что такое суперчарджер в автомобиле
Суперчарджер
Суперчарджеры или механические нагнетатели являются сейчас одним из лучших средств для повышения мощности и тяги. В автомобилестроении эти устройства появились более 80 лет назад. Принцип работы суперчарджера достаточно прост. В двигателе внутреннего сгорания топливно-воздушная смесь засасывается в цилиндр, где сжимается поршнем и воспламеняется свечой зажигания. В результате взрыва поршень движется вниз, и процесс повторяется. Чем больше объём двигателя, тем больше топливно-воздушной смеси в него влезет, тем больше будут мощность и тяга. Суперчарджер нагнетает смесь в двигатель под давлением, увеличивая мощность и тягу, т.е. как бы увеличивая объём двигателя.
Виды суперчарджера
Существует несколько типов суперчарджеров с разной степенью эффективности, но принцип их действия практически одинаков. Все они приводятся в движение от коленвала с ремнём и содержат одну или несколько крыльчаток, которые, вращаясь, загоняют воздух в двигатель.
В настоящее время существует два вида суперчарджеров:
-с внутренней компрессией,
-с внешней компрессией.
Суперчарджер с внутренней компрессией сжимает входящий воздух изнутри самого себя, работая как компрессор.
Суперчарджер с внешней компрессией работает как обычный насос, просто закачивающий воздух в двигатель, нагнетатель Рутса. Раньше они были наиболее распространены, но сейчас стремительно набирают популярность суперчарджеры внутреннего типа. К этому типу относятся Paxton, Pro Chager. Винтовой нагнетатель Whipple также относится к этому типу.
Нагнетатель Рутса
В нём обычно 2 ротора. В полость между роторами и корпусом воздух по внешнему периметру корпуса попадает в нижнюю часть. Каждый ротор имеет 2 или 3 кулачка. Если придать роторам спиральную форму, 2-х кулачков будет недостаточно для нагнетания – суперчарджер не будет работать. Необходимо установить 3-ий кулачок. Кстати, на замерах мощности прямых 2-х кулачковых нагнетателей, никаких заметных отличий мощности найдено не было.
Суперчарджеры с внутренней компрессией — центробежные
При ровном давлении центробежный нагнетатель даёт больший прирост мощности, чем нагнетатель Рутса. Причина в том, что центробежный нагнетатель не так сильно нагревает воздух. С другой стороны, прирост мощности от центробежного суперчарджера пропорционален оборотам, а значит, он уступает нагнетанию Рутса на низких оборотах.
Одним из самых важных достоинств чарджеров с внутренней компрессией является их хорошая совместимость с инжекторами. Эти нагнетатели устанавливаются сбоку двигателя как компрессор кондиционера. Как правило, клапан тяги системы впрыска крепится на входе чарджера, а выход чарджера – на вход инжектора; Что касается их установки на Хот Роды, то следует отметить любопытную ситуацию: нагнетатель Рутса не собирается сдавать свои позиции. Суперчарджеры этого типа, чьё применение изначально и ограничивалось установкой на Street rod и ранние Street machine, и сейчас благополучно используются. Причина в том, что для установки centrifugal supercharger на Street rod придется прорезать боковую поверхность капота. К тому же на старых машинах контроль над выхлопом менее жёсткий и для них чаще всего выбирают именно Roots, не столько из-за эффективности, сколько из-за внешнего вида; Centrofugal Superchargers выпускаются разными компаниями.
Между тем, объединённые одной целью, они имеют различия. Paxton – центробежный суперчарджер, приводится в движение от коленвала ремнём, но у него есть одна внутренняя шарикоподшипниковая передача, позволяющая разгонять крыльчатку до 30000 об/мин. Недостаток – ограниченный диапазон нагнетания, т.к. при слишком большом давлении шарики начинают проскальзывать, что приводит к повреждению суперчарджера. Сейчас выпускается модель NOVI2000 со спиральной передачей. Спиральные шестёрки работают тише. Paxton утверждает, что нагнетание на этой модели – до 17 psi; Vortech появилась в начале 90-х и стала первым серьёзным конкурентом Paxton.
