Ремонт турбокомпрессоров | Турбины для тюнинга

Ремонт турбин Продажа турбин Каталог турбин Статьи Контакты  

Сжатие воздуха механическим компрессором

В последнее время снова возрос интерес автопроизводителей к сжатию воздуха механическими системами (объемными компрессорами).

Сжатие воздуха при помощи механических систем - это альтернатива турбокомпрессорам для небольших двигателей.

Компрессоры, работающие по объемному принципу, работают с внутренней компрессией или без нее. Среди компрессоров с внутренней компрессией имеются, к примеру, всасывающие насосы-компрессоры, винтовые и с перегородкой. Примером компрессора без внутренней компрессии является компрессор Roots.

Все вышеописанные компрессоры, работающие на объемном принципе, обладают общими характерными особенностями, которые можно проанализировать, сравнивая их с диаграммой работы компрессора Roots.

- Круговые линии n = const означают, что объем потока V лишь незначительно снижается при возрастании соотношения давлений р1/р2. Уменьшение объемного потока объясняется утечкой воздуха через неплотности. Это зависит от соотношения давлений р1/р2 и от времени, а не от числа оборотов. Отсюда следует, что:

- Соотношение давлений р1/р2 не имеет никакого отношения к числу оборотов. Таким образом, уже при небольшом потоке можно получить значительное соотношение давлений.

- Объем потока V не зависит от соотношения давлений, но приблизительно прямо пропорционален числу оборотов.

- В любом режиме отсутствует нестабильность. Компрессор может использоваться во всем диапазоне р1/р2, определяемом размерами компрессора.

Использование новых износоустойчивых материалов и новых технологий производства, позволяющих получить стабильное качество, вернули механические компрессоры на рынок. Так как механический компрессор приводится прямо от коленвала двигателя, он вызывает мгновенную реакцию на нажатие педали акселератора. Это особенно проявляется при низком числе оборотов.

Поскольку отработавшие газы не используются для привода компрессора, они могут быть отведены напрямую, что дает намного более низкую внутреннюю температуру двигателя. В случае колебаний давления наддува температура отработавших газов изменяется в случае механического компрессора меньше, чем у турбокомпрессора, что благоприятнее для работы катализатора.

Введение катализатора для небольших дизельных двигателей способствует применению механических компрессоров.

Действительно, сопротивление в системе выпуска неблагоприятно для турбокомпрессоров. С другой стороны, у турбокомпрессора имеются следующие преимущества: он компактнее, его масса меньше, его давление наддува проще регулируется, он менее шумный и более мощный на высоких оборотах. Поэтому есть двигатели, оснащенные одновременно и механическим компрессором, и турбокомпрессором, например, Volvo D6A.

6.1. Компрессор Roots

Компрессор Roots - наиболее распространенный тип компрессора; он существует почти столько же, сколько и двигатель внутреннего сгорания. Роторы с механическим приводом, вращаясь, сжимают воздух, не касаясь друг друга и стенок корпуса.

Форма роторов и корпуса определяется их конструкцией, выбором материалов и износоустойчивостью. Синхронизация вращающихся роторов осуществляется при помощи шестерен (вращающихся вне компрессионной камеры). Используя компрессор, подающий больше воздуха, чем может всосать двигатель, создают избыточное давление наддува, увеличивающее мощность двигателя.

Компрессор Roots имеет почти такой же "возраст", как бензиновый двигатель. Он был назван в честь своих изобретателей, братьев Рутс.

Этот тип компрессоров имеет два таких недостатка, как тенденция к перегреву при торможении двигателем и излишняя подача воздуха при работе двигателя на холостом ходу. В качестве решения первой проблемы был создан разгрузочный клапан, который разгружает компрессор, когда производится торможение двигателем.

6.2. Спиральный компрессор

В спиральном компрессоре имеется внутреннее давление. Реализация этого принципа была затруднена из-за сложности смазки движущихся спиралей. На сегодняшний день во всех компрессорах используются современные износоустойчивые материалы, которым не требуется смазка.

Спиральный компрессор (в концерне VW он называется компрессором "G"), по типу используемой спирали, характеризуется низкими скоростями перемещения скольжения (при 10.200 об/мин - всего лишь 5,1 м/с), он герметичен благодаря использованию материала PTFE в бронзовом сплаве. Мощность компрессора увеличивают, изменяя ширину спиралей.

Принцип работы компрессора "G"

Рассмотрим работу компрессора "G". Для большей ясности будем рассматривать только работу спирали "а", хотя имеются две спирали "а" и "b" с одной стороны объемной спирали и еще две - с другой стороны. При каждом эксцентрическом движении объемной спирали происходит четыре рабочих цикла:

  1. С внутренней стороны объемной спирали "а", между спиралью и крышкой, впускается воздух. С наружной стороны спирали воздух проходить не может.
  2. Когда ось объемной спирали поворачивается на 90°, объемная спираль "а" отклоняется от спирали, установленной на крышке. Внутрь засасывается больше воздуха, в то время как воздух с наружной стороны спирали прокачивается в направлении впуска в двигатель через отверстие "с".
  3. При повороте спирали на 180° спираль "а" закрывает воздух со своей внутренней стороны, а воздух с наружной стороны может протекать. В центре продолжается перекачка воздуха к двигателю.
  4. При повороте спирали на 270° происходит максимальное всасывание с внутренней стороны спирали "а", в то время как сжатый воздух, который находится с наружной стороны спирали "а", проходит к двигателю.

