.

Двоступінчастий наддув

Це складне, проте цікаве і ефективне рішення. Тут працюють дві турбіни, з’єднаних послідовно. Вони мають різні розміри, з’єднані між собою патрубками, а також перепускними клапанами. На невеликих обертах задіяна менша турбіна. Вона легше, і інерція її менше. На середніх обертах двигуна спрацьовує велика турбіна. Обидві завжди працюють послідовно. Але це ще не всі нюанси. На максимальних обертах колінчастого вала ДВЗ велика турбіна відключається.

Регулювання системи здійснюється за допомогою датчиків і електромагнітних клапанів, які відкривають чи закривають певні ділянки випускного тракту.

Установка

Найчастіше здобувають уже готові настановні комплекти, які включають в себе все необхідне, але їх вартість досить висока. Також можна придбати комплект від іномарок, адаптований під різні моделі двигунів. Ще один варіант – китайські комплекти. Тут при монтажі потрібні лише мінімальні доопрацювання. Робота вимагає знань і навичок. Потрібно, як мінімум, вміти відрізняти турбіну від двигуна компресора кондиціонера.