В суперчарджерах Vortech для внутренней передачи используются прямозубые шестерни. Их недостатком, особенно на холостых оборотах, является шум. Такие суперчарджеры увеличивают мощность в 1,5-2 раза, так как промежуточное охлаждение позволяет использовать больший напор.
✠ что такое supercharger
Многие пишут в личку что такое чарджер, что он дает, как работает и в чем отличия от турбины. Постораюсь написать максимально понятный пост.
Чарджер имеет другие названия ( суперчарджер, нагнетатель, чарг, компрессор)
Нагнетатели отличаются от турбин тем, что приводятся в действие ремнем от коленала ( ремень натянут на шкив нвгнетателя и коленвала)
Нагнетатели бывают трех видов
Рутсовые, центрефужные и системы лисхольм
Рутс сильно греют воздух и производительность не очень хорошая
Центрефужный нагнетатель доводьно популярен у немцев, по сути это турбина работающая от ремня и не имеющая горячей части
Лично я отдаю предпочтение чарджерам системы «лисхольм», эти сверла способны творить чудеса не сильно нагревая при этом воздух.
Почему чарджеры нагревают воздух?! В этом нет ничего необычного, турбины так же греют его…
Любое сжатие воздуха приводит к нагреву. Будь то турбина сжимающая крыльчаткой, будь то чарджер сжимающий воздух своими шнеками.
Чарджеры не требуют переделки выпускного коллектора но требуют довольно сложной переделки впускного
в то время как впуск турбины может собрать и ребенок.
Чарджер ремонтируется проще чем турбина и не нуждвется в постоянной подачи масла. Слабые места у нагнетателей это в основном муфта и подшипники, больше ломаться там и нечему.
Если правильно подобрать нагнетатель то можно добиться идеально ровного прироста сил без турбоям и прочего.
С турбиной проще закрыть капот, с компрессором это может быть весьма проблематично. т.к. он ставится в основном в развал мотора, хотя при желании можно вкорячить и вместо кондера или даже куда то сбоку если для этого есть пространство.
Как известно, турботачки охлаждают впускной сжатый воздух через интеркулера, такой трюк имеет место быть и в случае с нагнетателями, вариант довольно бюджетный и очень удобен если ставить чарджер с боку или вместо кондера. Есть так же более компактный но дорогой способ охладить впуск с компрессором, установив два вертикальных радиатора во впускном коллекторе
Тем кто выбирает между чаргом и турбиной нужно учитывать все вышеизложенное и понимать затраты.
Поставить на мотор комплект идеального чарджера, который будет тянуть с низов и до конца стоит не дешего.
Рассмотрим вариант надувки 0.6 на моторе 1uz vvti
Что потребуется:
Сам чарджер 112 ( цена в районе 35тр)
Радиаторы (цена 15тр)
Форсунки 3sgte последнего поколения (цена 15тр)
Мозги вемс или обит (цена 40тр)
Впускной коллектор ( мы делаем за 60тр)
Ремень( 3 тр)
Шкивы (10тр)
Фитинги, помпа, и радиатор внешний (цена 20 тр)
Итог 200 тысяч такова цена хорошего комплекта, но стоит лишь поднять планку и сразу попвдаем на шатуны, поршни и итон 122, а такой комплеут уже переваливает за пол млн
Турбина или суперчарджер?
Турбонаддув — это не что иное, как слово, обозначающее процесс работы центробежного нагнетателя с турбоприводом (который в России часто называют просто турбиной), имеющий своей целью увеличение объема вентиляции двигателя. Конечный результат сходен с результатом действия любого нагнетателя – увеличение массы потока воздуха к двигателю и связанный с ним прирост мощности. Мощность, как известно, напрямую зависит от того, сколько воздуха попадет в двигатель.
