Для увеличения мощности двигателя используют два основных вида нагнетателей - турбокомпрессор, работающий от энергии потока выхлопных газов, и механический компрессор с приводом от коленчатого вала.
Идея установки нагнетателя для увеличения подачи мощности двигателя принадлежит немецкому инженеру Готтлибу Даймлеру. Впервые он установил компрессор на автомобиль собственной разработки в 1885 году. Первый патент на оригинальную конструкцию нагнетателя воздуха для двигателя внутреннего сгорания оформил в 1902 году Луи Рено.
Турбокомпрессоры применялись для повышения мощности двигателей внутреннего сгорания еще на этапе развития этого вида технологий. Запатентованный американцем Альфредом Бюхи в 1911 году турбокомпрессор на заре своего развития сыграл значительную роль в военной авиации – турбированные бензиновые двигатели ставились на истребители и бомбардировщики для повышения их высотности. Свое применение в автомобильном дизелестироении технология нашла относительно недавно. Первым серийным автомобилем с турбированным дизелем был появившийся в 1978 г. Mercedes-Benz 300 SD, а в 1981 г. за ним последовал VW Turbodiesel. В дальнейшем применение механических нагнетателей пошло двумя параллельными путями. Первыми их ценность признали инженеры, занимавшиеся постройкой дизельных двигателей, для которых характерна высокая степень сжатия, и требуется принудительное нагнетание воздуха, то есть в двухтактных дизелях, или там, где требуется повышенная удельная мощность. Вторая ветвь развития - установка в гоночные автомобили для получения избыточной мощности.
История автомобилестроения насчитывает большое количество видов приводных нагнетателей, или компрессоров. Но в настоящее время чаще всего используются три типа: винтовые, роторные и центробежные. Наиболее традиционно использование приводного нагнетателя для американской и немецкой промышленности, тогда как японцы, к примеру, тяготеют к использованию турбокомпрессоров.
Приводные нагнетатели и турбокомпрессоры выполняют одну и ту же функцию - нагнетают воздух под давлением в камеру сгорания. Однако при этом они имеют совершенно разную конструкцию привода, и по-разному влияют на характер работы двигателя.
Вращающей силой турбокомпрессора является поток отработанных газов двигателя, а нагнетателя - механическая сила вращения коленчатого вала, которая передается на вал коленчатого вала при помощи шкива и приводного ремня.
Приводной нагнетатель или турбокомпрессор доставляет в цилиндры силовой установки дополнительный воздух. Система управления двигателем, запрограммированная на приготовление оптимального состава рабочей смеси, увеличивает при этом подачу топлива. Сгорая, такой состав выделяет значительно больше энергии, а значит мощность двигателя увеличивается.
Производительность компрессора зависит от частоты вращения двигателя, поэтому он позволяет обеспечивать необходимый наддув в каждый конкретный момент работы силовой установки.
Говоря об особенностях роторных компрессоров, следует отметить простоту их конструкции, долговечность и положительную зависимость между частотой вращения роторов и меняющимися режимами работы двигателя.
В рабочей полости нагнетателя не происходит сжатия воздуха, поэтому для такого типа компрессоров принято название «с внешним сжатием». При равных отношениях давлений нагнетания и всасывания, роторный компрессор достаточно эффективен, его КПД начинает падать с увеличением давления на впуске.
Состоит роторный компрессор из корпуса с поперечно расположенными впускным и выпускным окнами, двух роторов, приводных и синхронизирующих шестерней и шкива.
Роторы имеют спиральную форму. Это несколько улучшает равномерность наддува и снижает шум работы компрессора. Клиновидная форма окон корпуса нагнетателя способствует уменьшению пульсации давления воздуха. С этой же целью используются, вместо двухзубчатых, трехзубчатые роторы.
К недостаткам роторных компрессоров относятся сильный нагрев при работе, повышенный шум, пульсирующее давление нагнетания и прямая взаимосвязь КПД устройства и степени его изношенности.
