0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое компрессорный нагнетатель двигателя

Компрессор на ВАЗ

Прокачать «сердце» автомобиля, усилить его движущую мощь хочет каждый автолюбитель. Есть несколько способов для получения заметного результата, но самым простым и распространенным является оборудование двигателя наддувом воздуха. Благодаря этому простому методу, можно добиться значительной прибавки лошадиных сил без увеличения рабочего объема, что в последнее время активно применяется большинством зарубежных автопроизводителей. Самыми распространенными являются турбокомпрессоры и приводные нагнетатели, которые на первый взгляд очень похожи, но в действительности имеют различия в конструкциях, тем самым оказывая разное влияние на характер автомобиля.

Чтобы понять, как работает эта система, не нужна специальная подготовка. Всё довольно просто: в цилиндры подается дополнительная порция воздуха, которая создает положительное давление на впуске. Это изменение отслеживается системой управления двигателем, которая настроена на приготовление рабочей смеси оптимального состава, что заставляет ее увеличить подачу топлива. В итоге мы получаем состав, при сгорании которого выделяется больше энергии, что и приводит к повышению мощности двигателя.

Рассмотрим основные отличия данных систем. Источником энергии для турбокомпрессоров являются отработанные газы двигателя, которые вращают турбинное колесо устройства. В отличие от них, приводные нагнетатели используют механическую передачу от коленвала двигателя. Поэтому производительность наддува находится в прямой зависимости от частоты вращения мотора, то есть компрессор в любой момент обеспечивает необходимую подачу воздуха.

Типы приводных нагнетателей

За последние сто лет было создано много типов приводных нагнетателей, но в современном автомобилестроении применяются чаще всего только три разновидности: роторные, винтовые и центробежные. Подача воздуха в первых двух видах производится при помощи двух цилиндрических вращающихся роторов особой формы, а в третьем — лопатками крыльчатки.

Роторные компрессоры

Ключевыми характеристиками роторных компрессоров является простота конструкции, большой срок эксплуатации, уравновешенность, высокая чистота подаваемого воздуха и положительная зависимость давления воздуха за компрессором от частоты вращения роторов. Эта особенность важна при работе двигателя в часто меняющихся режимах. Воздух в рабочей полости компрессора не сжимается, поэтому роторные приводные нагнетатели еще называют компрессорами с внешним сжатием. Устройства эффективны только при умеренной степени повышения давления, которая равна отношению величины давления нагнетания к давлению всасывания. При росте давления на впускном окне, КПД компрессора резко падает.

Чаще всего применяются роторные компрессоры, оснащенные двумя одинаковыми роторами и отличающиеся поперечным расположением впускного и выпускного окон в корпусе устройства. Это наглядно видно на приведенном рисунке.

К недостаткам таких компрессоров можно отнести заметную зависимость КПД устройства от величины зазоров между работающими деталями, большой нагрев, пульсацию давления нагнетания и сильный шум, которые заметны при применении простых в изготовлении прямозубых роторов. Исходя из этого, роторные компрессоры в основном используют для создания положительного давления со значениями не более 0,5-0,6 бара.

Стараясь уменьшить шум и улучшить равномерность подачи воздуха, роторы делают спиральной формы. Но даже эти ухищрения, как и применение окон клиновидной формы, только уменьшают пульсацию давления. Устранить ее полностью в компрессоре с внешним сжатием практически невозможно. Заметного уменьшения амплитуды пульсаций позволяет добиться применение трехзубчатых роторов вместо двухзубчатых. В этом случае период пульсации давления и скорости в проточной части устройства соответствует 60° угла поворота роторов.

Винтовые компрессоры

В отличие от роторного типа устройств, винтовые компрессоры обеспечивают диагональное движение воздуха в проточной части. Внутреннее сжатие достигается изменением объема полостей между корпусом и вращающимися винтовыми роторами. Такая конструкция позволяет получать довольно высокую степень повышения давления воздуха при высоком КПД (более 80%). Большая скорость вращения компрессора (до 12 тыс. об/мин) позволила снизить его габариты, к тому же появилась возможность использовать привод от газовой турбины.

Основными преимуществами винтового компрессора являются его высокая надежность и уравновешенность. Нагнетаемый воздух не содержит примесей масла, поэтому он наиболее пригоден для работы с поршневым двигателем.

Недостатком такого компрессора часто называют особую сложность формы роторов и их массивность, что ведет к их высокой стоимости. При работе винтовой компрессор производит шум высокой частоты, который вызывается пульсациями давления в режимах всасывания и нагнетания.

