Нагнітач (компресор)
Механізм для стиснення та подачі газів під тиском .
Однак швидке вирішення завдання (літрова потужність дійсно помітнозбільшилася) виявилося не таким вдалим, як уявлялося спочатку.Істотно зрослий приплив тепла, який несли гази, що відпрацювали, передчасно виводив з ладу випускні клапани, поршні та системуохолодження. Невідповідність конструкції і матеріалів, щозастосовувалися, затримало розвиток наддуву на автомобілі. Першимавіаційним двигуном з механічним наддувом вважається двотактнийротативний двигун «Мюррей-Вільята», літаком з яким у 1910 р. Буввстановлений рекорд висоти в 5200 м. У 1918 р., на один ізвинищувачів «SPAD» S.XIIIC» було встановлено турбонаддувний агрегат "рато" ("Rateau"), який не дав переваг літаку (у зв'язку знедоліками його конструкції та недостатньою для приводу турбінипотужністю авіадвигуна перших модифікацій "іспано-Сюїза" 8-їсерії). Але вже в тому ж році турбонаддувним агрегатом "рато" бувоснащений потужніший ніж "іспано-Сюїза" двигун "ліберті" L-12", а в1920 р. Біплан "Lepere" з цим двигуном піднявся на рекордну на тічаси висоту - 10092 м. Важливі дослідження, проведені спільно зметалургами, дозволили налагодити випуск поршнів, клапанів тапідшипників, які відповідали більш жорстким вимогам. У результатінаддув серйозно і надовго прижився в авіації. Впровадження системнаддуву не в небесах, а на землі допоміг автомобільний спорт, дебули потрібні потужні і легкі мотори. Першими розробили спортивнідвигуни з наддувом Daimler (1921 р.), Sunbeam і FIAT (1922 р.).Саме італійський гоночний «FIAT», вигравши 1923 р. Великий призЄвропи відкрив список перемог системи-новинки. Наступного, 1924 р.компресорні "Alfa Romeo" і "Daimler" завоювали, відповідно, Великийприз автомобільного клубу Франції та перше місце у перегонах ТаргаФлоріо в Італії. Вже перші нагнітач підвищували потужність на50-70%. Наприклад, у 2-літрового двигуна Delage після введеннянаддуву потужність зросла з 125 до 190 к.С., тобто. На 52%! Розглянемо явище наддуву докладніше. Так як подача необхідноїкількості палива технічних труднощів не викликає, то потужністьдвигуна залежить, головним чином, від маси повітря, що надходить вциліндри за одиницю часу. Цей показник, у свою чергу, пов'язаний зробочим об'ємом двигуна, частотою обертання колінчастого валу (межатут - допустиме значення середньої швидкості поршня) та об'ємнимККД (коефіцієнтом наповнення). Отже, за заданих умов збільшити масуповітря, що проходить через циліндри, можна лише через наддув.Нагнітаючи повітря в циліндр примусово, на сучасному двигуні можнабез особливих проблем отримати 25%-ву надбавку до потужності, а зінтеркулером потужність можна подвоїти. Висока температура і тискподається в циліндри повітря може призвести до того, що в кінцітакту стиснення, коли поршень спресує в циліндрі і так вже стиснутупаливо-повітряну суміш, її температура і тиск можуть виявитисянастільки високими, що це викличе передчасну її детонацію - цеявище дуже небезпечне для бензинового. Двигуна, оскільки веде дляйого катастрофічного зносу. Щоб уникнути подібних проблем, можнаперейти на високооктанові сорти палива, але найчастіше цьоговиявляється мало. При досить високих значеннях тиску доводитьсявиробляти декомпресію, тобто. Знижувати ступінь стиснення.