В зависимости от конструктивных особенностей, роторные компрессоры создают положительное давление 0,5-0,6 бара и широко используются на легковых автомобилях.
Приводные нагнетатели винтового типа компактны, особо надежны и высокопроизводительны.
В конструкцию винтового компрессора входят два ротора. Они имеют форму колеса, на котором с большим углом наклона расположены спиральные зубья. Синхронизирующие шестерни, находящиеся на валах ротора, не допускают соприкосновения зубьев роторов с корпусом и между собой.
Количество зубьев роторов зависит от количества зубьев шестерней, установленных на их валу. В винтовом компрессоре ротор с впадинами является распределительным, а профили этих выемок полностью соответствуют профилю зубьев роторов.
Компрессоры винтового типа обеспечивают диагональное движение нагнетаемого воздуха в проточной части. Большая скорость вращения устройства позволяет значительно снизить его габариты, а высокое давление воздуха дает возможность устанавливать такой тип приводного нагнетателя на самые скоростные и мощные автомобили.
Главными достоинствами винтовых компрессоров считаются их сбалансированность, надежность и чистота нагнетаемого воздуха, в котором отсутствуют примеси масла.
Однако, сложная форма роторов и их массивность являются причиной высокой стоимости винтовых компрессоров. Помимо этого, при внутреннем сжатии воздуха, возникает высокочастотный шум, что является несомненным недостатком.
Винтовые компрессоры обладают высоким КПД - более 80% - и создают давление около 1-го бара.
Поскольку приводной нагнетатель относится не к основным узлам автомобиля, а, скорее, к категории тюнинга, выход компрессора из строя не грозит двигателю серьезными поломками.
Из-за уменьшения объема поступаемого в цилиндры топлива, снижается мощность двигателя. В случае износа деталей компрессора его необходимо отремонтировать или заменить.
blamper.ru
Центробежный нагнетатель во многом подобен турбокомпрессору, приводимому в действие отработавшими газами. Он, очень эффективен и позволяет получать лучшее соотношение между размерами устройства и его производительностью. Однако для создания необходимого давления требуются большие окружные скорости. Так как ведомый шкив привода относительно ведущего шкива вращается с недостаточной скоростью (передаточное отношение 2:1), то для получения необходимой окружной скорости следует использовать одноступенчатую планетарную передачу с передаточным отношением 15:1. Кроме того, в схему нагнетателя должен быть включен блок трансмиссии для изменения частоты вращения, если требуется поддержание давления на приемлемом постоянном уровне в широком диапазоне значений объемного расхода. Необходимость использования предельных частот вращения и других параметров, связанных с передачей мощности в приводе, означает, что область возможного применения центробежных нагнетателей ограничена дизелями среднего и большого рабочих объемов и бензиновыми двигателями для легковых автомобилей.
Центробежный нагнетатель с механическим приводом
Объемные нагнетатели с внутренним сжатием содержат поршень, движущийся возвратно-поступательно, винт, ротор и компрессор с подвижными лопатками. Пример нагнетателя без внутреннего сжатия воздуха - нагнетатель типа Roots. Характеристики такого нагнетателя приведены на графике.Зависимость отношения давлений p2/p1 от объемного расхода V указывает, согласно графику, на то, что увеличение этого отношения сопровождается только незначительным уменьшением объемного расхода воздуха V. Падение объемного расхода в основном зависит от эффективности уплотнения зазора (потери на утечки) и является функцией отношения p2/p1 и времени, но не зависит от частоты вращения вала компрессора.Отношение давлений p2/p1 не зависит от частоты вращения. То есть высокие значения этого отношения могут быть получены и при низких объемных расходах.Объемный и массовый расходы не зависят от соотношения давлений и, в первом приближении, прямо пропорциональны частоте вращения.Производительность нагнетателя остается неизменной во всем его рабочем диапазоне. Объемный нагнетатель .работает на всех точках кривой p2/p1-V.В нагнетателе типа Roots два симметричных ротора вращаются в корпусе без непосредственного контактирования между собой или с корпусом; размер периферийного зазора определяется конструкцией корпуса, используемым материалом и производственными допусками: Внешняя шестеренчатая передача синхронизирует вращение роторов.