Рассмотрим конструкцию винтового компрессора на приведенном рисунке:

Его роторы представляют собой зубчатые колеса со спиральными зубьями, которые имеют большой угол наклона спирали. Профили зубьев и выемок роторов полностью соответствуют друг другу. В процессе работы зубья роторов не соприкасаются с корпусом и между собой, что достигается применением синхронизирующих шестерен на валах роторов. При этом отношение количества зубьев шестерен равно отношению количества зубьев соответствующих роторов. Основным распределительным органом при этом выступает ротор с впадинами.

Винтовые компрессоры могут создавать давление до 1 бара, а в некоторых случаях и выше, поэтому чаще всего применяются на мощных и скоростных автомобилях.


Центробежные компрессоры

Наибольшее распространение в двигателях внутреннего сгорания получили центробежные компрессоры. Этот тип устройств относится к лопаточным машинам, принцип действия которых основан на взаимодействии потока воздуха с лопатками рабочего колеса и неподвижных элементов машины. По сравнению с другими конструкциями, центробежные компрессоры имеют более компактные размеры и относительно просты в изготовлении.

Читать еще:  Волга 3102 406 двигатель расход топлива

Конструкция центробежного компрессора состоит из входного устройства, рабочего колеса (крыльчатки), и диффузора, который включает в себя безлопаточную и лопаточную части, причём последняя может отсутствовать. Также имеется воздухосборник, чаще всего выполняемый в виде улитки. В центробежном компрессоре воздух, пройдя через фильтр, попадает во входное устройство, которое для устойчивости потока постепенно сужается по направлению движения и служит для равномерного его подвода к колесу при минимальных потерях. Рабочее колесо устанавливается на шлицах, но в случае небольших размеров, может крепиться на гладком валу, который через механическую передачу связывается с коленвалом двигателя или рабочим колесом газовой турбины.

Основополагающими параметрами центробежного компрессора являются: расход воздуха, степень повышения давления и КПД компрессора. В современных устройствах, применяемых для наддува двигателей внутреннего сгорания, эти параметры могут изменяться в широком диапазоне. Так, например, степень повышения давления в компрессорах, приводимых в движение валом двигателя, может достигать 1,2 единиц. А в случае использования центробежного компрессора в форсированном комбинированном двигателе ее значение может достигать 3-3,5.

Центробежные компрессоры имеют много общего с турбокомпрессорами. Они довольно компактны, имеют небольшую цену и достаточно долговечны. Конечно, они не отличаются большим КПД и теряют свою эффективность на малых оборотах, но довольно часто применяются на отечественных автомобилях ВАЗ.

Хорошим примером такого устройства может служить компрессор «АutoTurbo» для ВАЗ 2110-2112 16V, 2170-2172 16V. Он может быть установлен на модель Лада-Приора, оснащенную ГУР или кондиционером. В комплекте используется серийный компрессор PK 23-1, создающий избыточное давление наддува до 0,5 бар при скорости вращения 5200 об/мин. Для его установки не требуется внесения изменений в конструкцию двигателя, только рекомендуется понизить степень сжатия путем замены штатной прокладки головки блока на более толстую. Разработчики изначально рассчитывали на максимальное упрощение установки компрессора, поэтому он может быть установлен автолюбителем самостоятельно.

Для установки на модель Нива-Шевроле предназначен центробежный компрессор «АutoTurbo» с установочным комплектом для ВАЗ 2123. В устройстве применен компрессор ПК-23, который при своевременной замене ремня и подшипников обладает неограниченным ресурсом. Создавая давление наддува до 0,5 бар, устройство отличается сравнительно небольшими габаритами и бесшумностью работы. Данный нагнетатель может устанавливаться на любые двигатели с максимальным объёмом 3 л.

Нагнетатель воздуха – зачем он нужен?

Для понимания места и роли нагнетателя воздуха необходимо вспомнить основы работы ДВС. В цилиндры двигателя авто поступает топливно-воздушная смесь (ТВС), сгорание которой и обеспечивает работу мотора. Соотношение между бензином и воздухом поддерживается на определенном уровне и зависит от режимов работы и нагрузки двигателя. Количество ТВС в цилиндре при обычных условиях ограничено его объемом, попадает она туда благодаря создаваемому разрежению на такте впуска, тогда мотор авто всасывает необходимое количество смеси.

Вот здесь и скрыта тонкость, позволяющая повысить мощность двигателя. Если в него подавать ТВС под давлением, то в тот же самый объем ее поместится гораздо больше, и значит, в процессе сгорания смеси выделится больше энергии и увеличится мощность, которую способен развивать силовой агрегат. Для увеличения объема воздуха, идущего в цилиндры двигателя авто, используется нагнетатель (компрессор). Так называется механизм для сжатия и подачи газа под давлением.

