После появления первых ДВС главной задачей конструкторов и инженеров с самого начала стало повышение производительности силовой установки. Другими словами, основной целью является увеличение мощности двигателя. Как известно, самым простым способом становится решение физически увеличить рабочий объем двигателя и количество цилиндров. Двигатель «засасывает» из атмосферы больше воздуха, в результате можно сжигать больше горючего.
При этом такие силовые агрегаты с увеличенным рабочим объемом большие по размерам и весу, их дорого производить, не всегда удается разместить такой мотор в подкапотном пространстве компактного легкового спортивного авто и т.д. Еще одним способом увеличения мощности двигателя является постройка такого агрегата, который будет «выдавать» необходимую мощность и крутящий момент без увеличения объема камеры сгорания.
Решить задачу позволяет принудительное нагнетание воздуха в цилиндры под давлением. Для нагнетания воздуха на многих ДВС используется турбонаддув, еще одним решением является компрессор (нагнетатель механический). В этой статье мы рассмотрим, как устроен и работает автомобильный компрессор на двигатель, а также какие плюсы и минусы имеет компрессорный двигатель.
Читайте в этой статье
Начнем с того, что установка компрессора (нагнетателя) во впускной системе двигателя позволяет добиться подачи нужного количества воздуха для сжигания большего количества топлива. Если просто, компрессор-устройство, которое способно создать на выходе давление, которое будет больше атмосферного.
С этой задачей справляются как обычные механические нагнетатели, так и турбокомпрессор. При этом главным отличием турбонагнетателя от компрессора является то, что турбокомпрессор раскручивается за счет выхлопных газов, в то время как механический компрессор приводится от коленвала двигателя.
Читайте также
Атмосферный двигатель внутреннего сгорания осуществляет забор воздуха снаружи в тот момент, когда поршень в цилиндре движется вниз и создается разрежение, в результате чего воздух засасывается в камеру сгорания. Количество поступающего воздуха физически ограничено рабочим объемом, который имеет цилиндр и камера сгорания. После этого воздух смешивается с топливом в определенных пропорциях, после чего заряд (топливно-воздушная смесь) сгорает в цилиндрах.
Казалось бы, чтобы увеличить мощность мотора, нужно подать больше топлива, однако на самом деле это не так. Если просто, избыток топлива приведет к тому, что без соответствующего количества воздуха горючее не будет эффективно сгорать. Получается, чтобы сжечь больше топлива, нужно одновременно подать большее количество воздуха.
Если учесть, что объем двигателя не меняется, тогда воздух нужно подавать принудительно под давлением. Это и есть главная задача компрессора. Компрессоры создают давление во впуске, нагнетая воздух в цилиндры. В этом случае остается только впрыснуть больше топлива, после чего такая смесь эффективно горит и отдает энергию поршню. На практике, нагнетатель способен поднять мощность мотора на 35-45%, отмечается около 30% процентов прироста крутящего момента по сравнению с точно таким же атмосферным аналогом.
Как уже было сказано выше, механические компрессоры приводятся в действие от коленчатого вала. Чаще всего для этого используется приводной ремень. Что касается компрессора, в его основе лежит ротор, который создает давление воздуха.
При этом компрессор должен вращаться быстрее коленвала ДВС. Для этого ведущая шестерня изготавливается большей по размеру, чем шестерни компрессора. Компрессор вращается с частотой около 50 тыс. об/мин., поднимая давление PSI с 6 до 9 до дюймов на квадратный дюйм. С учетом того, что атмосферное давление составляет около 14.7 фунтов на квадратный дюйм, компрессор увеличивает подачу воздуха фактически в половину.
Добавим, что воздух, нагнетаемый под давлением, сильно сжимается и нагревается, теряя свою плотность. Простыми словами, чем меньше плотность, тем меньшее количество воздуха получится подать в цилиндры. Чтобы увеличить количество воздуха, его дополнительно следует охладить перед подачей во впуск.
За охлаждение отвечает интеркулер, который бывает воздушным и жидкостным. Интеркулеры представляют собой радиатор, куда попадает горячий сжатый воздух после выхода из компрессора для охлаждения.
Механические компрессоры, которые устанавливаются на двигатель внутреннего сгорания:
Основные отличия заключаются в том, как реализована подача воздуха. Компрессор роторный и двухвинтовой имеют в своем устройстве разные типы кулачковых валов. Центробежный нагнетатель оборудован крыльчаткой, которая затягивает воздух вовнутрь. Также отметим, что в зависимости от размеров и типа нагнетателя напрямую зависит его эффективность.
Эффективность такого решения выше, однако стоимость нагнетателя боле высокая, конструкция сложнее и менее ремонтопригодна. Также двухвинтовой компрессор шумный, необходимо глушить характерный свист выходящего под давлением воздуха при помощи дополнительных решений.
Чтобы поднять давление, воздух проходит через диффузор. Указанный диффузор представляет собой лопатки, расположенные вокруг крыльчатки. В результате поток воздуха после прохождения через диффузор начинает двигаться с малой скоростью, но уже под высоким давлением. Такой компрессор самый эффективный, легкий и небольшой по размерам. Их можно установить перед мотором, а не на двигателе сверху.
Итак, начнем с очевидных плюсов. Прежде всего, это увеличение мощности двигателя. Также следует выделить относительную простоту и дешевизну монтажа с минимальными переделками впускной системы по сравнению с установкой турбонаддува. Еще следует выделить отсутствие турбоямы благодаря прямой связи механического нагнетателя с коленвалом.
При этом компрессоры в зависимости от типа могут демонстрировать разную эффективность. Одни дают ощутимый прирост мощности на «низах» (коленвал вращается с небольшой частотой), тогда как другие увеличивают мощность на средних и высоких оборотах. Как правило, роторный компрессор и двухвинтовой рассчитан на низкие обороты, центробежные компрессоры хорошо работают на высоких.
Рекомендуем также прочитать статью о том, как устроен турбонаддув. Из этой статьи вы узнаете об устройстве турбины и принципах работы данного решения, а также какую мощность обеспечивает турбина на двигателе. Также установка компрессора означает, что двигатель начинает испытывать более высокие нагрузки. Такой мотор должен быть изготовлен с использованием рассчитанных на такие увеличенные нагрузки частей, что позволяет реализовать необходимый запас прочности.