Нагнетатель типа Roots
Нагнетатель со скользящими лопатками имеет эксцентрично установленный ротор, воздействующий на три смонтированные по центру скользящие лопатки, которые обеспечивают сжатие воздуха. Давление сжатия при данной степени эксцентриситета ротора регулируется изменением положения кромки выходного окна А в корпусе нагнетателя.
Нагнетатель со скользящими лопатками
В нагнетателе спирального типа применяется эксцентрично установленный вытесняющий элемент, который при вращении приводного вала получает колебательное движение. При этом последовательно осуществляются следующие операции: рабочие камеры открываются, и в них поступает воздух; отсекается подача воздуха; рабочие камеры открываются снова для выпуска сжатого воздуха через центральное окно.Вытесняющий элемент нагнетателя, приводимый от ременной передачи, смазывается консистентной смазкой, а приводной вал – моторным маслом от системы смазки двигателя. Радиальное уплотнение - щелевое, а осевое уплотнение обеспечивается поперечными герметизирующими канавками.
Нагнетатель спирального типа
Роторно-поршневой нагнетатель содержит ротор в виде поршня, перемещающийся относительно внутренней оси. Внутренний ротор приводится во вращение по эксцентриковой траектории в цилиндре, где размещаются наружные роторы. Передаточные отношения вращения ротора-поршня и наружных роторов составляют 2:3 или 3:4. Роторы вращаются вокруг своих фиксированных осей без контактирования между собой или с корпусом. Вращение ротора-поршня по эксцентриковой траектории позволяет нагнетателю сжимать максимально возможный объем воздуха (камера I) и выпускать его (камера III). Степень сжатия определяется положением кромки А выпускного окна.Для синхронизации движения внутреннего ротора-поршня и наружных роторов используется шестеренчатая передача с внутренним зацеплением. Для смазки шестерен и роликовых подшипников применяется консистентная смазка. Поршневые кольца служат в качестве уплотнения между рабочей камерой и корпусом шестеренчатой передачи.Нагнетатели в ДВС обычно приводятся посредством ременной передачи (зубчатым или клиновым ремнем; используется непосредственное соединение или через муфту). Ускоряющая передача может быть включена постоянно или может обеспечивать изменение передаточного отношения в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя.Нагнетатели с принудительным приводом рабочих элементов и с механическим приводом для получения одинакового количества сжатого воздуха имеют значительно большие размеры, чем центробежные нагнетатели. Они используются на двигателях с небольшими средним рабочими объемами, где можно достичь приемлемого соотношения между объемом заряда и располагаемым под капотом пространством.
Роторо-поршневой нагнетатель
ТурбокомпрессорыТурбокомпрессоры состоят из турбины и колеса центробежного нагнетателя (компрессора), установленных на общем валу. Для вращения турбины используется энергия отработавших газов, воздействующих на ее лопатки. Вращение турбины приводит в действие компрессор, который, в свою очередь, засасывает окружающий воздух, сжимает его и подает в цилиндры двигателя. Частота вращения ротора турбокомпрессора не зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, но она в значительной степени определяется балансом энергии, получаемой турбиной и отдаваемой компрессору.На рабочих характеристиках двигателей с турбокомпрессором, показанных на графике имеется строго очерченная граница между зонами устойчивой и неустойчивой работы. При правильном подборе турбокомпрессора все точки на графике, соответствующие возможным условиям работы, лежат или на рабочих кривых двигателя (полная нагрузка) либо ниже их (работа в . режиме неполной нагрузки).Различные области применения турбокомпрессоров требуют применения различных вариантов их конструкций. Однако практически все турбокомпрессоры имеют одни и те же элементы: ротор в сборе, который в сочетании с корпусом подшипника образует так называемый сердечник, а также кожух компрессора.