«Mercedes-Benz» 540K»
У результаті приводні нагнітачі рекомендувалися лише крайніхвипадків. В інструкції 1937 р. Для легкового автомобіля"Mercedes-Benz" 540K" (на цій моделі, до речі, карбюратордоповнювали спеціальні клапани, що включалися одночасно зкомпресором) говорилося: "включайте компресор (при 1000 оборотів вхвилину) тільки у разі гострої необхідності, наприклад, дляшвидкого проїзду перехресть, прискорених розгонів, подоланнякоротких крутих підйомів і т.Д. Тривалість роботи мотора зкомпресором не повинна перевищувати 1 хвилину, а при досягненні3400 об/хв відключіть систему негайно». "General Motors" у 70-80-тіроки удосконалити нагнітач, приводні компресори поступово зійшли зісцени. Зараз вони застосовуються в основному різними тюнінг-ательєта гаражними «умільцями» для форсування двигунів і дуже рідкостоять на серійних автомобілях. Великі автовиробникамвикористовують нагнітачі в тому випадку, коли необхідно створитиряд двигунів різної потужності без суттєвої переробки конструкціїбазового двигуна. -Benz» С- та Е-класу практично не відрізняєтьсявід поширених у 20-30-ті роки роторно-шестерні компресорів типу«Рутс». Двигун робочим об'ємом 2, 3 л комплектується механічнимкомпресором фірми "Eaton", удосконаленою версією "рутс" -гвинтоподібних лопат вже не дві, а три або чотири. Привідздійснюється полікліновими ременями від колінчастого валу двигуна.Особливе покриття лопатей, зменшивши тертя, значно покращило ККДмеханізму. Підключається компресор вже не водієм, а спеціальнимелектромагнітним зчепленням і лише тоді, коли потрібне різкезбільшення потужності. Ступінь стиснення зменшено до 8, 8.Чотирьохциліндровий двигун робочим об'ємом 2, 3 л розвиває зкомпресором 193 л. Замість 150 л.С. При 5400-5500 об/хв. Крутниймомент збільшується з 220 до 270 Нм при 3750-3800 об/хв. У нас україні досвід застосування механічних нагнітачів на легковихавтомобілях обмежився одиничними екземплярами гоночних машин у 40-50-е годы.
Значно ширше поширення у світі отримав наддув з турбонагнітачом, тобто. Нагнітачем, що наводиться турбіною, що діє на відпрацьованихгазах.
Нижче наведено класифікацію видів наддуву ДВС. Наддув здійснюєтьсяза допомогою нагнітача. Він підрозділяється на:механічний наддув, де використовується компресор, що приводиться в дію відколінчастого валу двигуна; br/>
наддув «Comprex», що полягає у використанні тиску відпрацьованихгазів, що діють безпосередньо на потік повітря, що подається вдвигун;
електричний наддув, де використовується нагнітач, що обертаєтьсяелектродвигуном;
<
комбінований наддув поєднує кілька схем, як правило, йдеться просуміщення механічного та турбонаддува. До нього відносять:
резонансний наддув (іноді званий інерційним або акустичним), реалізований за рахунок коливальних явищ у трубопроводах;
динамічний наддув (швидкісний або пасивний наддув) збільшує тиск увпускному колекторі за рахунок повітрозабірників особливої формипри русі з високою швидкістю;
рефрижераційний наддув досягається випаровуванням у повітрі, щонадходить, палива або будь-якої іншої горючої рідини з низькоютемпературою кипіння і великою теплотою пароутворення, наавтомобільних двигунах не застосовується. Відзначимо, що існуютьдеякі розбіжності в поняттях, і резонансний наддув іноді називаютьдинамічним. У даній статті ми під динамічним наддувом розумітимемотільки збільшення тиску на впуску за рахунок повітрозабірниківособливої форми. Потужність двигуна. Основним елементом у такійсистемі є нагнітач, що наводиться безпосередньо від колінчастоговалу двигуна. Механічний нагнітач здатний закачувати повітря вциліндри при мінімальних оборотах і без затримки, збільшуючи тискнаддуву строго пропорційно до оборотів двигуна, що є важливоюперевагою подібної схеми. Однак механічний наддув має і істотнийнедолік – він відбирає на свою роботу частину потужності двигуна.На відео нижче екстремальний трицикл «Rocket 2» з механічнимнаддувом.
< /p>
Всі види механічних нагнітачів можна підрозділити на об'ємні(«Рутс», «Лісхольм» та ін.) та відцентрові.
Нагнітач типу «Рутс»/«Ітон
Схема роботи нагнітача типу «Рутс»/«Ітон»
Брати Рутс розробили свій нагнітач ще в 1859 р. Він відноситься дооб'ємних роторних шестерним машинам для подачі газових середовищ.Спочатку він використовувався як вентилятор для провітрюванняпромислових приміщень. Конструкція його була дуже проста:двіпрямозубі «шестірні», що обертаються в протилежних напрямках, поміщені в загальний кожух, перекачують об'єми повітря відвпускного колектора до випускного в просторі між своїми зубами івнутрішньою стінкою корпусу.