Принципиальная разница между турбонагнетателем и традиционным нагнетателем с механическим приводом (также, возможно, известным читателю под словом «суперчарджер») состоит в способе, которым он приводится в действие. Все нагнетатели по сути своей – насосы. Они качают воздух и все они, естественно, требуют какого-то источника энергии, чтобы выполнять эту свою функцию. Нагнетатели с механическим приводом (центробежные, винтового типа или объемные нагнетатели Рута) работают благодаря энергии, получаемой ими от коленвала через механическое соединение – ремень, зубчатую передачу и т.п. Турбонагнетатели же извлекают энергию для своей работы из того, что вообще-то предназначено для выброса наружу – из потока выхлопных газов. Забавно, но в итоге турбина, работающая на таком «отработанном материале», способна дать любому двигателю более высокий прирост мощности – просто потому, что она не требует дополнительных энергозатрат от этого самого двигателя.
Кстати, эти энергозатраты намного более высоки, чем многие думают. Возьмем, к примеру, механический нагнетатель, который теоретически добавляет к мощности двигателя 100 лошадиных сил. До этого он «скушает» 25-35 л.с. (если двигатель не очень объемный). Эта величина, кстати, зависит от КПД самого нагнетателя, но это уже тема для другой статьи 🙂 Так вот, «отъев» от поставляемой им самим мощности те самые 25-35 л.с., механический нагнетатель оставит двигателю соответственно только 65-75 «лошадей». В то же время турбина, которая раскручивается выхлопными газами, а никак не коленвалом, даст двигателю 90-95 л.с. дополнительной мощности. При этом, конечно, 5-10 «лошадей» тоже потеряются — из-за противодавления в выпускном тракте, — но масштаб все равно не тот, не правда ли? В итоге при прочих равных двигатель с турбонаддувом получит мощности на 30-40 процентов больше, чем тот же двигатель с механическим нагнетателем.
Однако многие считают работу турбонагнетателей некой «черной магией». Свою долю в восхищенное недоумение, которое кто-то наверняка испытывает перед турбинами, вносит распространенное заблуждение касательно того, что поток выхлопных газов от двигателя недостаточно силен для того, чтобы привести в действие нагнетатель (компрессор). Однако это не так. Энергетический потенциал выхлопа любого двигателя внутреннего сгорания огромен. Он почти равен тому, что передается через маховик. А все благодаря тому, что энергия горения в ДВС высвобождается почти в одинаковых долях тремя путями: вращение коленвала, выделение тепла и сила выхлопа. Эта последняя сила как раз и заставляет вращаться целые газотурбинные двигатели, что уж говорить о турбочарджерах (а они представляют собой те же ГТД, только маленькие, и используют двигатель внутреннего сгорания как топку). Хороший повод задуматься о том, сколько энергии мы тратим впустую, позволяя ей просто утекать в атмосферу, хотя она могла бы добавить нам немного дополнительных лошадей под капот 🙂
Теперь вспомним школьный курс математики и немного поупражняемся на гипотетическом драгстере, который, допустим, оснащен суперчарджером и имеет мощность в 1000 л.с. Предположим, 500 л.с. из этой тысячи получены как раз благодаря суперчарджеру. Немного отмотав текст назад и взяв оттуда соотношение 65/100, с которым механические нагнетатели выдают реальную прибавку к мощности, а потом разделив 500 на 0,65, мы получим 769 л.с. Именно такую мощность должен реально выдавать суперчарджер, чтобы двигатель получил в итоге 500 л.с. в плюс. А теперь посчитаем, сколько «лошадей» потребуется от турбины, чтобы получить такой же результат. Взяв выше соотношение 95/100, получим 526 л.с. Из этого следует, что двигатель с механическим нагнетателем должен вырабатывать мощность в 1269 л.с. (500 + 769), чтобы сравняться с турбированным двигателем мощностью в 1026 л.с. (500 + 526) – при прочих равных условиях, безусловно.