Регулирование давления наддува посредством переустановки перепускного клапана
Турбокомпрессор , приводимый в действие отработавшими газами
Уплотнительные кольца, устанавливаемые со стороны входа и выхода, служат для герметизации масляной камеры, расположенной вне корпуса подшипника. В особых случаях качество уплотнения может быть улучшено установкой воздухоуловителя или торцевого уплотнения с графитовыми прижимными эле¬ментами (со стороны компрессора). В основном применяются подшипники скольжения, которые установлены радиально и имеют двойные гладкие вкладыши плавающего типа или неподвижные гладкие вкладыши, в то время как для обеспечения осевой опоры используются вкладыши с клинообразной поверхностью. Подшипники турбокомпрессора смазываются моторным маслом системы смазки двигателя. Корпус подшипника не имеет дополнительных охлаждающих устройств. Поддержание температур ниже критических значений осуществляет ся применением теплового экрана и теплоизоляцией корпуса подшипника.
Жидкостное охлаждение корпусов подшипников при меняется в том случае, если температура отработавших газов превышает 850°С.
Кожух компрессора обычно изготавливается методом литья из алюминия. В кожух может быть вмонтирован ся применением теплового экрана и теплоизоляцией корпуса подшипника.
График сжатия воздуха в турбокомпрессоре
Турбина с изменяемой геометрией
Жидкостное охлаждение корпусов подшипников при меняется в том случае, если температура отработавших газов превышает 850°С.Кожух компрессора обычно изготавливается методом литья из алюминия. В кожух может быть вмонтирован перепускной воздушный клапан.Для изготовления кожухов турбин используются сплавы сортов от GGG 40 до NiResist Д5 (в зависимости от температуры отработавших газов). Турбокомпрессоры, используемые на двигателях грузовых автомобилей, содержат кожух турбины, в котором два газовых потока объединяются непосредственно перед попаданием на лопатки турбины. Эта конструкция кожуха применяется при организации получения импульсного наддува, когда давление отработавших газов дополняется их кинетической энергией.При работе турбокомпрессора с постоянным давлением на турбину поступает только энергия отработавших газов и поэтому может быть применена турбина, кожух которой имеет окно для впуска отработавших газов. Такая конструкция особенно распространена на судовых двигателях при использовании турбин с жидкостным охлаждением. Турбокомпрессоры мощных двигателей часто имеют перед турбиной кольцевое сопло. Такое сопло обеспечивает получение равномерного и неразрывного потока газа, поступающего на лопатки турбины с одновременной возможностью проведения тонкой регулировки расхода газа.Турбокомпрессоры этого типа, устанавливаемые на легковых автомобилях, обычно имеют однопоточные кожухи турбин. Если двигатель такого автомобиля работает в широком диапазоне частот вращения, то необходимы механизмы управления турбокомпрессором, поддерживающие давление наддува на относительно постоянном уровне во всем рабочем диапазоне. Обычно направляют часть отработавших газов от двигателя в обход турбины компрессора посредством управляющего механизма, выполненного в виде перепускного клапана или заслонки.Такой механизм имеет пневматический привод.Энергия отработавших газов может быть использована более эффективно при применении управляющих систем, например, турбины с изменяемой геометрией лопаток.
