Двигун з компресором: пристрій, переваги і недоліки

1. Компресор на атмосферний двигун
2. Як за рахунок компресора відбувається збільшення потужності двигуна
3. Механічний нагнітач: пристрій компресора на двигун автомобіля і принцип роботи
4. Види механічних компресорів
5. Переваги та недоліки компресора на двигун
6. Підведемо підсумки

Наша сеть партнеров Banwar

Після появи перших ДВС головним завданням конструкторів і інженерів з самого початку стало підвищення продуктивності силової установки. Іншими словами, основною метою є збільшення потужності двигуна . Як відомо, найпростішим способом стає рішення фізично збільшити робочий об'єм двигуна і кількість циліндрів. Двигун «засмоктує» з атмосфери більше повітря, в результаті можна спалювати більше палива.

При цьому такі силові агрегати зі збільшеним робочим об'ємом великі за розміром і вагою, їх дорого виробляти, не завжди вдається розмістити такий мотор в підкапотному просторі компактного легкового спортивного авто і т.д. Ще одним способом збільшення потужності двигуна є споруда такого агрегату, який буде «видавати» необхідну потужність і крутний момент без збільшення обсягу камери згоряння.

Вирішити завдання дозволяє примусове нагнітання повітря в циліндри під тиском. Для нагнітання повітря на багатьох ДВС використовується турбонаддув, ще одним рішенням є компресор (нагнітач механічний). У цій статті ми розглянемо, як влаштований і працює автомобільний компресор на двигун, а також які плюси і мінуси має компресорний двигун.

Компресор на атмосферний двигун

Почнемо з того, що установка компресора (нагнітача) у впускний системі двигуна дозволяє домогтися подачі потрібної кількості повітря для спалювання більшої кількості палива. Якщо просто, компресор-пристрій, який здатний створити на виході тиск, яке буде більше атмосферного.

З цим завданням справляються як звичайні механічні нагнітачі, так і турбокомпресор. При цьому головною відмінністю турбонагнетателя від компресора є те, що турбокомпресор розкручується за рахунок вихлопних газів, в той час як механічний компресор приводиться від клонували двигуна .

Як за рахунок компресора відбувається збільшення потужності двигуна

атмосферний двигун внутрішнього згоряння здійснює забір повітря зовні в той момент, коли поршень в циліндрі рухається вниз і створюється розрідження, в результаті чого повітря засмоктується в камеру згоряння. Кількість повітря, що поступає фізично обмежена робочим об'ємом, який має циліндр і камера згоряння. Після цього повітря змішується з паливом в певних пропорціях, після чого заряд (паливно-повітряна суміш) згоряє в циліндрах.

Здавалося б, щоб збільшити потужність мотора, потрібно подати більше палива, однак насправді це не так. Якщо просто, надлишок палива призведе до того, що без відповідної кількості повітря пальне не буде ефективно згорати. Виходить, щоб спалити більше палива, потрібно одночасно подати більшу кількість повітря.

Якщо врахувати, що об'єм двигуна не змінюється, тоді повітря потрібно подавати примусово під тиском. Це і є головне завдання компресора. Компресори створюють тиск у впуску, нагнітаючи повітря в циліндри. В цьому випадку залишається тільки впорснути більше палива, після чого така суміш ефективно горить і віддає енергію поршня. На практиці, нагнітач здатний підняти потужність мотора на 35-45%, наголошується близько 30% відсотків приросту крутного моменту в порівнянні з точно таким же атмосферним аналогом.

Механічний нагнітач: пристрій компресора на двигун автомобіля і принцип роботи

Як вже було сказано вище, механічні компресори наводяться в дію від колінчастого вала. Найчастіше для цього використовується приводний ремінь. Що стосується компресора, в його основі лежить ротор, який створює тиск повітря.

При цьому компресор повинен обертатися швидше клонували ДВС. Для цього провідна шестерня виготовляється більшою за розміром, ніж шестерні компресора. Компресор обертається з частотою близько 50 тис. Об / хв., Піднімаючи тиск PSI з 6 до 9 до дюймів на квадратний дюйм. З урахуванням того, що атмосферний тиск становить близько 14.7 фунтів на квадратний дюйм, компресор збільшує подачу повітря фактично в половину.

Додамо, що повітря, що нагнітається під тиском, сильно стискається і нагрівається, втрачаючи свою щільність. Простими словами, чим менше щільність, тим менша кількість повітря вийде подати в циліндри. Щоб збільшити кількість повітря, його додатково слід охолодити перед подачею у впуск.

За охолодження відповідає інтеркулер , Який буває повітряним і рідинним. Інтеркулери представляють собою радіатор, куди потрапляє гарячий стиснене повітря після виходу з компресора для охолодження.

Види механічних компресорів

Механічні компресори, які встановлюються на двигун внутрішнього згоряння:

• роторний компресор,
• двухвінтовой нагнітач;
• відцентровий компресор;

Основні відмінності полягають в тому, як реалізована подача повітря. Компресор роторний і двухвінтовой мають в своєму пристрої різні типи кулачкових валів. Відцентровий нагнітач обладнаний крильчаткою, яка затягує повітря всередину. Також відзначимо, що в залежності від розмірів і типу нагнітача безпосередньо залежить його ефективність.

• Наприклад, роторні компресори зазвичай мають великі розміри і ставляться зверху на двигун. В основі лежить великий ротор. При цьому дане рішення відрізняється меншою ефективністю, ніж аналоги, так як вага автомобіля сильно збільшується і створюється переривчастий потік повітря зі «сплесками», а не постійний і стабільний.
• Двогвинтовий компресор працює за принципом проштовхування повітря через пару менших за розміром роторів, схожих на червячную передачу. В результаті роботи повітря потрапляє в порожнині між лопатями роторів. Потім повітря стискається всередині корпусу роторів.

Ефективність такого рішення вище, проте вартість нагнітача більш висока, конструкція складніше і менш ремонтопригодна. Також двухвінтовой компресор галасливий, необхідно глушити характерний свист виходить під тиском повітря за допомогою додаткових рішень.

• Якщо розглядати відцентровий компресор, це рішення відрізняється від аналогів наявністю крильчатки, яка схожа на ротор. Крильчатка сильно розкручується, подаючи повітря в корпус компресора. При цьому за крильчаткою повітря рухається з високою швидкістю, але ще знаходиться під низьким тиском.

Щоб підняти тиск, повітря проходить через дифузор. Зазначений дифузор являє собою лопатки, розташовані навколо крильчатки. В результаті потік повітря після проходження через дифузор починає рухатися з малою швидкістю, але вже під високим тиском. Такий компресор найефективніший, легкий і невеликий за розмірами. Їх можна встановити перед мотором, а не на двигуні зверху.

Переваги та недоліки компресора на двигун

Отже, почнемо з очевидних плюсів. Перш за все, це збільшення потужності двигуна. Також слід виділити відносну простоту і дешевизну монтажу з мінімальними переробками впускної системи в порівнянні з установкою турбонаддува. Ще слід виділити відсутність турбоями завдяки прямого зв'язку механічного нагнітача з коленвалом.

При цьому компресори в залежності від типу можуть демонструвати різну ефективність. Одні дають відчутний приріст потужності на «низах» (колінвал обертається з невеликою частотою), тоді як інші збільшують потужність на середніх і високих оборотах. Як правило, роторний компресор і двухвінтовой розрахований на низькі обороти, відцентрові компресори добре працюють на високих.

• Тепер перейдемо до недоліків компресорів. Головним мінусом прийнято вважати відбір потужності у двигуна, так як компресор приводиться від коленвала. На практиці компресор забирає до 20% потужності двигуна. Виходить, загальна надбавка до 50% в реальності є фактичним збільшенням потужності на 25-30%.

Також установка компресора означає, що двигун починає відчувати більш високі навантаження. Такий мотор повинен бути виготовлений з використанням розрахованих на такі збільшені навантаження частин, що дозволяє реалізувати необхідний запас міцності.

В результаті виготовлення такого ДВС виходить більш витратним, автомобіль з компресором варто спочатку дорожче атмосферних версій. Ще потрібно враховувати, що компресор також потребує обслуговування, що збільшує загальні витрати на утримання ТЗ.

Підведемо підсумки

Як видно, механічні нагнітачі є одним з доступних і економічно обгрунтованих способів збільшення потужності атмосферного мотора. Як правило, дане рішення залишається затребуваним в різних видах автоспорту, при створенні унікальних проектів, під час побудови ексклюзивних спортивних авто і т.д.

Виробники компресорів часто пропонують готові «кити» під ключ, що дозволяє швидко встановити компресор на конкретну модель автомобіля з мінімальними доробками. Для любителів тюнінгу і форсування двигуна таке рішення у багатьох випадках більш виправдано в порівнянні з установкою турбонаддува на атмосферний мотор.

Наостанок зазначимо, що також можна зустріти мотори, на яких одночасно встановлена ​​турбіна і компресор. Хоча практична реалізація досить складна в технічному плані, такий підхід дозволяє домогтися максимальної віддачі від пристроїв з урахуванням різних режимів роботи ДВС і позбавити двигун від властивих даними технологіями недоліків, взятих окремо.

Наприклад, успішно реалізована зв'язка компресор + турбіна цілком здатна змусити двигун працювати таким чином, коли компресор забезпечує потрібну тягу «на низах», прибираючи турболаг (турбояму), потім після розкручування двигуна підключається турбіна. Практичною реалізацією такої схеми є двигун Volkswagen 1.4 TSI.