< У 1949 році інший американський винахідник - Ітон (Eaton) -удосконалив конструкцію:прямозубі «шестірні» перетворилися накосозубі ротори, а повітря почало переміщатися не поперек їх осейобертання, а вздовж. Принцип роботи при цьому не змінився - повітрявсередині агрегату не стискається, а просто перекачується в іншийоб'єм, звідси і назва - об'ємний нагнітач. >
В даний час вдосконалення нагнітачів даного типу йде шляхомзбільшення кількості зубів-лопаток, якщо спочатку в нагнітачі Ітонабуло по дві лопатки на роторі, то сьогодні їхня кількість досяглачотирьох – «Eaton» TVS» 2. Збільшення числа лопаток дозволяєзгладити основний недолік нагнітачів типу "рутс" - нерівномірністьподачі повітря, що створює пульсацію тиску. Крім того, для тих жецілей впускне та випускне вікно компресора роблять трикутним. Ціконструктивні хитрощі дозволяють досягти того, що такі компресорипрацюють досить тихо та рівномірно. Компресори такого типу мають щеодин істотний недолік. При видавлюванні стисненого в нагнітальномутрубопроводі створюється турбулентність, що сприяє зростаннютемператури повітряного заряду, тому поряд із звичайним зростаннямтемператури від безпосередньо підвищення тиску відбуваєтьсядодатковий нагрівання. У цьому зв'язку сучасні нагнітачі даноготипу в обов'язковому порядку оснащуються інтеркулерами. Можливостівивели такі компресори на дуже високий рівень продуктивності.Основні переваги нагнітачів «Рутс» полягають у простоті конструкції (мала кількість деталей та мала швидкість обертання роторів роблятьтакі нагнітачі дуже довговічними), компактності, ефективності намалих та середніх оборотах двигуна, низькому рівні шуму порівняно звідцентровими компресорами.
<
Центробіжний нагнітач
Центробіжний нагнітач
складі турбонаддува. Основна деталь відцентрового нагнітача -робоче колесо, або крильчатка. Вона має досить складнуконусоподібну форму. Лопатки крильчатки грають найголовнішу роль.Від того, наскільки правильно вони спроектовані та виготовлені, залежить результативна ефективність всього нагнітача. Отже, повітря, пройшовши повітряним каналом, що звужується, в нагнітач, потрапляє на радіальні лопаті крильчатки. Лопаті закручують івідкидають його відцентровою силою до периферії кожуха, де єдифузор. Найчастіше дифузор має лопатки (іноді з регулюванням кутаатаки), покликані знизити втрати тиску. Далі повітря виштовхуєтьсяв окружний повітряний тунель (повітрозбірник), який найчастіше маєравликоподібну форму (повітрозбірник, описуючи коло, поступоворозширюється в діаметрі). Така конструкція створює необхідний тискповітряного потоку на виході з нагнітача. Справа в тому, щовсередині кільця повітря спочатку рухається швидко і його тискмало. Однак наприкінці равлика русло розширюється, швидкістьповітряного потоку знижується, а тиск збільшується.
У силу самого принципу роботи у відцентрового нагнітачів є одиністотний недолік. Для ефективної роботи крильчатка має обертатисяне просто швидко, а дуже швидко. Фактично виробляється відцентровимкомпресором тиск пропорційно квадрату швидкості крильчатки.Швидкості можуть бути 40 тис. Об/хв і більше, а високонапірнихкомпресорів дизелів вони наближаються до 200 тис. Об/хв. І якщопривод здійснюється від двигуна за допомогою ремінної передачі нашків турбіни, шум від такого пристрою досить сильний. Проблемашумності та ресурсу елементів приводу частково знімається введеннямдодаткового мультиплікатора, який знижує ККД механічного нагнітача.Високі робочі обороти накладають особливі вимоги на якістьматеріалів і точність виготовлення (враховуючи величезнінавантаження від відцентрових сил). До мінусів самого принципунагнітання можна також зарахувати деяку затримку в спрацьовуванні.Як правило, відцентровий нагнітач дає збільшення потужності надосить високих оборотах двигуна. Спочатку тиск зростає повільно, але потім, зі збільшенням оборотів, досить різко зростає. Цяособливість робить відцентрові нагнітачі найбільш придатними длятих випадків, коли важливіше підтримка високих швидкостей, а неінтенсивність розгону. Сприяли тому, що компресори цього майжевитіснили інші, дорожчі і складні типи, особливо у сфері тюнінгу.Недоліки даного типу нагнітачів відомі:підвищені шум і зношування, ефективне збільшення потужності тільки на високих оборотах.