Такие конструкции получили наибольшее признание, т. к. они сочетают в себе широкий диапазон управляющих функций и высокий К.п.д.Установку угла расположения лопаток осуществляет поворотное регулировочное кольцо. Лопатки могут поворачиваться на требуемый угол специальными кулачками или рычагами. Пневматические исполнительные устройства могут работать как от источника отрицательного (вакуум), так и положительного давления. Микроэлектронная система управления обеспечивает оптимальное давление наддува на всем рабочем диапазоне ДВС.Нагнетатели, приводимые волновым давлением газа
Нагнетатели этого типа используют для своей работы волны давления для передачи энергии отработавших газов к воздуху на впуске. Этот энергообмен имеет место внутри секций ротора (колесо секционного типа). Ротор приводится от двигателя посредством ременной передачи для синхронизации и поддержания процесса энергообмена.
Внутри ротора процесс энергообмена происходит при скоростях, равных скорости звука. Он зависит от температуры отработавших газов и крутящего момента двигателя, но не зависит от частоты вращения коленчатого вала. Процесс эффективен только на одном рабочем режиме при условии, что между двигателем и нагнетателем установлена ускоряющая передача с постоянным передаточным отношением. Для устранения этого недостатка в передней части кожухов размещают специальные «карманы», позволяющие получить высокую производительность нагнетателя и оптимальную кривую наддува в относительно широком диапазоне рабочих режимов.Обмен энергией между газами и воздухом внутри ротора обеспечивает быстрое реагирование такого нагнетателя на изменения потребности двигателя в количестве надувочного воздуха.
В нагнетателе, приводимом в действие за счет волны давления газов, ротор связан с коленчатым валом двигателя посредством ременной передачи. Для снижения шума стенки секций ротора располагаются по его окружности неравномерно. Ротор вращается внутри цилиндрического кожуха, а магистрали для подачи наружного воздуха и отработавших газов от двигателя располагаются у соответствующих торцов кожуха. К одному торцу кожуха подводится под небольшим давлением атмосферный воздух и отводится под большим давлением надувочный воздух, а к другому торцу подводятся отработавшие газы от двигателя под большим давлением и отводятся эти же газы, но уже преобразопреобразовавшие свою энергию в давление воздуха в секциях ротора.
Диаграммы расхода газа и его состояния иллюстрируют процесс, происходящий в нагнетателе Comprex при полной нагрузке и средней частоте вращения коленчатого вала. Путем развертывания проекции ротора и кожуха на плоскость можно представить вращательное движение ротора в виде поступательного. Диаграмма состояния содержит пограничные кривые для всех 4-х окон в кожухе ротора в соответствии с местом их расположения.Ротор в нагнетателе имеет постоянную смазку, а подшипник ротора расположен со стороны подвода и отвода воздуха. Кожух для воздуха изготовлен из алюминия, а кожух для газа - из материала NiResist. Интегральный управляющий механизм позволяет регулировать давление наддува в соответствии с потребностями.
Нагнетатель, использующий волновое давление газов
Диаграмма расхода газа и диаграмма состояния нагнетателя , приводимого в действие за счет волны давления газа
smotra.ru
Если вы неплохо разбираетесь в устройстве двигателя, то наверняка уже испытали желание улучшить мотор, установленный в автомобиле. Чаще всего владельцы «десятки», чтобы поднять мощность двигателя, используют компрессор, при этом для установки компрессора на автомобиль будет достаточно обладать минимальными познаниями в автомеханике. Впрочем, помимо установки компрессора существуют и другие способы, позволяющие значительно увеличить мощность мотора.
Важно! Ещё до того как вы займётесь доработкой двигателя, обязательно изучите хотя начальные сведения по автомеханике, чтобы перестать быть совсем «чайником». Помните, что недостаточно просто поставить один девайс на мотор и считать, что после этого всё будет в порядке. Такие кустарные доработки могут оказать негативное влияние на двигатель, вплоть до поломки.
Итак, если вы всё же решили остановить свой выбор именно на компрессоре, то вам для начала следует определиться с тем, будете ли вы покупать готовый КИТ-комплект или же станете экспериментировать над машиной.
