Механический наддув

При механическом наддуве нагнетатель приводится в действие непосредственно от коленчатого вала двигателя. Как правило, оба агрегата жестко связаны друг с другом, например через ременный привод.

Механические нагнетатели можно разделить на три группы:

а. Роторно-поршнввые нагнетатели

К ним относятся нагнетатели типа «Рут» и Ванкеля в форме лопастных компрессоров и их модификаций. Винтовой компрессор, можно также отнести к этой группе. Ее важнейшими представителями являются нагнетатели Лисхольм и Sprintex, причем последний является слегка укороченным вариантом Лисхольм.

б. Спиральные нагнетатели

К ним относятся VW-G-нагнетатель, а также родственные нагнетатели с простейшей геометрией.

в. Механический центробежный нагнетатель

К этой группе относят ZF Turmat и его последующие модификации, которые сегодня прежде всего являются существенным компонентом рынка дополнительных агрегатов.

Поскольку нагнетатель приводится непосредственно от двигателя, то при механическом наддуве повышение частоты вращения рабочего вала нагнетателя происходит одновременно с повышением частоты вращения коленчатого вала двигателя. Соответственно при динамичной езде механический нагнетатель обеспечивает больший крутящий момент и лучшую приемистость, чем турбонагнетатель. Используя в приводе нагнетателя вариатор, можно улучшить также приемистость двигателя на средних нагрузках.

Если отсутствует избыточная мощность (порядка 10... 15 кВт для легкового автомобиля), необходимая для привода нагнетателя, то побочным эффектом указанных преимуществ может стать повышенный расход топлива. Этот недостаток компенсируется наличием в приводе нагнетателя специальной муфты, позволяющей отключать его при малых нагрузках. Другим недостатком нагнетателя являются его сравнительно большие размеры.

В качестве резюме можно выделить следующие преимущества и недостатки механического наддува перед турбонаддувом:

Преимущества:

- простота конструкции;

- относительно не дорог;

- уже при низких и средних частотах вращения двигателя создают высокое давление наддува;

- не высокий уровень шума;

- отсутствие помпажа;

- имеют свою систему смазки (не происходит дополнительного подогрева и старения основного масла);

- надёжность;

- возможность регулирования наддува;

Недостатки:

- потери мощности на привод;

- ниже КПД по сравнению с турбинами (нагнетатели Рут);

- повышенные нагрузки на привод;

- больший вес по сравнению с турбинами;

- ниже степень повышения наддува πк – 1,0…2,2 (нагнетатели Рут)

После Второй мировой войны среди компрессоров наступило затишье, так как постоянное усовершенствование «атмосферных» двигателей все больше и больше оттесняло на задний план задачи повышения мощности компрессоров, так что за 30 лет подобные разработки почти полностью исчезли с конструкторских; чертежей. И только в конце 70-х и начале 80-х стало появляться некоторое оживление в сфере разработок механических нагнетателей. Многие производители воодушевленные примером «G-нагнетателя» от VW, также решили пойти тем же путём и стали разрабатывать собственные разнообразные варианты нагнетательных агрегатов. Многие из них оказывались однодневными бабочками, но уже через ночь их новые версии вновь появлялись на испытательных стендах и так же, как и их безуспешные предшественники, вскоре снова демонтировались. Сейчас для нас представляют интерес только те агрегаты, которые по конструкции и принципу действия продолжили линейку давно известных и традиционных типов нагнетателей, например, нагнетатель типа «Рут» или лопаточный компрессор, и которые были разработаны с твердым намерением их будущего серийного производства через несколько лет. До сегодняшнего дня, собственно, дожили лишь нагнетатель типа «Рут» и винтовой компрессор. Они пошли в серийное производство в качестве надежных компонентов двигателя на заводах различных производителей.

В то время как различные варианты лопастного компрессора (среди которых, например, «Rotocharger» фирмы Bendix) уже на стадиях их разработки так и не приводили к успешным результатам, другие нагнетатели, напротив, сразу ждал успех и они (G-нагнетатель, Comprex), добравшись до серийного использования, были востребованы рынком. А некоторые другие были выпущены серийно только ограниченным тиражом (ZF Turmat.) и для своего возрождения активно подвергались дальнейшей модернизации. И на то, почему у механических нагнетателей, несмотря на столь оживленное вокруг них движение, в то время было слишком мало шансов, имеется много объяснений: выяснилось, что в будущем пространства под капотом двигателя будет становиться все меньше и что целый ряд других дополнительных агрегатов, например, сервонасос или компрессор кондиционера потребуют дополнительного «жизненного» пространства. К тому же стало ясно, что с повышением осознания уровня комфортности водителя все больше будут волновать такие аспекты, как шумы и динамические свойства автомобиля, и что при интересе к улучшению баланса исхода все больше и больше будет проявляться тенденция к снижению веса. И глядя со всех этих позиций на механический нагнетатель, выясняется, что не так уж он и блистает, да еще с учетом хорошего примечания: как в прошлом, так и в настоящем механические нагнетатели всегда были больше и тяжелее по сравнению с непобедимыми в этом отношении турбонагнетателями.

В зависимости от типа механический нагнетатель может иметь вес от шести до двенадцати килограммов. Его производительность, не важно, о каком типе нагнетателя идет речь, тесно связана с принципом его функционирования, а именно, пропусканием воздушной массы через свое собственное замкнутое пространство. Таким образом, производительность определяется только размерами или длиной агрегата. Прекрасным примером этого факта является используемый Мерседес и Ягуар нагнетатель типа «Рут»: небольшой 2,3-литровый двигатель Мерседес оснащен нагнетателем, который по диаметру ротора и длине меньше, чем у 4,0-литрового крупного \/8-двигателя Ягуар. И, наконец, механически приводимый нагнетатель - в зависимости от версии - более или менее подвержен сильной эмиссии шумов.