Слід також розповісти про гвинтовий нагнітач або нагнітач типу«Лісхольм» («Lysholm»). Компресори цього типу інодівикористовуються для збільшення потужності двигуна. Перший у світігвинтовий нагнітач був виготовлений та запатентований шведськимінженером Альфом Лісхольмом у 1936 р. Він також як і «Рутс»відноситься до роторних об'ємних нагнітачів. Два ротори звзаємодоповнювальними профілями захоплюючи повітря, що надходить, починають взаємне зустрічне обертання. Порція повітряпроштовхується вперед уздовж роторів. Ротори мають між собоюнадзвичайно малі зазори – це забезпечує високу ефективність тадосить малі втрати. Основна відмінність гвинтового компресора відоб'ємних роторно-шестерних нагнітачів - наявність внутрішньогостиску, отже, не виникає додаткової турбулентності як урутс-компресорів. Це забезпечує їм високу ефективність нагнітанняпрактично на всій шкалі обертів двигуна. Для досягнення великихзначень тиску може знадобитися охолодження корпусу компресора.
Лісхольм
Компрекс
Електричний нагнітач
Нагнітач типу «Лісхольм»
Основні плюси нагнітачів типу «Лісхольм»:висока ефективність (кКДблизько 70%), надійність та компактна конструкція. Крім того, гвинтові компресори досить тихі при правильному проектуванні тавиготовленні. Тут і криється єдиний їхній мінус. Справа в тому, щоротори цих компресорів мають дуже складну форму і, як наслідок, дороги. З цієї причини нагнітач «Лісхольм» практично незустрічається в масовому автомобільному виробництві. З тієї жпричини і компаній, що виробляють ці прогресивні нагнітачі, не такбагато. («Comprex»), розроблений фірмою «Браун енд Бовері» (швейцарія), що полягає у використанні тиску відпрацьованих газів, що діють безпосередньо на потік повітря, що подається в двигун.Показники двигуна такі ж, як і у разі використання турбокомпресора, але турбіна і відцентровий нагнітач, для виготовлення табалансування яких потрібні спеціальні матеріали та високоточнеобладнання, відсутні.
Схема системи «Comprex»
Головна деталь у системі «Компрекс» — це лопатевий ротор, щообертається в корпусі з частотою обертання, втричі більшої частотиобертання колінчастого валу двигуна. Ротор встановлений у корпусіна підшипниках кочення і рухається клиновим або зубчастим ременемвід колінчастого валу. Привід компресора типу «Компрекс» споживаєтрохи більше 2% потужності двигуна. Агрегат «Компрекс» не єкомпресором у сенсі слова, оскільки його ротор має лише канали, паралельні осі обертання. Ця система наддуву є єдиним випущенимвеликою партією нагнітачем із хвильовим обмінником тиску. Він, як імеханічний нагнітач, приводиться в дію від розподільчого валу, алевикористовує отриману енергію лише для синхронізації частотиобертання ротора з частотою обертання розподільного валу двигуна, аповітря стискає енергія відпрацьованих газів. Ротор має каналипаралельні осі його обертання, де повітря, що поступає в двигун, стискається тиском відпрацьованих газів. Торцеві зазори роторагарантують розподіл газів, що відпрацювали, і повітря по каналахротора. На зовнішньому контурі ротора розташовані радіальніпластини, що мають невеликі зазори з внутрішньою поверхнею корпусу, завдяки чому утворюються канали, закриті з обох боків торцевимикришками.
У правій кришці є вікна:а - для подачі відпрацьованих газів віддвигуна в корпус агрегату і г - для відведення газів, щовідпрацювали, з корпусу у випускний трубопровід і далі - ватмосферу. У лівій кришці є вікна:б — для подачі стисненого повітряв двигун і д — для підведення свіжого повітря в корпус із впускноготрубопроводу е. Переміщення каналів при обертанні ротора викликаєїхнє почергове з'єднання з випускним та впускним трубопроводамидвигуна.
При відкриванні вікна а виникає ударна хвиля тиску, яка зішвидкістю звуку рухається до іншого кінця випускного трубопроводу іодночасно направляє в канал ротора гази, що відпрацювали, незмішуючи їх з повітрям. Коли ця хвиля тиску досягне іншого кінцявипускного трубопроводу, відкриється вікно б і стисненевідпрацьованими газами повітря в каналі ротора буде виштовхнути знього в трубопровід до двигуна. Однак ще до того, як відпрацьованігази в цьому каналі ротора наблизяться до його лівого кінця, закриється спочатку вікно а, а потім вікно б, і цей канал ротора звідпрацьованими газами, що знаходяться в ньому під тиском, з обохсторін буде закритий торцевими стінками корпусу. br>
При подальшому обертанні ротора цей канал з відпрацьованими газамипідійде до вікна г у випускний трубопровід і відпрацьовані газивийдуть у нього з каналу. При русі каналу повз вікна виходятьвідпрацьовані гази ежектують через вікна свіже повітря, яке, заповнюючи весь канал, обдуває і охолоджує ротор. Пройшовши вікнагід, канал ротора, заповнений свіжим повітрям, знову закривається зобох боків торцевими стінками корпусу і, таким чином, готовий донаступного циклу. 3
Описаний цикл дуже спрощений у порівнянні з тим, що відбуваєтьсянасправді і здійснюється лише у вузькому діапазоні частотиобертання двигуна. Тут криється причина того, що відомий вжепротягом тривалого часу цей спосіб наддуву практично незастосовується в автомобілях. "Comprex" був серійно використаний вдизельних моделях двох знаменитих марок:"Opel" у 2, 3-літровому"Senator" і "Mazda" 626" у 2, 0-літровому чотирициліндровому моторі.Але «Opel» ставив компрекс-нагнітач на свої моделі всього рік (до1986 року), на відміну від компанії «Mazda», яка постачала своїдвигуни з компрекс-наддувом до 1996 року, поки в червні 1997 рокувін остаточно не був знятий з програми виробництва.
Своя перевага компрекс-нагнітач виявляє вже на низьких оборотахдвигуна, тому що при цьому йому цілком достатньо і малого обсягувідпрацьованих газів для того, щоб отримати високий ступіньстиснення. У цьому полягає важлива відмінність відтурбонагнетателя, кількість відпрацьованих газів у якому перебуваєу прямої залежності від приводу компресора. Також застосуванняагрегату наддуву "компрекс" замість турбокомпресора знижує шумдвигуна, так як він працює при більш низькій частоті обертання.Система електричного наддуву розроблялася фірмою «Controlled PowerTechnologies» (зараз увійшла до складу підрозділу силових агрегатівкомпанії «Valeo») протягом трьох років. На відміну відтурбонаддува, де відцентровий нагнітач приводять в дію вихлопнігази, або механічного наддуву, де нагнітач пов'язаний з колінчастимвалом двигуна, в системах з електричним наддувом нагнітачобертається електродвигуном. Зазвичай подібні системи єкомбінованими, оскільки використання електричного та турбонаддувуспільно дає суттєвий виграш, дозволяючи уникнути турбоями нанизьких оборотах двигуна. Одному пристрої електричний ітурбонагнітач. Компанія «Audi» нещодавно представила системуелектричного наддуву, що працює за схемою, відмінною від схеми«Controlled Power Technologies». Система «Audi» (на рис. Нижче)використовує подвійний наддув:звичайна турбіна працює на середніх івисоких оборотах, а електрична — на малих, крім турбоями.
Система електричного наддуву «Audi»
< /У Audi збираються забезпечити електричним наддувом власнідизельні мотори. На заводі компанії вже зібрано пробний зразоктрилітрового V6 TDI з подібним подвійним наддувом. У системізадіяно компактний електродвигун, здатний швидко розкрутити турбінудо високих швидкостей. Виникнення додаткового споживача ніяк неповинно відбитися на загальному рівні енергоспоживання, оскількивтрати на розкручування турбіни перекриються за допомогою системирекуперації. Увага до електричного наддуву останнім часом виявляютьтакож компанії "Ricardo", "Ford" та "BMW". Остання нещодавноотримала патент на електротурбіну власної конструкції, а компаніяFord працює спільно з Controlled Powertrain Technologies і Valeoнад трициліндровим двигуном Hyboost з електронаддувом. «Valeo»стане першим постачальником комплектуючих, який запропонує на ринокцілий спектр електричних нагнітачів. У систему динамічного наддуву (читайте нижче). Рух повітря в них здійснюється в осьовомунапрямку. Один або пара послідовних або паралельних вентиляторів зелектромоторчиком, будучи встановленими в пов...
Коментарі4
Чітенько, я заїду ...
Компрекс також ставився на WV Corrado. Система цікава, але має мінуси. Як зазначено в статті - вузький діапазон роботи і (особливо на дизелях) - забиваються лопаті сажею.
прикольно)))хороша стаття але виключно для пізнання ... на жаль, ІМХО, але на тому рівні що зараз доступні компресори це лажа вже краще турбіна з усіма витікаючими)))спасибо)))удачі)))
Прочитав лише перший абзац, інше на роботі вже вдень читатиму, інфа така, для загального розвитку)