Решив разбираться во всём самостоятельно, предварительно изучив автомеханику для «чайников», вам понадобится приобрести сам компрессор, при этом покупать его лучше всего иностранного производства. Подбирать девайс следует по его габаритам, весу, объёму, производительности, диаметрам впускного и выпускного патрубков, максимальному избыточному давлению и многим другим показателям. Именно поэтому важно разбираться в автомеханике выше уровня «чайника», в противном случае вы вряд ли сможете самостоятельно подобрать компрессор, который подойдёт вашей машине.
Из всего вышесказанного, можно легко выделить минусы индивидуального проекта. Так, у вас уйдёт на его разработку очень много времени, вы, скорее всего, совершите немало ошибок, из-за чего уже в процессе эксплуатации автомобиля вам придётся дорабатывать отдельные элементы двигателя, да и стоить такой проект будет немало… К тому же любая недоработка, любая даже крохотная ошибка способна привести к серьёзной поломке ДВС. Впрочем, если вы действительно хорошо разбираетесь в автомеханике, то сможете справиться со всеми проблемами и в итоге получите удивительно мощный двигатель.
Кит-комплект подойдёт большинству владельцев автомобилей, то есть тем, у кого не очень много свободного времени, а также тем, кто понимает автомеханику только на уровне «чайника». Готовый Кит-комплект не зря называется «готовым» - в нём уже всё есть, то есть и сам компрессор, способный работать с мотором вашей модели авто, и все необходимые комплектующие, которые потребуются для установки компрессора и настройки его работы совместно с ДВС.
Соответственно, из плюсов готового китайского комплекта можно сразу же выделить то, что на его установку не потребуется тратить много времени – самые простые варианты ставятся буквально за несколько часов. Кроме того, Кит-комплекты широко распространены, благодаря чему вы всегда сможете приобрести подходящий вам готовый китайский комплект или комплектующие, которые нужны для технического обслуживания или ремонта. Не менее важно и то, что цены на Кит-комплекты более чем приемлемы. Наконец, при установке такого компрессора вам почти наверняка не придётся серьёзно дорабатывать двигатель.
Недостатков же у них немного, и основной – не самая высокая надёжность. Впрочем, если вы покупаете китайский комплект от официального производителя, то получаете гарантию качества, а вот если решите приобрести комплект кустарного производства, то можете столкнуться с трудностями. Кстати, кустарные готовые комплекты обычно делают на основе б/у компрессоров двигателей иномарок, из-за чего их приходится серьёзно дорабатывать, в частности менять прошивку, возможно, производить индивидуальную настройку и т.д.
Автомобили ВАЗ 2110 входят в число наиболее популярных моделей в нашей стране, поэтому сейчас мы постараемся ответить на вопрос: какой комплект выбрать для автомобиля ВАЗ 2110 «чайнику» в автомеханике?
Владельцы автомобилей ВАЗ 2110 часто спорят о том, какой компрессор лучше: китайский, от иномарки или турбо? Ответ на этот вопрос вы должны давать себе самостоятельно, так как всё индивидуально. Кому-то полностью подходит именно китайские готовые комплекты, собираемые в Китае специально под двигатели ВАЗ и продаваемые в России, кто-то считает самым лучшим компрессор от иномарки из кустарного комплекта, кто-то предпочитает всё делать самостоятельно и разрабатывает индивидуальный проект…
Тем не менее, если вы планируете приобрести бюджетный вариант, то лучше остановить свой выбор на китайском комплекте – в среднем, его можно приобрести за 1000 у.е. Примерно в два раза дороже обойдётся полный комплект с компрессором от Тайоты, при этом придётся двигатель дорабатывать.
Можно и совместить оба подхода: к примеру, приобрести китайский адаптированный комплект, а после его установки произвести нужные вам доработки, подбирая прошивку, форсунки и т.д. Однако важно помнить, что такой вариант обойдётся дороже, так как, скорее всего, придётся покупать некоторые детали несколько раз, ведь они вряд ли с первого раза будут подходить.
www.avtodor.su