Дополнительным преимуществом может стать экономия топлива, т. к. необходимой мощности можно добиться от мотора меньшего объема.

Устройство и разновидности компрессоров

Система наддува состоит из:

  • Компрессора;
  • Интеркулера;
  • Заслонки перепускного трубопровода;
  • Дроссельной заслонки;
  • Системы фильтрации воздуха, представленную простым воздушным фильтром;
  • А также нескольких датчиков (давления наддува, и температурных во впускном коллекторе).

Управление суперчарджером происходит при помощи дроссельной заслонки. На высоких оборотах она открыта, а заслонка трубопровода закрыта, поэтому весь воздушный поток идет во впускной коллектор. Без нагрузки мотор работает на малых оборотах, заслонка при этом открыта лишь частично, а заслонка трубопровода — на 100%. В итоге, часть воздуха возвращается на вход к компрессору. Для улучшения степени сжатия воздух охлаждается интеркулером на

По каким параметрам можно судить о пригодности компрессора для того или иного автомобиля?

Их много, но чтобы выделить самый главный, достаточно вспомнить принципы работы двигателя. Казалось бы, что общего между скромной 1,5- литровой „четверкой» компактного хэтчбека и 12-цилиндровым произведением искусства под капотом BMW или Ferrari? Эти агрегаты разительно отличаются и объемом, и мощностью, и оборотами, при которых она достигается. Буквально всем! Но есть и сходства. Во-первых, разные моторы одного поколения имеют близкий механический КПД.

То есть на трение колец и подшипников мы тратим примерно одинаковое количество процентов от полезной работы газа в цилиндрах. Во-вторых, эта самая работа, выполняемая каждым килограммом смеси воздуха и топлива, строго зависит от степени сжатия и температуры сгорания. Последняя же при нормальных регулировках системы питания почти идентична как для двигателя мопеда, так и для агрегата от болида Формулы 1. А это значит, что практически одинаковой будет и мощность на коленвале, развиваемая этим килограммом воздуха в смеси с топливом.

Читать еще:  Электронные схемы управления двигателем постоянного тока

Все это вместе взятое имеет очень важные последствия. Оказывается, компрессору все равно, сколько клапанов, цилиндров и литров рабочего объема имеет мотор. Главное, чтобы он расходовал нужное количество воздуха, что, как мы выяснили, соответствует совершенно определенному количеству лошадей.

Выходит, что кроме оптимального давления для нагнетателя, по большому счету, важна лишь мощность, которую мы рассчитываем получить от надутого им двигателя. То есть если мотор нашей Лады под избыточным давлением 0,6 кг/см2 будет развивать 150 л. с. (а он на это вполне способен!), то турбокомпрессор КОЗ от популярных 150-сильных „Фольксвагенов» и „Ауди“ с шильдиком 1,8 Turbo на корме нам придется впору. Пусть наш агрегат выдаст эту мощность на чуть больших оборотах (объем-то меньше!), но все будет работать как надо: режимы нагнетателя будут точно такими же, как и у автомобиля-донора. Конечно, этим вариантом спектр возможностей не ограничивается. Но золотое правило работает почти в любом случае: если совпадают давление наддува и расходы воздуха, то компрессор нам, скорее всего, подойдет. Первый параметр можно измерить на оборудованном им живом моторе (или выяснить у тех, кто это делал), а второй определяется мощностью, которую легко узнать из каталога.

Остается выполнить лишь одно условие. Планируемое нами давление должен спокойно выдерживать двигатель. И если оно достаточно большое, то не обойтись без уменьшения степени сжатия — иначе возможна детонация. Для решения этой проблемы, как правило, приходится изменять и настройки системы управления, которая вдобавок должна обеспечивать форсированный мотор положенным объемом топлива.

Назначение

Назначение компрессорной установки состоит в получении сжатого воздуха или другого необходимого газа с целью использования его энергии.

Установки для повышения давления широко применяются в различных областях народного хозяйства. Они являются основой технологического оборудования для химического производства, применяются в транспортировании природного газа, а так же при добыче нефти и газа.

Стационарные компрессорные установки широко применяются на промышленных предприятиях в основном для обслуживания заданных технологических процессов. Зачастую такие установки полностью автоматизированы и снабжены специальной аппаратурой, которая информирует оператора о изменении режима работы.