6.3. Компрессор Wankel

Фирма Wankel использовала один из своих вращающихся поршневых компрессоров для того, чтобы придать двухтактному двигателю требуемую мощностью

Для осуществления своего проекта "Ro" лицензию на производство такого компрессора приобрела фирма ККК. Это довольно оригинальная конструкция, которая позволяет создать внутреннее давление 1:12 при частоте вращения 12.000 об/мин. Сжатый воздух не очень горячий, и давление не пульсирует слишком сильно. Благодаря прямому механическому соединению с коленвалом двигателя наполнение цилиндров не происходит с запаздыванием при нажатии на педаль акселератора, что улучшает "эластичность" двигателя. "Эластичный" двигатель обладает большим крутящим моментом на низких оборотах. Но, несмотря на это, в настоящее время недостатки компрессоров такого типа все еще существенны: необходимо значительное пространство под капотом и создается высокий уровень шума при работе. Интересным такой компрессор делает тот факт, что его довольно легко можно адаптировать к размерам двигателя, изменяя длину компрессора.

Принцип работы компрессора ККК Ro (рис. 109)

  1. В этом положении воздух вытесняется из камеры 3.
  2. В этом положении камера 1 имеет наибольший объем. В ней находится определенное количество воздуха. Камера 2 наполняется. Камера 3 пуста.
  3. Проникновение внутреннего ротора уменьшает объем камеры 1. Расположение края отверстия U определяет степень сжатия. Камера 2 продолжает заполняться, а камера 3 готова к наполнению.
  4. Камера 1: выпуск сжатого воздуха во впускной коллектор двигателя, камера 2 находится в положении А и начинает наполняться.
Таким образом, сжатый воздух подается трижды за один оборот внутреннего ротора.

6.4. Компрессоры с перегородкой

Существуют два варианта этого типа компрессоров. В первом имеются перегородки, которые скользят в роторе со смещенным центром; эти перегородки закреплены в центре и не имеют контакта со стенкой корпуса. По причине эксцентричности ротора становится возможным изменение внутреннего давления. Для данного смещения центра степень этого сжатия (внутренней компрессии) определена путем перемещения края А в корпусе. Механический привод компрессора от двигателя обычно производится посредством ремня (клиновидного или зубчатого). Привод может быть либо непосредственный, либо через электромагнитное сцепление. Передаточное число может быть либо постоянным, либо изменяться во всем диапазоне чисел оборотов. Хорошо известным примером компрессора первого типа является компрессор Zoller, а второго типа - Shorrock, созданный в 1970 году. Над последним типом компрессора работали такие известные фирмы, как Pierburg и Bedix. Конструкторы фирмы Pierburg полагают, что, добавив к компрессору регулирующий клапан, можно получить лучшую производительность. Но такой клапан пока еще не используется на серийных компрессорах. Использование такого компрессора на бензиновых двигателях снижает потребление топлива на 4%, выделение оксидов азота (NOx) также снижается из-за понижения температуры в камере сгорания. Если удастся осуществить регулирование на впуске в компрессор при помощи лепесткового клапана, можно будет избавиться от дроссельной заслонки и производительность увеличится еще больше.

6.5. Объемный компрессор Comprex

Этот тип компрессора существует около 20 лет. Он появился в результате исследований в области газовых пульсаций, которые проводила швейцарская фирма ВВС.

Компрессор Comprex - это динамическая газовая система с механическим приводом, которая позволяет осуществлять передачу энергии отработавших газов при помощи пульсации давления.

Эта передача происходит в камерах ротора, который должен приводиться от двигателя плоским ремнем с целью возможности управления и поддержания процесса пульсации давлений. Передача энергии происходит в сотовом роторе со скоростью звука.

Работа температуры отработавших газов не зависит от числа оборотов двигателя. В случае неизменяемого передаточного числа между двигателем и компрессором с пульсацией движения процесс пульсации давлений будет оптимальным, в первую очередь, при определенном числе оборотов. Встраивая дополнительные камеры, растягивают зону лучшей производительности по оборотам, что улучшает характеристики наполнения под давлением.

Так как передача энергии в роторе осуществляется на очень высокой скорости, компрессор с пульсацией давлений быстро реагирует на изменение нагрузки. Время реакции определяется временем заполнения и прокачки впускных и выпускных воздуховодов. Как указано выше, сотовый ротор компрессора с пульсацией давлений приводится от коленвала двигателя плоским ремнем. Для снижения шума стенки камеры ротора отличаются размерами. Сотовый ротор вращается в цилиндрическом корпусе, на торцах которого каналы для воздуха и отработавших газов располагаются таким образом, что питание воздухом под низким и высоким давлением находится с одной стороны, а подача и выпуск отработавших газов под низким и высоким давлением - с другой. Ротор вращается в одну сторону.

Подшипники соединены с системой смазки двигателя. Дизельные двигатели более приспособлены к этому типу компрессора, так как пульсации в сотовом роторе ограничивают число оборотов компрессора до 4500-5100 об/мин. Сильная сторона таких компрессоров - высокая производительность на низких оборотах. Благодаря прямому приводу от двигателя достигается мгновенная реакция на нажатие педали акселератора. Чем выше скорость движения, тем более заметна разница между этим компрессором и обычными компрессорами.

<< Дополнительные системы | Содержание | Практические советы по обслуживанию >>

Ссылки  |  Карта сайта  |