Динамический наддув двигателя своими руками

Прошу сразу помидорами не закидывать))

Сразу говорю, я не горю желанием делать из трудяги-402 спортивный мотор, просто появилась идея, которую захотелось обсудить со знающими людьми.

Т.е., место прямо идеально подходит для установки воздухозаборника, ну а раз так, решил провентилировать эту идею. В инете, в основном, динамический наддув (вообще-то, он называется «скоростной наддув», «динамический» основан на явлениях резонанса во впускном тракте, ну пусть будет «динамический», ибо так его чаще всего называют) освящен в 2х аспектах: 1) реклама тюнинг-контор, где эти воздухозаборники, спойлеры, обвес и синие писалки идут в одном каталоге, и весь комплект обещает прирост мощности на 200%, а с писалками и все 250%. и 2) резко критичные обсуждения на форумах, из которых понятно, что никто из участников дискуссий никогда этот наддув не ставил, но все заведомо уверены в том, что толку от него никакого. Т.е., диаметрально противоположные мнения, захотелось выяснить, что же на самом деле.

Где-то здесь на форуме высказывалось мнение, что скорость входящего потока на впуске порядка 100 км/час, т.е., понятно, что с меньшей скоростью ни о каком наддуве речи быть не может. Предположим, я езжу со скоростями близкими к 100 или немного выше, до 120, т.е., на такой скорости какой-либо, пусть небольшой, эффект, чисто теоретически, должен проявиться.

Что конкретно меня интересует.

1) описанные в приведенной цитате эффекты улучшения экономических показателей, если будет минус хотя бы поллитра на 100 км/час, то это уже 5% улучшения экономичности, что фигня, конечно, но при больших пробегах будет окупать хотя бы сигареты в дорогу, как говорится, мелочь, а приятно, тем более, что совершенно даром и дополнительный резерв, если все уже вылизано до упора. Какие будут соображения на этот счет, из-за чего возможно снижение расхода?

2) Про долговечность тоже интересует, непонятно только, сам наддув дает более бедную смесь? Карбюратор-то готовит бензовоздушную смесь не в абсолютной пропорции, а в относительной, если мы запихиваем в цилиндры чуток больше воздуха, то и бензина уйдет настолько же больше, в процентном соотношении, т.е., состав смеси практически не изменится, просто ее может быть капельку больше и наполнят цилиндры она будет немножко лучше.

3) Увеличение мощности и максимальной скорости как раз интересует меньше всего, ну точнее, ровно в той степени, в которой слегка увеличенная мощность позволит двигаться с обычной скоростью при чуть меньшем открытии дросселя. Максималка нафиг не нужна, двигатель больше 3.000 вообще стараюсь не крутить, да и превышение скорости нынче слишком уж стало бить по карману.

Т.о., я отлично понимаю, что чудес ждать никаких не стоит, в лучшем случае будет прибавка мощности или снижение расхода в пределах нескольких процентов, в худшем не будет вообще никакого эффекта, кроме повышения холостых при движении накатом на большой скорости. Но и дело-то копеечное, это не инжектор на 402 городить))

VtuningV › Блог › Тубонаддув двигателей внутреннего сгорания

Автомобильные конструкторы были всегда озабочены проблемой повышения мощности моторов. Из законов физики следует, что мощность двигателя напрямую зависит от количества сжигаемого топлива за один рабочий цикл.
То есть возникает некий закон: чем больше топлива мы сжигаем, тем больше мощность: но для горения топлива необходим кислород, (поясняю) в цилиндрах сгорает не топливо, а топливно-воздушная смесь. Для бензиновых двигателей на одну часть топлива полагается 13–15 частей воздуха — в зависимости от состава горючего, режима работы и прочих факторов. Воздуха требуется весьма много. Если мы увеличим подачу топлива (это не проблема), нам также придётся значительно увеличить и подачу воздуха. Обычный двигатель засасывают его самостоятельно из-за разницы давлений в цилиндре и в атмосфере.
Зависимость прямая — чем больше объём цилиндра, тем больше кислорода в него попадёт на каждом цикле.
Но есть способ загнать в тот же объём… больше воздуха!
Это тубонаддув!
Существуют три вида наддува бензиновых двигателей:
— резонансный наддув
— газотурбинный наддув
— с помощью объемного нагнетателя

Разницы между этими методами существенная, хотя, несмотря на конструкцию, конечная цель у наддува одна — повысить крутящий момент и, соответственно, мощность.
Резонансный наддув
Резонансный наддув в большинстве случаев реализовывается на двигателях с распределенным впрыском топлива.

Поясню:
Распределенный впрыск иногда его называют многоточечьный или инжекторный это по сути одно и тоже, так называется потому, что для каждого цилиндра топливо впрыскивается отдельной форсункой то есть во впускном коллекторе, напротив каждого цилиндра стоят инжекторы (форсунки) которые по команде компьютера производят впрыск определенной порции топлива в участок впускного коллектора возле своего цилиндра перед впускным клапаном, сколько цилиндров столько и инжекторов.
Задача резонансного наддува при частоте 3.000 — 3.500 об/мин обеспечить повышенное давление смеси перед впускным клапаном в момент его открытия за счет использования частоты колебаний смеси во впускном коллекторе. Между тем повышенное давление необходимо вовсе не постоянно — достаточно, чтобы оно поднялось в момент закрытия клапана и «догрузило» цилиндр дополнительной порцией смеси. Для кратковременного повышения давления вполне «подходит» волна сжатия, гуляющая по впускному трубопроводу при работе мотора. При этом достаточно лишь рассчитать длину самого трубопровода, чтобы волна, несколько раз отразившись от его концов, пришла к клапану в нужный момент.
Как правило, объем ресивера и определяет достаточно узкий диапазон работы такого наддува. В принципе, существуют многокамерные ресиверы, но это отдельная тема.
Теория (по крайней мере, при объяснении «на пальцах») проста, а вот воплощение ее требует немалой изобретательности: клапан при разных оборотах коленчатого вала открыт неодинаковое время, а потому для использования эффекта резонансного наддува требуются впускные трубопроводы переменной длины! И такие моторы были созданы — со специальными заслонками, открывающими воздуху тот или иной путь. Пик популярности этого решения пришелся на середину 80-х, а затем производители, видимо, решили: зачем морочить голову, если уже есть и более производительный турбонаддув, и управляющая им электроника? В последнее время сообщений о новых двигателях с резонансным наддувом почти не поступает…

Механический нагнетатель
Механический компрессор был изобретен братьями Рутс и применялся в автомобильных двигателях еще в 30-е годы.
При механическом наддуве нагнетатель приводится в действие непосредственно от коленчатого вала двигателя. Как правило, оба агрегата жестко связаны друг с другом, к примеру через ременный привод. Здесь главное в том, что обороты нагнетателя/компрессора жестко связаны с оборотами коленвала.
Механический компрессор хорош своей нетребовательностью к качеству масла, надежностью и способностью не отставать от скорости вращения коленвала.
К минусам относятся значительные габариты, нагрузка на двигатель.

2GarinTourerV › Блог › Нагнетатель как радикальное средство дать пинок под зад своему автомобилю

Увеличить мощность двигателя можно единственным способом — сжигая больше горючей смеси. Этого можно добиться разными способами, но наиболее распространенные — увеличение рабочего объема двигателя или увеличение подачи горючей смеси в цилиндры посредством наддува. Первая схема хорошо известна по американским многолитровым машинам. Очевидный плюс — простота конструкции такого двигателя и, следовательно, более высокий ресурс. Минус — большая масса, что ведет за собой увеличение габаритов и веса автомобиля и, как следствие, ухудшение управляемости.

Наддув обязательно ведет к усложнению конструкции двигателя, что не может не сказываться на надежности, но позволяет достичь большей мощности при меньших размерах и габаритах. Если на Porsche поставить 12-цилиндровый двигатель, мы получим классический американский автомобиль, пускай и с прекрасной разгонной динамикой. Удивительно маневренными немецкие машины делают компактные 6-цилиндровые двигатели, в которых они умудряются снимать с 3,5 л объема мощность в 456 л.с.

Наддувательство
Самым элементарным является инерционный наддув. Принцип его действия действительно прост: на капоте, если двигатель находится впереди, или по бокам или на крыше, если мотор сзади, ставятся дополнительные воздухозаборники, от которых по воздуховоду подводится дополнительный воздух к впускному коллектору. Заметим сразу, что воздухозаборники «ушастого» «Запорожца» никакого отношения к наддуву не имели — они служили для охлаждения двигателя. Точно так же заблуждались владельцы «тюнинговых» «Жигулей», которым умельцы устанавливали такие воздухозаборники на капоте. Дело в том, что инерционный наддув начинает работать только на скорости выше 180 км/ч, которую продукт отечественного автопрома развить не мог ни при каких обстоятельствах. А увидеть действующую систему в Москве можно на нескольких Pontiac Firebird Trans Am, на которые инерционный наддув ставился на заводе.
Реальную же прибавку в мощности можно получить, только установив компрессор. Если он приводится механической передачей от коленвала, то такое устройство чаще всего называют механическим нагнетателем в России, compressor — в Германии, supercharger — в Америке и blower — в Англии. Если же компрессор вращается турбиной, размещенной в выпускном тракте двигателя, то его чаще всего называют турбонагнетателем (turbocharger).

С немецким акцентом
Впервые наддув применил в своих автомобилях легендарный француз Луис Рено. По иронии судьбы сегодня Renault — одна из немногих компаний, не применяющая наддув в своих двигателях для легковых автомобилей. Мировую же известность механическим нагнетателям принесла компания Mercedes-Benz, устанавливающая наддувочные компрессоры в конце 20-х сначала на гоночные, а начиная с 30-х — и на серийные машины. После того, как компрессорные «Мерседесы» полюбили Адольф Гитлер и немецкие кинодивы, мода на наддувные машины перекинулась на Голливуд и оттуда — на весь мир. Золотой век немецких «компрессоров» закончился одновременно с началом Второй мировой войны. Основное применение компрессоров в военное время пришлось на авиацию: наддув использовался для компенсации недостатка кислорода на больших высотах. Особенно в этом преуспели американцы. Поэтому неслучайно в послевоенное время центр производства механических нагнетателей переместился за океан. Даже вновь появившиеся на «Мерседесах» после полувекового перерыва механические нагнетатели для немецкого гиганта поставляет американская компания Eaton, что, впрочем, не очень афишируется.

Но это не значит, что европейцы распрощались с идеей наддува. Ни для кого не секрет, что к мерседесовским нагнетателям в 30-е годы приложил руку небезызвестный конструктор Фердинанд Порше. Но на собственных двигателях он решил ставить турбонагнетатели. Проблема заключалась в том, что они приводятся в действие отработанными газами и должны выдерживать довольно высокие температуры. Долгое время не существовало жаропрочных и прочных материалов и турбокомпрессоры оставались капризными и ненадежными агрегатами. И только сильный прогресс немецкой оборонной промышленности 40-х годов в области авиационных турбореактивных двигателей наконец-то дал технологии и материалы для производства надежных автомобильных турбин. С тех пор лучшие турбомоторы в Европе — у Porsche.

Борьба с ямами
Современный турбокомпрессор конструктивно проще механического нагнетателя, но имеет собственные проблемы — высокую требовательность к качеству масла и, самое главное, медленный отклик на нажатие педали газа, что обусловливается инерцией турбины. С недостатком борются, устанавливая вместо одной большой две маленькие турбины (меньше масса — меньше инерция), по одной на свою сторону двигателя. Такая схема часто называется «битурбо».

Другая проблема, связанная с аэродинамикой турбины, так называемая «турбояма», — практически полное отсутствие наддува до 2500−2800 об./мин. Проблему решают разными способами, включая такую экзотику, как подкрутка турбины высокоскоростным электродвигателем.

Механический нагнетатель, который жестко связан с валом двигателя, имеет линейную зависимость наддува от оборотов: автомобиль практически мгновенно реагирует на нажатие педали акселератора, что особенно ценно при разгоне. Недостаток же данной схемы состоит в меньшем КПД по сравнению с турбонагнетателями: механический нагнетатель отбирает мощность с вала двигателя, а турбина приводится в движение практически дармовыми выхлопными газами.

Недокрутить — пропасть, перекрутить — пропасть
Независимо от схемы привода, собственно воздух нагнетает компрессор. Наибольшее распространение получили две схемы — роторнозубчатая схема Roots, запатентованная в 1866 году братьями Филандером и Фрэнсисом Рутсами, и центробежные нагнетатели.

Достоинство нагнетателей Roots в их простоте. Первоначально рассчитанные для двухтактных двигателей, подобные нагнетатели по сути являются импульсными, что не лучшим образом сказывается на характеристиках двигателей. При такой схеме частота вращения компрессора обычно составляет 0,5−2 частоты оборотов коленвала двигателя. На больших оборотах компрессор может выйти из строя, поэтому на современных нагнетателях применяются специальные центробежные муфты, ограничивающие обороты.

Рабочая частота вращения центробежных нагнетателей составляет 40−90 тыс. об./мин (на некоторых моделях — 90−130). Если перекрутить такой компрессор, поток нагнетаемого воздуха перестает быть ламинарным и возникающая турбулентность начинает тормозить поток — давление падает. Если же недокрутить, то центробежная сила становится недостаточной для создания давления и наддув практически сходит на нет. В итоге получается, что частоту вращения центробежного нагнетателя надо поддерживать в пределах +/- 50%, тогда как во время движения частота работы двигателя меняется в среднем в 7 раз. Все это приводит к установке разнообразных вариаторов и усложнению конструкции.

Другая проблема — в предельном максимальном давлении, которое могут выдержать автомобильные двигатели. Хорошие моторы позволяют поднимать давление во впускном коллекторе в 1,6−1,7 раза, а компрессоры запросто усиливают давление в 2,7 раза. Чтобы избежать повышенного давления, приходится ставить перепускные клапана для ограничения максимального давления.

Само собой разумеется, повышение давления на входе ведет к повышению давления в цилиндрах. Но современные автомобильные двигатели уже подошли к пределу. Степень сжатия в последних моторах Mercedes достигла 10−10,5 раз, а в Porsche — 11−11,5 раз. При большем сжатии даже высокооктановый бензин перестает гореть и начинает детонировать — взрываться. Выход — либо применять специальные гипероктановые топлива, имеющие степень сжатия 17−18, на основе метанола или нитрометана, либо ставить моторы, изначально имеющие низкую степень сжатия — 8−8,5. Это, кстати, объясняет, почему ставить нагнетатели на ультрасовременные двигатели бессмысленно.

Механика ручной сборки
В заводских условиях проще всего ставить именно турбонаддув — больше выигрыш в мощности, менее сложная конструкция, более простая регулировка. В механических нагнетателях добавляются проблемы с размыкателями на холостых оборотах, системами управления компрессора, вариатором и т. д. Хотя некоторых это не пугает — за возможность иметь ровную тягу во всех диапазонах некоторые компании идут на усложнение конструкции и ставят механические нагнетатели — например, Mercedes, Jaguar, Land Rover. Но это, скорее, исключение. Гораздо чаще на мощных машинах можно увидеть слово «Turbo».

Другое дело — тюнинг. Здесь побоку повышенный расход топлива, повышенная токсичность и холостой ход, главное — дополнительная мощность. Тюнинговый наддув двигателей — это царство механических нагнетателей и устаревших многолитровых моторов. И то и другое, само собой разумеется, американское.

С лучших современных двигателей, например с 2,2-литрового турбодвигателя Porsche, конструкторы умудряются снимать по 160 л.с. с литра. Классический 5,4-литровый двигатель GM выдает 70 л.с. с литра. Добавление дополнительных 50−100 л.с. на литр не приведет к летальным последствиям для такого мотора, в отличие от «европейца». Осталась сущая безделица — найти свободное место под капотом и купить за

$35 тыс. готовый набор для установки нагнетателя.

Вопросы и ответы по механическим нагнетателям
1. Зачем покупать нагнетатель?
Принудительный наддув воздуха способен прибавить двигателю до 46% мощности и до 31% момента, в зависимости от технических параметров двигателя и настройки системы.

2. Каковы различия между обычным и гоночным нагнетателем?
При установке стандартного механического нагнетателя не требуется переделки топливной системы и настройки двигателя. Более мощный нагнетатель потребует настройки системы управления двигателем, переделки самого двигателя, установки мощного топливного насоса. Как правило, установки обычного комплекта вполне достаточно для оптимального увеличения мощности штатного двигателя.

3. Какое обслуживание требуется для нагнетателей?
Обслуживание механических нагнетателей в основном сводится к регулярной замене масла. Так как масло используется для охлаждения нагнетателя, обратите на это особое внимание.

4. Уменьшает ли ресурс двигателя применение нагнетателя?
Совершенно необязательно, что применение нагнетателя негативно влияет на ресурс мотора. Обороты — вот то, что влияет на ресурс двигателя. Обычно двигатель для достижения максимальной мощности должен «раскрутиться» до 7−8 тыс. об./мин. При применении нагнетателя максимальные показатели мощности и момента достигаются при меньших оборотах двигателя. Меньше обороты — больше ресурс двигателя и выше экономичность автомобиля.

5. Можно ли установить систему самостоятельно?
Для человека, имеющего слесарные навыки, установка механического нагнетателя не должна вызвать существенных трудностей. Примерное время установки — 8−10 часов. Все комплекты нагнетателей включают инструкцию по установке и настройке системы и полностью совместимы с оригинальным оборудованием автомобиля.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№4, февраль 2003).

Нагнетатель воздуха – оптимальный способ увеличить мощность!

На заре автомобилестроения инженеры решали вопрос увеличения мощности двигателей внутреннего сгорания, что называется, в лоб – увеличивали количество и размеры цилиндров. Однако практичность таких разработок даже во времена дешевой нефти была под большим вопросом. Нагнетатель воздуха позволил решить эту проблему своими руками.

1 Турбонагнетатели – с чем столкнулись инженеры?

Сложно это представить, но еще в 1909 году автомобиль с двигателем внутреннего сгорания установил рекорд скорости в 200 км/ч – достижение для тех времен невероятное. Еще сложнее представить объем двигателя, благодаря которому удалось разогнать авто до такой скорости – 28 литров! Даже речи быть не могло, чтобы запустить такие агрегаты в массовое производство, ведь их обслуживание своими руками было практически невозможным, ввиду огромных габаритов двигателя.

К счастью, дальнейшие разработки автомобильных инженеров велись в сторону уменьшения объема при сохранении мощностей, а также упрощения конструкции. Чтобы автомобиль стал массовым, следует дать возможность ремонтировать его своими руками – так размышляли первые автомобилестроители и были совершенно правы.

Благодаря появлению нагнетателя, удалось при сохранении всех параметров сходу увеличить мощность на целых 50 %! Сегодня опытному автомобилисту не составит труда своими руками установить одну из популярных систем турборежима.

2 Нагнетатель воздуха – как влить силы в двигатель?

С развитием автомобилестроения возникали и различные способы компрессии воздуха. Многие разработки уверенно дошли и до наших дней. Итак, разберемся, какие способы наддува существуют:

Как правило, такие системы серийно на автомобили не устанавливаются, что дает автолюбителям множество возможностей для тюнинга своими руками.

3 Механический турбонагнетатель воздуха – своими руками совершенствуем авто!

Наиболее эффективен режим турбо на впрысковых бензиновых двигателях. Моторы карбюраторного типа также могут работать с механическим нагнетателем, однако им необходима определенная доработка своими руками, в частности, установка жиклеров с увеличенным сечением и другие меры. В случае с инжекторным двигателем все сводится к новой прошивке.

Механический нагнетатель, работающий от коленвала двигателя, имеет несомненное достоинство – он работает абсолютно синхронно с агрегатом и в режиме турбо обеспечивает равномерную подачу воздуха в соответствии с оборотами мотора. Однако такое устройство будет отбирать для своей работы часть мощности движка.

Самыми распространенными вариантами построения механических нагнетателей, которые можно установить своими руками, являются три типа:

4 Турбонагнетатель – универсальный наддув своими руками

Как для бензиновых, так и для дизельных двигателей возможно применение турбонагнетателя. Это устройство представляет собой комбинацию компрессора и турбины, которая использует давление выхлопных газов для работы. Последнее устройство создает ряд проблем – турбина должна выдерживать высокие температуры и огромную скорость вращения, а значит, материалы для ее изготовления должны быть сверхпрочными. Некоторую часть нагрузки с турбины снимает компрессор, что и позволяет комплексу в целом справляться со своей задачей.

Недостаток устройства заключается в некотором запаздывании режима турбо – необходимо время, чтобы после нажатия на педаль турбина раскрутилась до нужного количества оборотов.

Впрочем, современные агрегаты решают и эту проблему, в основном благодаря наличию дополнительных нагнетателей. В отличие от турбонагнетателя, никакого запаздывания после нажатия на педаль в случае с электрическим компрессором вы не почувствуете – устройство, которое чаще всего комбинируют с центробежной турбиной, начинает работать уже на малых и средних оборотах, а турбина подключается на высоких. Электрический нагнетатель воздуха достаточно прост в реализации – никаких сложных систем и устройств для его установки не потребуется, так что усовершенствовать авто своими руками с его помощью вполне осуществимо.

Источник

Динамический наддув двигателя своими руками