Кроме того бывают и передвижные установки. Они монтируются на прицепе или автомобильном шасси и состоят из компрессора (воздушного или поршневого), двигателя и воздухозаборника оборудованного фильтром.

Воздушный или объёмный компрессор используется для перекачивания порций газа строго фиксированного объёма. Принцип работы такого агрегата основан на попеременном заполнении газом определенной камеры компрессора с последующим вытеснением газа далее в магистраль.

Поршневой компрессор обеспечивает перемещение газа благодаря возвратно-поступательному движению поршня в цилиндре по двухтактному принципу впуск, затем выпуск газа без какого-либо сжатия.

В последнее время широко используется винтовой компрессор — он представляет собой агрегат промышленного назначения, нагнетающий воздух посредством винтовой пары.

Винтовой компрессор оборудован двумя винтами, один из которых имеет вогнутую поверхность, второй – выпуклую. Винты и корпус компрессора вместе образуют объем рабочей камеры. В процессе вращения винтов размер камеры растет, а по мере удаления выступов на роторах от впадин осуществляется всасывание.

В определенный момент две поверхности образуют общий объем, который постепенно сокращается в результате движения элементов в направлении отверстия нагнетания и происходит вытеснение газа.

Устройство, схема, состав компрессорной установки

Давайте рассмотрим из чего состоит схема компрессорной установки:
1 — охладитель
2 — компрессор
3 — фильтр
4 — маслоуловитель
5 — ресивер
6,7 — коллекторы холодной и сбросной воды

Основным оборудованием являются компрессор с двигателем, маслоотделитель, охладители и ресивер(воздушный баллон). Вспомогательное оборудование включает фильтр на всасывающей трубе компрессора, предохранительные клапаны и контрольно-измерительную аппаратуру.

Каждый компрессор снабжается ресивером (воздушным или газовым баллоном), основное назначение которого состоит в выравнивании кратковременных колебаний давления в воздухопроводах.

Кроме того, ресивер служит для отделения влаги и паров масла из газа – с этой целью устанавливают сепарирующие устройства.

Ресиверы помещают снаружи помещения, потому что они взрывоопасны.

Кроме того в устройство компрессорной установки входят охладители газа. Они располагаются между ступенями компрессоров, и обычно представляют собой трубчатые вертикальные или горизонтальные теплообменники. В компрессорных установках небольшой производительности они располагаются непосредственно на цилиндровом блоке компрессора.

Схема компрессорной установки большой производительности позволяет расположить охладители вблизи компрессоров как отдельно стоящие аппараты.

С целью очистки газа, подаваемого компрессором и для поддержания в чистоте проточной полости, на всасывающей трубе компрессора ставят газовый фильтр.

Ранее применялись главным образом матерчатые фильтры. В настоящие время устанавливают масляные фильтры.

Они представляют собой цилиндрические или прямоугольные замкнутые резервуары, наполненные рыхлым материалом (металлическая стружка, кольца Рашига), смоченным в вязком масле. Поток газа, проходящий через слой такого материала, хорошо очищается от пыли.

Процедура промывки и регенерация фильтра очень просты, а сам он надёжен в эксплуатации.

Маслоотделители располагают между ступенями компрессора за охладителями. Их назначение – удалять из газа, подаваемого компрессором, взвешенные капельки масла, использованного в предыдущей ступени.

Действие маслоотделителей основано на выбрасывании частичек масла из потока под действием сил инерции, возникающих при изменениях движения газа. Маслоотделители бывают с рыхлой засыпкой как у воздушных фильтров или в виде цилиндрических центробежных аппаратов – циклонов.

Читать еще:  Все двигатели ваз технические характеристики таблица

Предохранительные клапаны устанавливаются между ступенями компрессора на промежуточных охладителях и ресивере. Их назначение состоит в предохранении установки от чрезмерного повышения давления. Предохранительные клапаны бывают грузовыми и пружинными.

Коммуникация компрессорной установки состоит из системы газопроводов и трубопроводов охлаждающей воды.

Большое значение для правильной эксплуатации компрессорной установки имеет контрольно-измерительная аппаратура, по показаниям которой судят о правильности работы установки.

В состав компрессорной установки входит и контрольно-измерительное оборудование.

Манометры устанавливают на промежуточных охладителях и ресивере для наблюдения за давлением газа, подаваемого компрессором. Для контроля за давлением масла в системе смазки ставится манометр на напорном патрубке масляного насоса.

Система охлаждения компрессорных установок состоит из коллекторов холодной и сбросной воды поз. 6 и 7.

Давление охлаждающей воды контролируется по манометру на коллекторе, от которого проводят водопроводы к отдельным компрессорам.