В результате изготовление такого ДВС получается более затратным, автомобиль с компрессором стоит изначально дороже атмосферных версий. Еще нужно учитывать, что компрессор также нуждается в обслуживании, что увеличивает общие расходы на содержание ТС.
Как видно, механические нагнетатели являются одним из доступных и экономически обоснованных способов увеличения мощности атмосферного мотора. Как правило, данное решение остается востребованным в различных видах автоспорта, при создании уникальных проектов, во время постройки эксклюзивных спортивных авто и т.д.
Производители компрессоров часто предлагают готовые «киты» под ключ, что позволяет быстро установить компрессор на конкретную модель автомобиля с минимальными доработками. Для любителей тюнинга и форсирования двигателя такое решение во многих случаях более оправдано по сравнению с установкой турбонаддува на атмосферный мотор.
Напоследок отметим, что также можно встретить моторы, на которых одновременно установлена турбина и компрессор. Хотя практическая реализация достаточно сложна в техническом плане, такой подход позволяет добиться максимальной отдачи от устройств с учетом разных режимов работы ДВС и избавить двигатель от присущих данным технологиям недостатков, взятых по отдельности.
Например, успешно реализованная связка компрессор + турбина вполне способна заставить двигатель работать таким образом, когда компрессор обеспечивает нужную тягу «на низах», убирая турболаг (турбояму), затем после раскручивания двигателя подключается турбина. Практической реализацией такой схемы является двигатель Volkswagen 1.4 TSI.
Читайте также
krutimotor.ru
После того как я описал «форсировку» двигателя. Многие начали мне задавать вопрос о приводном компрессоре или нагнетателе воздуха. Ведь его реально можно поставить на наш родной ВАЗ. Сегодня я хочу рассказать про это устройство более подробно, а именно как он работает и можно ли его установить своими руками …
ОГЛАВЛЕНИЕ СТАТЬИ
Вообще идея компрессоров стара как мир. Еще в 1900 годах предлагались такие устройства, чтобы увеличить мощность двигателя, по средствам нагнетания дополнительного воздуха в цилиндры. Давайте выведу небольшое определение.
Приводной компрессор (или нагнетатель) – это узел который устанавливается на двигатель автомобиля, создает дополнительное нагнетание воздуха в камеры сгорания, что при небольшой переделки впрыска топлива дает дополнительную мощность, иногда до 30%.
Если сказать простыми словами, что получается – чудес, как говорится не бывает, если хотите увеличить мощность значит нужно сжигать больше топлива, однако чтобы его эффективно окислять ему нужно больше кислорода. Если утрировать этим то и занимается компрессор. То есть вы увеличиваете подачу топлива, например — ставите новую прошивку в ЭБУ, устанавливаете компрессор и получаете – мощность. Все просто.
Если кратко, то сейчас есть много конструктивных разновидностей компрессоров. Одни работают используя энергию отработанных газов (ТУРБО), другие — используя привод (НЕ ТУРБО). Именно про вторые мы сегодня и будем говорить. Кстати что лучше турбина или компрессор можете почитать по ссылке.
Если разобрать конструкцию таких узлов, то можно выявить определенное сходство строения. А именно такие компрессоры работают от привода, который не требует вмешательства в штатные системы двигателя, а именно в смазку и систему отработанных газов, что очень важно! Такая конструкция действительно очень проста – устанавливается прямая связь с «коленвалом», что позволяет отлично взаимодействовать двигателю и нагнетателю, при разгонах. То есть чем выше обороты, тем быстрее вращается «коленвал», а соответственно раскручивает нагнетатель! Благодаря такому взаимодействию практически нет такого явления как «турбояма». Также дополнительным плюсом можно отметить отсутствие работы при больших температурах, как у ТУРБО вариантов, а это значит, что ресурс намного увеличивается – ведь здесь не нужно остывать «турбине», то есть не обязательны «турботаймеры» или «бустконтроллеры», просто глушим машину и работа прекращается. Сайт autoflit.ru рекомендует действовать точно также. Кому интересно заходите.
Настало время поговорить про устройства именно «приводных версий». Сейчас различают всего три вида: — это роторные, винтовые и центробежные. Первые два варианта нагнетают воздух при помощи определенных цилиндрических роторов или «лопастей», последний работает как кулер, то есть нагнетает лопастями.
Компрессоры, которые применяются достаточно широко. Основной плюс это средняя цена, большой строк службы, высокая частота подаваемого воздуха, плавность и стабильность работы, быстрый отклик на частоту вращения коленчатого вала.
Воздух в этой системе не сжимается, он как бы заходит внутрь, а дальше в двигатель его нагнетают лопасти, которые сделаны в виде ротора. Поэтому они получили название – компрессор с внешним сжатием. Минусом является то, что при повышении давления на впуске, падает КПД.
Строение чаще всего состоит из двух роторов, на впускном и выпускном окне, смотрим фото. Располагаются они поперечно.
Недостатками этой конструкции можно назвать:
1) КПД зависит от зазоров между валами и другими деталями.
2) Самый большой нагрев из всех других типов.
3) Сильный шум и вибрацию валов.
4) Не особо сильное давление около 0,7 бара максимум.
Если подвести итог становится понятно, что этот тип далек от идеала. Некоторые могут задать вопрос — а почему лопасти винтовые? Тут есть две причины, первая это повышения давления воздуха и вторая уменьшения шума (хотя помогает мало).
Это более совершенная и надежная конструкция нагнетателя. Принцип работы здесь также прост – сжатие происходит за счет изменения объема полостей между корпусом и винтами вращения (своеобразными роторами). Воздух здесь движется диагонально. Большими плюсами этого варианта является высокое КПД до 85%, а также большое давление воздуха (от 1 бара в выше), достигается это большими оборотами иногда до 12 000 об. Именно из-за этого можно сделать корпус более миниатюрным. Нужно сказать этот вариант из-за надежности и небольшого корпуса часто используется на гоночных автомобилях.
Минусами можно назвать только сложное строение и ремонт, что увеличивает цену конечного продукта. Если такой приводной компрессор выходит из строя, то нужно ремонтировать на специализированых станциях, желательно производителя.
Как видно на конструкции два ротора, с зубчатыми спиральными зубьями. Их профили полностью соответствуют друг другу при соприкосновении, что делает конструкцию очень надежной.
Самые распространенные на двигателях внутреннего сгорания, работают при помощи так называемых лопастей или «лопаток». Если сравнить их двумя предыдущими, то этот тип самый компактный из всех, а также он прост в технологии изготовления, что удешевляет его конечную стоимость. Зачастую его могут путать с ТУРБО вариантом (который работает от выхлопных газов), из-за схожей конструкции, однако это совсем неправильно, это два совершенно разных устройства.
Принцип строения – состоит из входной части, рабочей (лопасти-лопатки) и диффузора, который может быть как лопаточный, так безлопаточный. Обязателен, для установки и воздухозаборник, сделанный в виде «улитки».
Воздух пройдя через специальный фильтр (кстати, также обязателен, иначе вся пыль будет внутри двигателя), попадает в специальный вход которое постепенно сужается (для минимальных потерь воздуха при подводе), далее следует к колесу. Рабочее же колесо устанавливается на специальном креплении, однако бывали случаи, когда размещалось и на самом валу. Далее через механическую передачу (привод), связывается с коленвалом.
Такие варианты самые распространенные на наших отечественных авто (в частности ВАЗ). Берут их за долговечность, небольшую цену, универсальность и компактность.
Минусами таких компрессоров является – низкий КПД при малых оборотах, зато на высоких мощность двигателя может вырасти до 30% от номинала. При оборотах от 4000, давление может достигать 0,5 – 0,6 бара.
Что и говорить, в основном наш отечественный рынок состоит из продукции АвтоВАЗ, именно с него начинают молодые «тюнеры», поэтому самый распространенный вопрос – а можно ли установить на ВАЗ?
Конечно можно, причем последний — центробежный тип зачастую уже идет полным комплектом, для установки именно на наши автомобили, то есть так называемый «КИТ набор».
Монтирование системы достаточно простое. Однако для начала нужно установить увеличенную прокладку между блоком и головкой блока. Так советует производитель. Далее утрированная схема подключения:
1) Настраиваем фильтр воздухозаборника.
2) Крепим корпус на кронштейн
3) Подключаем приводу коленвала.
4) Закрепляем приводной ремень
5) Пользуемся.
Сейчас небольшое видео для понимания.
Что можно добиться — как я писал выше, на высоких оборотах давление может достигать 0,5 — 0,6 бара. Если правильно настроить впрыск топлива прошить ЭБУ, либо перенастроить карбюратор, то можно добиться 30% на верхах! Это очень существенно.
На этом буду заканчивать, думаю моя статья была вам полезна.
avto-blogger.ru
Компрессором называют любое приспособление, которое предназначено для сжатия и подачи воздуха, а также других газов под давлением. Где используется это устройство?
Автомобильные инженеры, создатели гоночных авто и просто любители скорости все время работают над увеличением мощности двигателей. Одним из способов ее увеличения есть строительство мотора большого внутреннего объема, но большие двигатели много весят и кроме того затраты на их производство и содержание очень высоки.
Фото. ProCharger D1SC – центробежный компрессор
Второй способ увеличения интенсивности двигателя — это создание агрегата стандартного размера, но более эффективного в использовании. Более эффективной отдачи можно добиться при нагнетании большего объема воздуха в камеру сгорания, которое позволяет подать в цилиндр больше топлива, а значит достичь большей мощности за счет высокого давления и соответственно сильного выброса газа. Именно компрессор, который также называют нагнетателем, позволяет усилить подачу воздуха и увеличить мощность двигателя.
Кроме компрессора существует еще турбокомпрессор. Отличия между этими двумя устройствами состоят в способе извлечения энергии. Обычный компрессор приводится в действие энергией, которая передается от коленчатого вала мотора через ременный или цепной привод механическим путем. Что касается турбокомпрессора, то она работает благодаря сжатому потоку выхлопных газов, вращающих турбину.
Для того чтобы понять как работает данный механизм, рассмотрим схему работы обычного четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. С движением вниз поршня создается разрежение воздуха, который под действием атмосферного давления поступает в камеру сгорания. После поступления воздуха в двигатель он объединяется с топливной смесью и создает заряд, который можно трансформировать в полезную кинетическую энергию в результате горения. Горение создает свеча зажигания. Как только происходит реакция окисления топлива, выбрасывается большой объем энергии. Сила этого взрыва приводит в движение поршень, а сила этого движения поступает на колеса, заставляя их вращаться.
Более плотный поток топливно-воздушной смеси в заряд будет создавать более сильные взрывы. Но стоит понимать, что для сжигания конкретного количества топлива требуется определенное количество кислорода. Правильным считается соотношение: 14 частей воздуха к 1 части атмосферного воздуха. Эта пропорция имеет очень большое значение для эффективной работы силового агрегата автомобиля и выражает собой правило: «для того чтобы сжечь больше топлива нужно подать больше воздуха».
В этом и состоит работа компрессора. Он сжимает воздух на входе в двигатель, позволяя наполнять двигатель большому его количеству и создавать повышение давления. Вместе с этим в двигатель может поступать большее количество топлива, вызывая увеличение мощности. В среднем компрессор прибавляет 46% мощности и 31% крутящего момента.
Механический нагнетатель запускается с помощью приводного ремня, обернутого вокруг шкива, который подключен к ведущей шестерне. Ведущая шестерня привод в движение шестерню нагнетателя. Ротор компрессора впускает воздух, сжимает его и вбрасывает во впускной коллектор. Скорость вращения компрессора составляет 50 — 60 тысяч оборотов в минуту. В результате нагнетатель увеличивает подачу воздуха в двигатель машины примерно на 50%.
Так как горячий воздух сжимается, он теряет свою плотность и не может сильно расшириться во время взрыва. В этом случае он не может отдать столько же энергии, сколько производится при возгорании свечой зажигания более прохладной топливно-воздушной смеси. Можно сделать вывод, что для того чтобы нагнетатель работал с максимальной отдачей сжатый воздух на выходе из устройства должен быть охлажден. Процессом охлаждения воздуха занимается интеркулер. Горячий воздух охлаждается в трубках интеркулера с помощью холодного воздуха или холодной жидкости, в зависимости от вида механизма. Снижение температуры воздуха, увеличивая его плотность, делает сильнее заряд, который поступает в камеру сгорания.
Компрессоры бывают трех видов: двухвинтовые, роторные и центробежные. Основное отличие между ними состоит в способе подачи воздуха во впускной коллектор автомобильного двигателя.
Двухвинтовый нагнетатель состоит из двух роторов, внутри которых циркулирует воздух. Эта конструкция создает много шума в виде свиста сжатого воздуха, который приглушают специальными методами шумоизоляции двигателя.
Фото. Двухвинтовой компрессор
Роторный нагнетатель расположен, как правило, в верхней части автомобильного двигателя и состоит из вращающихся кулачковых валов, которые перемещают атмосферный воздух во впускной коллектор. Он имеет большой вес и значительно утяжеляет вес транспортного средства. Кроме того, воздушный поток в данном виде компрессора имеет прерывистую структуру, что делает его наименее эффективным по сравнению с другими видами компрессоров.
Фото. Роторный компрессор
Центробежный нагнетатель — наиболее эффективен для принудительного повышения давления внутри двигателя машины. Он представляет собой крыльчатку, вращающуюся с огромной силой и нагнетающую воздух в небольшой корпус компрессора. Центробежная сила выталкивает воздух к краю крыльчатки, заставляя его с огромной скоростью покидать ее полость. Маленькие лопатки, расположенные вокруг крыльчатки преобразуют высокоскоростной поток воздуха с низким давлением в низкоскоростной поток с высоким давлением.
Фото. Центробежный компрессор
Основным достоинством компрессора является, естественно, увеличение мощности двигателя транспортного средства. Эксперты считают механические нагнетатели несколько лучше турбированных, потому что двигатели, оборудованные ими, не имеют задержки реакции в ответ на нажатие водителем педали газа, потому что механические компрессоры приводятся в движение непосредственно от коленчатого вала двигателя. Турбокомпрессоры в свою очередь подвержены отставанию, так как выхлопные газы набирают скорость нужную для раскручивания турбин лишь после истечения некоторого времени.
Так как компрессор запускается с помощью коленчатого вала мотора, это немного уменьшает мощность силового агрегата. Компрессор увеличивает нагрузку двигателя, поэтому последний должен быть крепким настолько, чтобы выдерживать сильные взрывы в камере сгорания. Современные автопроизводители учитывают это условие и создают более сильные узлы для моторов, предназначенных для работы в паре с компрессором, что повышает стоимость автомобиля, а также стоимость его технического обслуживания.
В целом нагнетатели — это наиболее эффективный способ добавить двигателю транспортного средства лошадиных сил или мощности другими словами. Компрессор может добавить от 50 до 100% мощности, поэтому его часто устанавливают на свои авто гонщики и приверженцы высокоскоростной езды.
qvarto.ru
Всем известно, что мощность атмосферных двигателей внутреннего сгорания сильно зависит от рабочего объема. Также мощность ограничена физическим размером двигателя. Если говорить простыми словами, то атмосферные моторы затягивают воздух с улицы посредством разрежения, возникающего в результате движения поршней в цилиндрах. При этом от количества воздуха зависит и количество топлива, которое в дальнейшем сгорит. Чтобы повысить мощность атмосферных двигателей, необходимо увеличивать рабочий объем, но можно также поступить проще – установить компрессор для двигателя.
Так, мощность вырастет за счет подачи в камеры сгорания воздуха под определенным давлением. Объем цилиндра и число камер сгорания можно не увеличивать. Воздух будет нагнетаться внутрь двигателя в принудительном порядке, что автоматически увеличит количество горючего в топливной смеси. Такой заряд сгорит с максимальной отдачей. Это не что иное, как наддув.
Для технической реализации наддува используют системы турбонаддува и механические компрессоры для двигателя. Каждое решение имеет свои недостатки и преимущества. При этом нагнетатель механического типа можно установить даже своими руками на любой атмосферный двигатель автомобиля.
Впервые идея принудительной подачи в двигатель большего количества воздуха посредством энергии вращения появилась в светлой голове Готтлиба Даймлера в 1885 году. Затем в 1905 году Альфред Бюхи, австриец, запатентовал аналогичное решение, работающее на мощности выхлопных газов. Однако, прежде чем это смогли реализовать, прошло немного времени. Первая машина, оснащенная механическим компрессором для двигателя, появилась лишь в 1921 году.
Тогда необходимо было решить проблему потери мощности при наборе высоты. Этой первой машиной оказался "Мерседес-Бенц". Конкретную модель история умалчивает. Затем технология наддува нашла применение в грузовых автомобилях и в грузоперевозках в целом. Дополнительная мощность была очень кстати на дизельных силовых агрегатах судов и поездов. Легковой автомобиль, на который впервые был установлен принудительный нагнетатель, – Oldsmobile Jetfire с V8 на 215 лошадиных сил.
К наддувам, а под этим стоит понимать только механические схемы, относят компрессор с механическим приводом и турбокомпрессор. Приводные нагнетатели чаще всего устанавливаются вдоль блока цилиндров на рядных двигателях. На V-образных блоках компресс можно обнаружить в развале между половинками мотора. Такой компрессор для двигателя приводится в действие посредством приводного ремня, а крутящий момент отбирается от коленчатого вала. Воздух прессует двумя винтовыми роторами или же крыльчаткой. Устройство популярных моделей компрессоров мы рассмотрим позже.
Что касается турбины, то она приводится в действие за счет выхлопных газов, которые вылетают из камер сгорания под высоким давлением. Эти газы и заставляют вращаться крыльчатку турбины. Чаще всего турбокомпрессор установлен за выпускным коллектором. В некоторых моделях группы VAG ("Фольксваген", "Ауди" и "Шкода") турбина является часть компрессора.
Отдельно стоят и электрические компрессоры на атмосферный двигатель. Их преимущество в том, что нет отбора мощности от двигателя и при работе отсутствует турбояма, характерная для турбокомпрессоров, так как он приводится в действие от электрического двигателя. Но эта схема пока провоцирует массу вопросов.
Также имеются и безагрегатные системы наддува. Это повышение давления на впускном тракте за счет скорости движения воздуха и особой формы и размеров воздушных патрубков. Избыточное давление – это дополнительная мера повышения мощности для атмосферных моторов. Такая схема реализована в автомобиле "Панамера GTX" от "Порше".
В этой группе можно выделить такие решения, как компрессор Рутса, Линсхольма, а также центробежный компрессор. Рассмотрим их устройство и особенности.
Все виды приводных нагнетателей объединяют общие преимущества. Это простота: установить компрессор на двигатель смогут даже люди, далекие от тюнинга. Также приводные конструкции эффективны на различных оборотах коленчатого вала. В них нет турбоямы, которая является особенностью турбин.
Недостатком считается то, что крутящий момент отбирается от двигателя. Мотор теряет мощность, на него повышается нагрузка. Однако после монтажа можно ощутить прирост мощности до 46 процентов.
Сейчас на авто можно встретить это решение. Например, такой компрессор двигателя на «Мерседес» в 230-м кузове. Он практически не менялся со времен изобретения. Два ротора, вращающихся навстречу друг другу с двумя, тремя или четырьмя лопастями подают воздух непосредственно во впускной коллектор двигателя, создавая в нем давление. Из коллектора воздух подается уже в камеры сгорания.
Эти устройства работают немного на другом принципе. Так, в одном корпусе располагаются два винта, имеющих сложную форму.
Они также вращаются навстречу друг другу. Винты за счет особенностей захватывают воздух и доставляют его к выпуску, одновременно сжимая. Мощность и производительность этих моделей значительно выше, чем характеристики роторных решений. Компрессор не создает турбулентности воздушных потоков на высоких оборотах двигателя.
И первый, и второй варианты функционируют без дополнительных смазочных материалов. Смазаны только подшипники на валах. Корпус, вращающиеся элементы разделяются между собой небольшими зазорами. Поэтому нет нужды и в охлаждении компрессора после того, как двигатель остановится.
Вращение валов синхронизируется при помощи шестеренчатой передачи от ведущего вала. Он соединен ремнем с коленчатым валом. Далее крутящий момент передается на ведомый. Так добиваются высокой точности работы без сильного трения и перегревов.
В конструкции имеются лишь один-единственный вал. На нем надежно установлена крыльчатка. Когда она вращается, то захватывается поток воздуха из центра и отбрасывается по периметру. Далее воздушный поток поступает в специальный напорный патрубок. Это позволяет сделать компрессор с минимальными размерами, небольшим весом и высокой производительностью.
Конструкция такого нагнетателя также предельно простая. На одном валу установлены крыльчатки. Каждая из этих двух крыльчаток вращается в своем отдельном корпусе. Одна из них вращается за счет потока выхлопных газов. Вторая, связанная с первой, вращается и сдавливает воздух во впускной тракт. Чем выше обороты коленчатого вала, тем выше мощность компрессора.
Особенность в том, что здесь имеется зависимость оборотов турбины не от частоты вращения коленчатого вала, а от силы потока выхлопных газов. Здесь есть связь с так называемой турбоямой – это задержка реакции срабатывания турбины при нажатии на педаль газа. Внешне – это секундная задумчивость двигателя, которая затем сразу же сменяется резким подхватом. Инженеры всеми силами борются с этой проблемой самым разными методами – так, например, устанавливают электрический двигатель для воздушного компрессора, баллон со сжатым воздухом.
Процесс установки связан с определенными трудностями. Так как нагрузка достаточно высокая, а количество оборотов турбины может достигать 300 тысяч оборотов, то турбине нужна постоянная смазка. Ее подсоединяют к масляной магистрали и подводят под давлением смазку. Поэтому поставить компрессор на двигатель такого плана можно только при помощи специалистов. Проведенный самостоятельный монтаж ни к чему хорошему не приведет.
Это не что иное, как две турбины, соединенные параллельно, последовательно или ступенчато.
Вначале решение предназначалось для того, чтобы устранить турбояму, но также мощность двигателя компрессора здесь выше, а значит, выше и мощность двигателя. Кроме того, удалось оптимизировать режимы работы мотора и снизить расход горючего.
Система состоит из двух турбин, имеющих одинаковые характеристики. Они подключены друг к другу параллельно. Таким наддувом можно комплектовать мощные V-образные силовые агрегаты. Каждый турбокомпрессор соединяется с отдельным ответвлением выпускного коллектора. Плюсы здесь в том, что можно ставить небольшие турбины. Они легче раскручиваются, за счет чего и уменьшается турбояма.
Здесь также работает две турбины. Одна из них задействована постоянно. Вторая запускается по мере необходимости. Воздух из двух турбин подается к одному впускному коллектору.
Это сложное, однако интересное и эффективное решение. Здесь работают две турбины, соединенных последовательно. Они имеют разные размеры, соединены между собой патрубками, а также перепускными клапанами. На небольших оборотах задействована меньшая турбина. Она легче, и инерция ее меньше. На средних оборотах двигателя срабатывает большая турбина. Обе всегда работают последовательно. Но это еще не все нюансы. На максимальных оборотах коленчатого вала ДВС большая турбина отключается.
Регулировка системы осуществляется посредством датчиков и электромагнитных клапанов, которые открывают или закрывают определенные участки выпускного тракта.
Зачастую приобретают уже готовые установочные комплекты, которые включают в себя все необходимое, но их стоимость достаточно высокая. Также можно купить комплект от иномарок, адаптированный под разные модели двигателей. Еще один вариант – китайские комплекты. Здесь при монтаже нужны лишь минимальные доработки. Работа потребует знаний и навыков. Нужно, как минимум, уметь отличать турбину от двигателя компрессора кондиционера.
fb.ru
Категория:
Устройство и работа двигателя
Компрессоры двигателей внутреннего сгоранияОбъемные компрессоры
Объемные компрессоры — это компрессоры, в которых сжатие газа происходит при уменьшении замкнутого объема. В двигателях внутреннего сгорания чаще применяют роторно-шестеренчатые компрессоры типа Рут и поршневые компрессоры, реже — винтовые и совсем редко роторно-пластинчатые компрессоры.
Роторно-шестеренчатые компрессоры характеризуются сравнительной простотой конструкции, достаточно большим сроком службы, уравновешенностью ротора, высокой частотой подачи воздуха и благоприятной зависимостью изменения давления за компрессором от частоты вращения его роторов, что весьма важно при работе двигателя на переменных режимах.
В процессе перетекания от впускного окна к выпускному воздух в рабочей полости не сжимается, т. е. отсутствует так называемое внутреннее сжатие, поэтому роторно-шестеренчатые компрессоры часто называют компрессорами с внешним сжатием. Вследствие этого роторно-шестеренчатые компрессоры работают достаточно эффективно лишь при умеренном отношении давления на нагнетании к давлению на всасывании, называемому степенью повышения давления. С ростом степени повышения давления КПД компрессора заметно снижается. К недостаткам рассматриваемых компрессоров относятся также большая зависимость КПД от зазоров между рабочими органами компрессора, сильный шум и пульсации давления нагнетания, особенно в случае применения более простых в изготовлении прямозубых роторов.
Наибольшее распространение получили роторно-шестеренчатые компрессоры с двумя одинаковыми роторами и поперечным расположением в корпусе впускного и выпускного окон.
На рис. 1, а приведена принципиальная схема роторно-шестеренчатого компрессора. В неподвижном корпусе равномерно вращаются в противоположном направлении роторы. При вращении роторы не касаются один другого и корпуса, что обеспечивается подшипниками, установленными в торцах корпуса, и синхронизирующей зубчатой передачей, служащей также для привода ведомого ротора. Функции органов распределения выполняют роторы, кромки которых перекрывают впускные и нагнетательные окна в корпусе.
Рис. 1. Роторно-шестеренчатый компрессор
При повороте роторов из положения / в положение II (рис. 1, б) нижний ротор вытесняет в пространство нагнетания некоторый объем воздуха. Одновременно, вследствие того, что зуб верхнего ротора отошел от кромки выпускного окна, под действием перепада давлений происходит обратное перетекание сжатого воздуха из полости нагнетания в полость, образованную верхним ротором и корпусом. Перетекание воздуха будет продолжаться до тех пор, пока давление в этой полости и давление нагнетания не станут одинаковыми. С момента выравнивания давлений до Момента, соответствующего положению III, происходит чистое выталкивание. Положение III по протеканию рабочего процесса в компрессоре равнозначно положению /, так как роторы одинаковы. Поэтому для двузубчатого роторно-шестеренчатого компрессора период пульсации скоростей и давлений в проточной части соответствует 90° угла поворота ротора.
Помимо двузубчатых роторов, часто применяют трехзубчатые (реже четырех-зубчатые) роторы. Примером может служить типичная конструкция роторно-шестеренчатого компрессора двухтактного двигателя ЯАЗ (рис. 2). Компрессор крепится сбоку двигателя и приводится во вращение от шестерни на заднем конце коленчатого вала; передаточное отношение между коленчатым валом и роторами компрессора составляет 1,94.
С обеих сторон корпуса, отлитого из алюминиевого сплава, расположены окна — впускное с внешней стороны и выпускное с внутренней, обращенной к двигателю. Для повышения жесткости поверхность корпуса оребрена. В торцовых плитах, отлитых также из алюминиевого сплава, установлены двухрядные ра-диально-упорные подшипники и однорядные шариковые подшипники. Первые фиксируют положение ротора в осевом направлении, а вторые, которые могут перемещаться, обеспечивают свободу тепловых деформаций ротора и корпуса.
Пустотелые роторы отлиты из алюминиевого сплава. С обеих сторон в каждый ротор запрессованы стальные валики. При помощи точно обработанных эпициклоидальных участков на профильной поверхности роторов достигается герметичность отдельных полостей компрессора в процессе работы. Остальную про-ствующих роторов. Зубчатые колеса передают небольшой крутящий момент (около 10 % общего крутящего момента), так как ротор с впадинами выполняет главным образом функцию распределительного органа.
Рабочий цикл винтового компрессора можно разбить на четыре этапа.1. Всасывание. Через отверстие внизу корпуса со стороны всасывания воздух поступает в полость, образующуюся в результате выхода зуба ведущего ротора из впадины ведомого. При дальнейшем вращении роторов объем полости увеличивается до тех пор, пока у противоположного торца зуб не выйдет из впадины ротора.2. Подача. Воздух в полости между роторами без изменения давления переносится в верхнюю часть корпуса, где во впадину ведомого ротора начинает входить зуб ведущего ротора. При этом сообщение полости между роторами с пространством всасывания прекращается.3. Сжатие. Зуб движется по впадине со стороны всасывания и сжимает воздух, находящийся в полости, ограниченной впадиной ведомого ротора, стенками корпуса и поверхностью зуба ротора.4. Нагнетание. После достижения расчетного давления полость со сжатым воздухом соединяется с выпускным отверстием в цилиндрической и торцовой частях корпуса. Происходит нагнетание с постепенным уменьшением объема. В дальнейшем цикл повторяется.
Окружные скорости роторов на наружном диаметре зуба достигают 50… 100 м/с.
Роторы обычно изготовляют из углеродистой стали; КПД винтовых компрессоров составляет 80 % и более.
Поршневые компрессоры применяют в малооборотных судовых двигателях. Положительными качествами этих компрессоров являются: высокий КПД, надежность, достаточно плавное изменение давления за компрессором от частоты вращения и независимость его рабочего процесса от направления вращения вала (при наличии самодействующих клапанов). К недостаткам поршневых компрессоров следует отнести сложность и высокую стоимость конструкции, неуравновешенность, большую массу, значительный расход масла и загрязнение им подаваемого в двигатель воздуха.
Основными элементами поршневого компрессора являются: цилиндр, поршень (обычно с одним уплотнительным кольцом или без него), самодействующие (автоматические) клапаны, впускная и нагнетательная системы.
В настоящее время поршневые компрессоры в качестве самостоятельных агрегатов наддува практически не применяются в основном ввиду их больших размеров.
В некоторых мощных двухтактных судовых двигателях простого действия с турбо-наддувом в качестве компрессора второй ступени используются подпоршневые полости цилиндров. Подобные устройства получили название подпоршневых насосов. На двигателях фирмы Зульцер ряда RND применяют систему воздухоснабже-ния, в которую входят подпоршневые насосы, оборудованные автоматическими пластинчатыми клапанами. Для уменьшения «вредного» пространства подпоршневых насосов и увеличения их подачи на малых нагрузках установлена перегородка с впускными 1 и выпускными клапанами. Воздух может попасть в цилиндр через клапаны, минуя подпоршне-вый насос, когда давление воздуха после компрессора турбокомпрессора соответствует расчетному или выше его. В дальнейшем на двигателях типа RND-M были оставлены только впускные и выпускные клапаны, которые одновременно являются и перепускными. Следует отметить, что благодаря повышению КПД турбокомпрессоров в двухтактных двигателях большой мощности можно отказаться от использования подпоршневых насосов, что упрощает конструкцию и обслуживание двигателя.
Рис. 3. Винтовой компрессор
Центробежные компрессоры
Центробежные компрессоры получили в настоящее время наибольшее распространение для наддува двигателей внутреннего сгорания. Центробежный компрессор относится к лопаточным машинам, принцип работы которых основан на динамическом взаимодеиствии высокоскоростного потока газа с лопатками рабочего колеса и лопатками неподвижных элементов машины. По сравнению с объемными лопаточные компрессоры более компактны и относительно просты по конструкции.
Рис. 4. Наддувочное устройство с подпоршневым насосом и вспомогательным компрессором для работы на частичных нагрузках
Центробежный компрессор включает входное устройство, рабочее колесо (называемое также крыльчаткой), диффузор, состоящий из безлопаточной и лопаточной частей (последняя может отсутствовать), и воздухосборник, часто выполняемый в виде улитки. Воздух через фильтр поступает во входное устройство, суживающееся по направлению движения воздуха, что способствует устойчивости потока. Входное устройство должно обеспечивать равномерный подвод воздуха к колесу при минимальных потерях. Рабочее колесо установлено на шлицах или, в случае малых размеров, на гладком валу, связанном механической передачей с коленчатым валом двигателя или непосредственно с рабочим колесом газовой турбины.
Кинетическая и потенциальная (в виде давления) энергия сообщается воздуху в рабочем колесе. Кинетическая энергия на выходе колеса составляет обычно около половины общей энергии потока, поэтому для превращения ее в энергию давления за рабочим колесом устанавливают диффузор. При движении воздуха в диффузоре вследствие непрерывного увеличения площади проходного сечения скорость потока падает, а давление возрастает. Возникающие при этом потери составляют значительную долю общих потерь в компрессоре. При наличии в диффузоре лопаток в компрессоре потери меньше, чем при диффузоре без лопаток. Воздух, выходящий по окружности из диффузора, собирается в воздухосборнике и из него направляется во впускные трубопроводы двигателя. Воздухосборник, в зависимости от общей компоновки двигателя, может иметь один или несколько выходных патрубков.
Основными параметрами, характеризующими работу центробежного компрессора, являются расход воздуха через компрессор, степень повышения давления и КПД компрессора. Применяемые в настоящее время для наддува двигателей внутреннего сгорания центробежные компрессоры имеют весьма широкий диапазон изменения этих параметров. Так, степень повышения давления меняется от 1,2 в компрессорах с приводом от вала двигателя, используемых в ряде случаев в качестве второй ступени наддува, до 4 и более в компрессорах форсированных комбинированных двигателей. В одной ступени возможно получение повышения давления порядка 10. В настоящее время считают целесообразным ограничивать степень повышения давления в центробежном компрессоре до 3,5…4,0, а при больших ее значениях переходят к двухступенчатому наддуву.
Окружные скорости рабочего колеса компрессора современного комбинированного двигателя внутреннего сгорания на периферии превышают 450 м/с, поэтому для обеспечения высокой прочности колеса компрессора необходимо применение высококачественных материалов.
Рис. 5. Принципиальная схема одноступенчатого центробежного компрессора
В центробежных компрессорах двигателей чаще всего используется полузакрытое колесо с вращающимся направляющим аппаратом, изготовленным как одно целое с колесом или отдельно. Такие колеса с радиальными лопатками отличаются высокой прочностью, хорошей технологичностью и характеризуются умеренными потерями при движении воздуха по межлопаточным каналам. Возникновение при работе компрессора осевой силы предотвращается соответствующим расположением поясков лабиринтного уплотнения, находящихся на тыльной стороне диска колеса.
Более сложны в технологическом отношении закрытые колеса, отличающиеся от полузакрытых наличием переднего покрывающего диска, существенно уменьшающего потери, связанные с перетеканием воздуха между соседними межлопаточными каналами, а также трением воздуха о неподвижный корпус. Колеса такого типа применяют в стационарных компрессорах и компрессорах с высокой степенью повышения давления в двигателях с большим расходом воздуха. Однако в изготовлении эти колеса более трудоемки, чем полузакрытые колеса. Чем выше степень повышения давления и больше расход воздуха, тем больше преимущества у закрытых колес.
Частота вращения колеса компрессора зависит от потребной окружной скорости на периферии колеса, определяемой, в свою очередь, степенью повышения давления в компрессоре, и от размеров колеса, связанных с расходом воздуха через компрессор. Поэтому высокая частота вращения, достигающая 200 тыс. об/мин, характерна для высоконапорных компрессоров автомобильных дизелей. У крупных компрессоров, применяемых в комбинированных судовых двигателях большой мощности, частота вращения ротора равна 6500…7000 об/мин. Соответственно подача центробежных компрессоров, применяемых в комбинированных двигателях, меняется от 0,02 до 30 кг/с.
В зависимости от расхода воздуха и степени повышения давления центробежные компрессоры изготовляют как с лопаточным диффузором, так и с безлопаточным. Крупные высоконапорные компрессоры имеют лопаточные диффузоры. При этом часто предусматривается возможность установки на один компрессор различных диффузоров, в зависимости от требований потребителя. Лопаточный диффузор представляет собой круговую решетку из профилированных лопаток. Проходное сечение такого диффузора возрастает вследствие увеличения радиуса и угла между вектором скорости движения потока и касательной к окружности, что достигается наличием лопаток. Размер диффузора в значительной мере определяет габаритные размеры компрессора. В большинстве конструкций современных малых центробежных компрессоров применяют безлопаточный диффузор.
В осевом компрессоре движение воздушного потока через компрессор происходит в осевом направлении. Отсутствие резких поворотов в проточной части и аэродинамическое совершенство лопаток рабочих колес и спрямляющих аппаратов обусловливают более высокий КПД осевых компрессоров по сравнению с центробежными. Основной недостаток осевого компрессора — значительное изменение основных показателей работы компрессора при отклонении режима работы от расчетного. Даже сравнительно небольшое уменьшение расхода воздуха через компрессор при неизменной частоте вращения ротора часто вызывает неустойчивую работу компрессора — так называемый пом-паж, который характеризуется колебаниями большой амплитуды скорости и давления потока в проточной части. Работа компрессора в зоне помпажа недопустима. Этот недостаток свойствен и центробежным компрессорам, особенно при наличии лопаточного диффузора, но у осевых компрессоров он проявляется значительно сильнее. Кроме того, реализуемые в настоящее время давления наддува достижимы лишь в многоступенчатом осевом компрессоре, который имеет большую длину и установка которого на одном валу с турбиной приводит к дополнительному усложнению конструкций. Вследствие этого в настоящее время в комбинированных двигателях внутреннего сгорания осевые компрессоры практически не применяют.
Читать далее: Газовая турбина
Категория: - Устройство и работа двигателя
stroy-technics.ru
Я уже писал о компрессоре, который использую в ремонте автомобилей, но этот компрессор как-никак годится для покраски, но с моими растущими требованиями не справляется. В частности мне был нужен компрессор для работы с орбитальной шлифовальной машинкой. Я нашел выход, точнее не столько выход, сколько наверное поле для экспериментов:)
Компрессор из ДВС своими руками
Я уже писал о компрессоре, который использую в покраске авто, но как оказалось этот компрессор не годится для работы с пневматической орбитальной машиной. Китайский компрессор не справляется с расходом воздуха орбитальной машины, полностью накачанного до 8-ми атмосфер ресивера хватает на 1 — 1,5 мин работы машинкой, а то и того менее. Не порядок.
Читал на стардрайве о компрессоре из ДВС, там ребята использовали двигатель от ВАЗ, производительность была в районе 1000 л/мин. Хорош, но мне пока негде такого поставить, да и изготовить не так просто. Мне в голову пришел другой вариант, использовать двигатель который раньше использовался для привода различного с\х оборудования (станков и тп) — его маркировка ЗИД 4.5. Также немаловажным аспектом в пользу этого двс, так это смазка — масло заливается в поддон и циркулирует в двигателе, также и охлаждение довольно хорошее — при работе около 1 часа компрессор чуть теплый.
Если не ошибаюсь, то его рабочий объем 500 см3, что есть не мало, лишь немного меньше чем в компрессоре СО-7. Этот двигатель четырехтактный, так что клапана присутствуют. Те кто знают как работает 4-х тактный двигатель поймет, что при использовании двигателя в качестве компрессора на два оборота коленвала полезный рабочий ход (нагнетание воздуха) один. Это при использовании обычной системы газораспределения двигателя ЗИД, я использовал такую. Это ведет к снижению производительности, но для моих целей компрессор вполне подошел.
Для изготовления обратного клапана нам понадобится свеча с этого двигателя, шарик от подшипника, пружина (подбирается экспериментальным образом), металлическая трубка, сварка. Свечу необходимо выбить (удалить изолятор) чтобы осталась только металлическая часть. Далее берем шарик от подшипника подходящего диаметра, тут стоит понимать, что шарик должен плотно закрывать отверстие из цилиндра и не заедать, в то же время быть герметичным. Свечу зажимаем в тиски и несколькими не сильными ударами набиваем седло шарику.
Свеча подготовленная под обратный клапан
Шарик в седле обратного клапана
Пружина в седле
Далее к металлической части свечи привариваем трубку, я использовал поршневой палец от двигателя ВАЗ, лишь прорезал с боку окно для трубки.
Шарик и пружина клапана
Спасибо за подписку!
Детали обратного клапана для компрессора
Заглушку вверху сделал из части динамика
Как вы уже догадались, клапан будет ввернут вместо свечи, без каких либо переделок двигателя. Длину пружины подбирал экспериментально, также как и ширину, но шарик нажимается довольно туго. Как видно на фото выше, я к трубке приварил резьбовое соединение от гидравлики какого то автомобиля, далее идет метра 1,5 трубки далее прямо шланг на орбитальную машинку.
Я использовал компрессор без какого либо ресивера, шланг 12 мм на 5м прямо на машинку, компрессор обеспечивал ее полностью, работать было приятно, но остановится было нельзя, пока компрессор не выключишь:)
Далее я буду переделывать компрессор на постоянное применение, так что будет интересно следите за новыми постами!
olade.ru
Многочисленные идеи, описанные в сети, позволяют самостоятельно смастерить много полезных приспособлений для хозяйства. К примеру, можно сделать компрессор из двигателя ВАЗ своими руками, как на видео, и пользоваться этим компрессором многие годы, так как запчасти на него берутся из ВАЗовских двигателей.
У созданного компрессора имеются свои преимущества. Самое главное достоинство состоит в том, что устройство воздействует напрямую к мощности мотора, и энергия начинает выделяться в большом количестве. При использовании двигателей ВАЗов 2108, 2106 для компрессоров, работа становится более производительной.
Необходимо сначала подумать о наличии привода электродвигателя 4 кВт.
С двигателя убирают распредвал и укорачивают приводы. Все компрессоры из ДВС автомобиля ВАЗ имеют обратный клапан необходимый для выталкивания воздушного объема во время работы.
Когда изготавливают самодельные компрессоры, самой большой проблемой считается их приспосабливание. В данном случае, чтобы сделать компрессор из ВАЗа 2107, 2110, не нужно проводить токарные работы и вторгаться в двигатель.
Чтобы изготовить обратный клапан, нужно иметь свечу, пружину, подшипник, металлическую трубку, сварку.
Затем на металлическую часть свечи приваривается трубка. Возможно использование поршневого пальца с карбюраторного или инжекторного двигателя. Получается, что место свечи будет занято клапаном, и не нужно будет переделывать 8 клапанный двигатель ВАЗа. Длина и ширина пружинки подбирается на глаз.
Устанавливают агрегат с учетом его массы, габаритных размеров, объема, производительности, максимального избыточного давления, максимальных оборотов, диаметра патрубков. Вместе с этим нужно подумать о подаче ОЖ, применяя штатную или собственную систему. Подробно узнать, как сделать правильно компрессор с использованием бензиновых двигателей от ВАЗ моделей 2106, 2107 или 2110 можно, посмотрев видео.
marki-avto.ru