Впрочем, 35 л.с., которые теряет суперчарджер и 5 л.с., которые теряет турбонагнетатель – значения максимальные. Возьмем другое соотношение: 25 л.с. теряет суперчарджер и 10 л.с. – турбонагнетатель. Соотношение сил здесь все равно не в пользу механического привода. 1056 л.с. должен будет выдать турбодвигатель и 1167 л.с. – его собрат с суперчарджером. При этом турбодвигатель, к слову, намного меньше износится, что тоже порой имеет значение. (Примечание: все приведенные здесь соотношения, конечно, не идеально точны для двигателей внутреннего сгорания, но близки к реальности). Так что, подводя итог, можно сказать, что «черная магия» турбонаддува – не магия вовсе, а просто более эффективное использование энергии, которую выделяет двигатель. Однако пока изложенные выше вещи удалось донести до конструкторов и разработчиков моторов, прошли десятилетия – и это не преувеличение. Однако сейчас можно наблюдать огромную популярность турбонаддува. Значит, кто-то все-таки не побоялся «черной магии», что не может не радовать.
О зарядке дома. Про чарджеры и суперчарджеры. Европа vs США. И про расход ТОПЛИВА)))
Итак. Могу ошибаться в каких-то моментах, так что сразу не судите. Опять же — коротко о главном.
Теслы есть Американские и европейские.
Европейка
Завозят из европейских стран, чаще целые.
Задние желтые поворотники. Нормальные зеркала. Подогрев руля и задних сидений.
Отключение подушки пассажира в меню.
Навигация работает, не требуется рут и тп.
Вход такой
А теперь по точнее
Американская сеть 110в, так же у них есть 2х фазная на 240в.
Европейская 220в и 3х фазная 380в.
Американку будете заряжать дома использую Mobile charger(нужно будет самому сделать переходник или купить переделанную) или любую другую зарядку (например с переходником).
Можно заряжать током до 40А или около 9кВт.
НО! Подумайте, какая сеть может дать 9 кВт без просадки? У нас — это нереально.
В итоге тесла будет ругаться при просадке напряжения и отключать зарядку.
В реальности можно заряжать током 16-25А а то и меньше.
Но использую стабилизатор (не релейный), можно заряжать током до 40А.
При езде по городу до 80-100км в день, можно спокойно заряжать дома током 16А ночью по ночному тарифу и не парится.
Есть Wall charger — Дает ток до 80А тем машинам у которых 2 чарджера (под задним сидением).
Можно поставить второй чарджер если у вас 1.
Европейка в этом плане лучше. Так как имеет сразу 2 чарджера и может заряжаться от 3х фаз.
Еще
Можно заряжаться на зарядках Автоэнтерпрайза и других. Выходит дорого. Почти как на бензине ездить.
Обычные зарядные станции дают до 3кВт — вечность пойдет, пока вы ее зарядите.
Есть Chademo зарядные станции, они редкие, но с%ка мощные) дают ток 80-120А (в Украине).
Нужно использовать переходник — продается примерно за 500-600$
И о сладеньком)
В европе есть суперчарджеры на которых можно заряжаться большим током, еще и бесплатно (услуга бесплатных СЧ идет в придачу к тесле после покупки на какое-то время)
Американку можно переделать на европу, стоит от 3000$(цены разные и меняются)
Я же имею американку(или она меня)))) и заряжаю дома ночью по ночному тарифу. В меню выбирается время во сколько она начнет зарядку. Выбрал один раз после 24:00, выставил 16А и забыл. Она сама заряжается когда ей нужно или подогревает батарею.
АХ ДА, про расход…
У меня, как и многих других, расход летом около 200-300вт на 1 км. Зимой 250-450вт на 1 км.
Итого мой средний расход летом с фарами и климатом, при достаточно агрессивной езде (ну а как же не по нажимать тапку со светофора и на обгонах?))) Но без значительных превышений скоростного режима!
Внимание! — 250Вт.
Трачу около 23 копеек на 1 км или 23грн на 100км. На самом деле при зарядке, тесла немного больше тока потребляет на прогрев батареи и подобное, но не много — на 5%.
Так же ВАЖНО! Для увеличения срока службы батареи, производитель рекомендует заряжать ее не выше 80% и разряжать не ниже 20%. Ограничение на зарядку выбирается в меню и действует до следующего изменения.
К примеру: У меня выбрано 80%. Я выезжаю из гаража и батарейка 80%, покатаюсь, ставлю в гараж — батарейка не ниже 30-50%. Она ночью заряжается до 80% и отключается. И так каждый день.
Для далеких поездок можно зарядить до 100%, но ОЧЕНЬ желательно ехать сразу, чтоб это негативно не отразилось на химии батареи.
Опять же, возможно чтото не точно написал… Гуглите
Приседания мозгами: SuperCharger. Предварительные расчёты
ВНИМАНИЕ! CAUTION! ACHTUNG! ATTENTION!
Это запись содержит много формул, занудотства и прочей информации, которые могут повредить неподготовленый мозг читателя, особенно если вдруг он гуманитарий, и сделать ему болезненно скучно. Я предупредил.
Спасибо, что добрались до этого абзаца. Вы — смелый читатель. Ну, или надеетесь, что дальше эти девчонки будут на фото с меньшим количеством одежды.
Итак, этой записью я начинаю цикл (да-да, надеюсь это будет цикл) записок, посвященных умощнению Чижа.
Что я хочу? Увеличить мощность. ОК. Как двигатель внутреннего сгорания производит мощность? Он смешивает топливо с кислородом, сжимает и поджигает в определенный момент времени; горение продуцирует выхлопные газы, энергия которых толкает поршни, которые крутят коленчатый вал. Всё это дети проходят в средней школе на уроках физики. Есть ли у вас план по увеличению мощности, мистер Фикс? Да, у мистера Фикса есть план:
Power = P x L x A x N, где
P — Brake Mean Effective Pressure (BMEP), среднее тормозное эффективное давление, это среднее давление в камере сгорания, которое давит на поршень;
L — the length of the stroke, ход поршня;
A — the area of the bore, площадь цилиндра;
N — the number of putts in one minute, количество ходов поршня в минуту умноженное на количество поршней
Значения каких переменных можно изменить в формуле, чтобы увеличить мощность? L, A, N — это другой двигатель, это свап на двигатель бОльшего объема и/или с бОльшим количеством цилиндров и/или с бОльшими оборотами до отсечки. Многие идут по этому пути, но мне он не подходит. Остается P. Это значит нужно утрамбовать в цилиндры больше топливо-воздушной смеси и поджигать ее для создания бОльшего давления. Утрамбовать значит сжать, значит КОМПРЕССОР.
С этим разобрались.
Установка наддува на атмосферный мотор — это вам не фунт изюма. Это полновесная инженерная задача. Это не просто что-то там приколхозить, дунуть 0.2 Бар избытка и надеяться, что ЭБУ автомобиля обсчитает избыточное давление и правильно подготовит топливо-воздушную смесь. Сразу нет. Для новичка, который этим никогда не занимался — это настоящий челлендж, это возможность узнать новое, вспомнить старое, применить все на практике, быть сразу и проджект-менеджером, и механиком, и программистом, и электронщиком, и настройщиком, и пилотом-испытателем. Короче, должно быть интересно.
Сразу предупрежу: ввиду того, что я — упоротый прокрастинатор, проект имеет все шансы стать долгостроем, но, по этой же причине, у него много шансов быть успешно законченным.
Обычно проекты начинаются с постановки задачи. Что имеем, что хотим получить в результате. Потом нужно выбрать средства и способы для получения этого результата. Например, имеем двигатель N лошадиных сил, хотим получить M с использованием какого-либо компрессора. Исходя из этого выбирается тип нагнетателя и его производительность. Но, этот шаг в расчетах пропускается, ибо у Vshivkov куплен суперчарджер из Greddy supercharger kit. Только компрессор Eaton MP45 с впускным коллектором, с уменьшенным шкивом, без натяжных роликов и дополнительного компьютера пигги-бэк Greddy e-Manage Ultimate. Недостающие части надо будет доукомплектовать. Купил именно такую штуку, а потому вопросы о том, что, мол, турбокомпрессор или ременной компрессор центробежного типа более эффективны, отпали сами собой. А какую прибавку к мощности можно получить с помощью купленной железяки вот и прикинем.
За основу для получения новых теоритических знаний я взял книгу Корки Бэлла «Supercharged!», кое-что искал интернете.
Ближе к делу. Основная формула для получения мощности «надутого» двигателя такая:
Estimated power = stock power x pressure ratio x density ratio x volumetric efficincies ratio x drive power efficiency
Теперь подробнее про каждый компонент формулы.
stock power
Тут всё просто. Это исходная мощность мотора.
pressure ratio
Коэффициент давления. Показывает во сколько раз новое индуцированное давление больше атмосферного. Связан с бустом вот так:
PR = Pboost / Patm = (14.7 psi + boost) / 14.7 psi
density ratio
Относительная плотность воздуха.
density ratio = original absolute temperature / compressed air absolute temperature
О! Вот тут интересно. Есть такой термодинамический факт, что при сжатии водуха для утрамбовывания его молекул в определенном объеме этот самый воздух нагревается. При этом, если воздух разжать обратно, то его объем будет меньше исходного из-за произошедшего нагрева. Эти метаморфозы описывает адиабатический процесс. Смысл простой – при увеличении давления газов, увеличивается температура.
T1 — исходная абсолютная температура воздуха, T2 — абсолютная температура воздуха после сжания;
P1 — исходное давление воздуха, P2 — давление воздуха после сжания;
K — показатель адиабаты. Для сухого воздуха K = 1.4;
^ — значок возведения в степень
Можем посчитать температуру сжатого идеальным компрессором воздуха. Если P1 — атмосферное давление, то P2/P1 = PR, а значит:
Наш MP45 далеко не идеальный и сам здорово дополнительно нагревает воздух — это слабая сторона компрессоров roots. Его температурный КПД около 0.54, т.е. мы T2 должны дополнительно поделить на 0.54. А вообще температурный КПД мы не знаем, но у нас есть график зависимости изменения температуры сжатого воздуха delta T в зависимости от оборотов шкива компрессора и производимого избыточного давления.
Вообще, этот нагрев воздуха просто без ножа режет значение выходной мощности. Именно поэтому важно сделать density ratio как можно больше. Даже можно получить больше 1 при определенных условиях. Для этого нужно охладить сжатый воздух на температуру Tdrop. Плюс ко всему мотор — тоже компрессор, он сжимает воздух и нагревает его своим коэффициентом сжатия (Compression ratio, CR). Если воздух греют и мотор и компрессор, то вот к нам и стучится детонация. Knock-knock engine, it’s me. Детонация — это самопроизвольное воспламенение топливо-воздухной смеси. Губит мотор очень быстро. Чтобы снизить вероятность детонации, необходимо выполнялнение такого условия: сумма температур, созданных сжатием двигателя и компрессора, не должна превышать магическую величину 1075 градусов Ранкина или 324 градуса Цельсия:
Tsc + Tcr 
Короче, ну её эту писанину. Самое главное: результаты и выводы.
По моим расчетам можно сделать 0.6 Бар избыточного давления и получить около 142 лошадиных сил выходной мощности при 6500 rpm из исходных 91. По-моему, это совсем неплохо! Но только при использовании какого-либо интеркулера, который сможет опустить температуру воздуха после компрессора на 89 градусов Цельсия. Возможно в реальности значения будут лучше.
Без использования интеркулера воздух мгновенно перегревается. В Greddy люди, конечно, авторитетные, но я не могу понять (наверное из-за своего скудноумия) как их кит работает без охлаждения. Возможно требуется использование супер-богатой смеси, когда всё просто заливается бензином, который охлаждает камеру сгорания.
Вот и посчитали. Про охлаждение в другой раз. Если кто заметит ошибки в формулах или расчетах, пишите в комментариях.