Охлаждение компрессорных установок осуществляется с помощью воды, наличие которой в системе обязательно контролируется по сливу воды в воронки на сбросном коллекторе.

Наличие охлаждающей воды в системе охлаждения обязательно контролируется по сливу воды в воронки на сбросном коллекторе.

Обязательному контролю подлежат температуры воздуха перед каждым охладителем и за ним, а так же конечная температура газа на выходе из компрессора: контролируются температуры охлаждающей воды в коллекторе и на выходе из рубашек цилиндров и всех охладителей.

В мелких установках контроль за температурой осуществляется ртутными термометрами, поставленными в гильзы с маслом.

В крупных компрессорных установках показания всех контрольно-измерительных приборов компрессоров передаются дистанционно на центральный щит. Сюда же поступают показания электрических приборов, контролирующих мощность, потребляемую электродвигателями компрессоров, а также показания расходомеров компрессоров.

Работа компрессорной установки

Работа компрессорной установки состоит из нескольких последовательных этапов:
во время всасывания воздух через воздушный фильтр попадает в рабочую полость цилиндра первой ступени
после сжатия в цилиндре, воздух через нагнетательный клапан поступает в охладитель
охлажденный в охладителе воздух направляется в цилиндр второй ступени и так далее пока не дойдет до последнего охладителя.
далее воздух попадает на маслоудалитель, в котором конденсат и масло удаляются методом периодической продувки.

Подробное описание и работа каждого элемента компрессорной установки приведены в разделе выше.

Видеоматериалы

Основные преимущества компрессорной установки это малые затраты энергии и экологичность. Такие установки способны работать с различными пневматическими агрегатами. Некоторые модели комплектуются устройствами для анализа газа.

Среди основных недостатков следует выделить большие габариты и ограничение в применении при отрицательных температурах.

Для работы на компрессорных установках требуется обученный и подготовленный персонал по специальности машинист компрессорной установки.

5. К какому типу компрессорных машин относятся центробежные компрессоры?

К лопаточным компрессорам, т.к. на рабочем колесе имеются лопатки, рабочее колесо центробежного компрессора состоит из корпуса, рабочих колес и направляющего аппарата.

6. К какому типу компрессорных машин относятся ротационные компрессоры?

К объемным компрессорам, т.к. изменяется объем рабочей камеры.

Принцип работы ротационных компрессоров вращения основан на всасывании и сжатии газа при вращении пластин.

• Пар заполняет имеющееся пространство

• Начинается сжатие пара внутри компрессора и всасывание новой порции хладагента

• Сжатие и всасывание продолжается

• Сжатие завершено, пар окончательно заполнил пространство внутри цилиндра компрессора

7. Какие типы компрессоров преимущественно используются при больших расходах?

При больших расходах используются динамические компрессоры

7. Какие типы компрессоров преимущественно используются при больших степенях увеличения давления?

Объемные, т.к. они создают большие давления.

8. Какие недостатки адиабатного сжатия газа в компрессоре?

Необходимо стремиться к изотермическому сжатию, учитывая экономию затрат энергии. Практически этот процесс реализовать не возможно. Приближение к изотермическому процессу сжатия осуществляется за счет использования интенсивного водяного охлаждения поршневых и роторных компрессоров, для которых эталонный процесс — изотермический. Центробежные и осевые компрессоры имеют неинтенсивное охлаждение. Для таких компрессоров эталонный процесс — адиабатный.

Спиральные компрессоры (нагнетатели)

Леон Креукс в 1905 году подал заявку на патент для создания паровой машины, которая в процессе 10 лет доработки превратилась в компрессор с двумя спиральными витками, восьмью струями вместо четырех, внешней и внутренней камерой расположенными по бокам с разворотом в 180 градусов. Но на тот момент думать о массовом производстве компрессоров было очень рано. Не было материалов способных выдержать рабочую температуру и оборудования для точной обработки деталей. Последнее является решающим фактором, поскольку любая погрешность в изготовлении деталей, качестве или структуре поверхности могла привести к значительной потери КПД, быстрой поломке всего двигателя и нагнетателя в частности. Из-за этого его применение в машиностроении началось гораздо позднее.

в середине 80-х годов начала активно экспериментировать с необычными спиральными компрессорами наиболее известными как G-lader устанавливая их на модели «Golf», «Passat», «Polo», «Carrado». Хотя сейчас это направление ею уже свёрнуто, работа инженеров VW в нем никогда не будет забыта. Их наработки продолжает использовать ряд (преимущественно немецких) производителей устанавливая спиральные компрессоры в свои авто.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector