Механичен компресор на автомобилен двигател: плюсове и минуси

След появата на първите двигатели с вътрешно горене, основната задача на дизайнерите и инженерите от самото начало беше да увеличат производителността на електроцентралата. С други думи, основната цел е да се увеличи мощността на двигателя. Както знаете, най-лесният начин е да увеличите физически работния обем на двигателя и броя на цилиндрите. Двигателят "изсмуква" повече въздух от атмосферата, в резултат на което може да се изгори повече гориво.

В същото време такива силови агрегати с увеличен работен обем са големи по размер и тегло, те са скъпи за производство, не винаги е възможно да се постави такъв мотор в двигателното отделение на компактен пътнически спортен автомобил и т.н. Друг начин за увеличаване на мощността на двигателя е изграждането на агрегат, който ще „доставя” необходимата мощност и въртящ момент, без да увеличава обема на горивната камера.

Проблемът може да бъде решен чрез принудително впръскване на въздух в цилиндрите под налягане. Турбокомпресорът се използва за изпомпване на въздух в много двигатели с вътрешно горене, друго решение е компресорът (механичен компресор). В тази статия ще разгледаме как работи и работи автомобилен компресор на двигател, както и какви са плюсовете и минусите на компресорния двигател.

Съдържанието на статията

  • Компресор за атмосферен двигател
  • Как се увеличава мощността на двигателя поради компресора
  • Механичен компресор: устройството на компресора върху двигателя на автомобила и принципът на работа
    • Видове механични компресори
    • Предимства и недостатъци на компресора на двигателя
    • Нека обобщим
    • Компресор за атмосферен двигател

      Механичен компресор на автомобилен двигател: плюсове и минуси

      Като начало инсталирането на компресор (вентилатор) във всмукателната система на двигателя ви позволява да подадете правилното количество въздух, за да изгорите повече гориво. Просто казано, компресорът е устройство, което може да създаде изходно налягане, което ще бъде по-голямо от атмосферното налягане.

      Както конвенционалните механични компресори, така и турбокомпресорите се справят с тази задача. В този случай основната разлика между турбокомпресора и компресора е, че турбокомпресорът се завърта от изгорелите газове, докато механичният компресор се задвижва от коляновия вал на двигателя.

      Как се увеличава мощността на двигателя поради компресора

      Механичен компресор на автомобилен двигател: плюсове и минуси

      Двигателят с атмосферно горене всмуква въздух отвън в момента, когато буталото в цилиндъра се движи надолу и се създава вакуум, в резултат на което въздухът се засмуква в горивната камера. Количеството входящ въздух е физически ограничено от работния обем, който има цилиндър и горивна камера. След това въздухът се смесва с гориво в определени пропорции, след което зарядът (горивно-въздушна смес) се изгаря в цилиндрите.

      Изглежда, че за да увеличите мощността на двигателя, трябва да подадете повече гориво, но в действителност това не е така. Казано по-просто, излишъкът от гориво ще доведе до факта, че без подходящото количество въздух горивото няма да бъде ефективно изгорено. Оказва се, че за да изгорите повече гориво, трябва да подавате повече въздух едновременно.

      Като се има предвид, че обемът на двигателя не се променя, тогава въздухът трябва да се подава принудително под налягане. Това е основната задача на компресора. Компресорите създават всмукателно налягане чрез изтласкване на въздух в цилиндрите. В този случай остава само да се инжектира повече гориво, след което такава смес ефективно изгаря и дава енергия на буталото. На практика, компресорът е в състояние да увеличи мощността на двигателя с 35-45%, има около 30% увеличение на въртящия момент в сравнение с абсолютно същия атмосферен колега.

      Механичен компресор: устройството на компресора върху двигателя на автомобила и принципът на работа

      Механичен компресор на автомобилен двигател: плюсове и минуси

      Както бе споменато по-горе, механичните компресори се задвижват от коляновия вал. Най-често за това се използва задвижващ ремък. Що се отнася до компресора, той се основава на ротор, който създава въздушно налягане.

      В този случай компресорът трябва да се върти по-бързо от коляновия вал на двигателя. За това задвижващата предавка е направена по-голяма от зъбните колела на компресора. Компресорът се върти с около 50 000 оборота в минута, повишавайки налягането на PSI от 6 на 9 на инч на квадратен инч. При атмосферно налягане от около 14,7 psi, компресорът ефективно увеличава подаването на въздух наполовина.

      Добавяме, че инжектираният под налягане въздух е силно компресиран и нагрят, губейки своята плътност. С прости думи, колкото по-ниска е плътността, толкова по-малко въздух ще се подава към цилиндрите. За да се увеличи количеството въздух, той трябва да бъде допълнително охладен преди да влезе във входа.

      Интеркулерът отговаря за охлаждането, което може да бъде въздушно и течно. Интеркулерите са радиатор, който получава горещ сгъстен въздух след напускане на компресора за охлаждане.

      Видове механични компресори

      Механичен компресор на автомобилен двигател: плюсове и минуси

      Механични компресори, които са инсталирани на двигател с вътрешно горене:

      • ротационен компресор,
      • двойно винтов компресор;
      • центробежен компресор;

      Основните разлики са в това как се осъществява подаването на въздух. Ротационните и двувинтовите компресори имат различни видове разпределителни валове в устройството си. Центробежният вентилатор е оборудван с работно колело, което изтегля въздуха навътре. Също така отбелязваме, че в зависимост от размера и вида на вентилатора, ефективността му директно зависи.

      • Например ротационните компресори обикновено са големи и седят на върха на двигателя. В основата му е голям ротор. В същото време това решение е по-малко ефективно от аналозите, тъй като теглото на автомобила се увеличава значително и се създава прекъсващ въздушен поток с "изблици", а не постоянен и стабилен.
      • Двойният винтов компресор работи чрез изтласкване на въздух през чифт по-малки, червееви ротори. В резултат на работата въздухът навлиза в кухините между лопатките на ротора. След това въздухът се компресира вътре в корпуса на ротора.

      Ефективността на такова решение е по-висока, но цената на вентилатора е по-висока, дизайнът е по-сложен и по-малко поддържаем. Също така, двувинтовият компресор е шумен, необходимо е да се заглуши характерната свирка на въздуха, излизащ под налягане, с помощта на допълнителни решения.

      • Ако разгледаме центробежен компресор, това решение се различава от аналозите в присъствието на работно колело, което е подобно на ротор. Работното колело се завърта силно, подавайки въздух към корпуса на компресора. В същото време зад работното колело въздухът се движи с висока скорост, но все още е под ниско налягане.

      За да се създаде налягане, въздухът преминава през дифузор. Посоченият дифузор се състои от лопатки, разположени около работното колело. В резултат на това въздушният поток след преминаване през дифузора започва да се движи с ниска скорост, но вече под високо налягане. Такъв компресор е най-ефективен, лек и малък по размер. Те могат да се монтират пред двигателя, а не върху двигателя.

      Предимства и недостатъци на компресора на двигателя

      Механичен компресор на автомобилен двигател: плюсове и минуси

      Затова нека започнем с очевидните ползи. На първо място, това е увеличаване на мощността на двигателя. Също така трябва да подчертаете относителната простота и ниската цена на инсталацията с минимални промени в системата за всмукване в сравнение с инсталирането на турбокомпресор. Друго нещо, което трябва да се подчертае, е липсата на турбо изоставане поради директното свързване на механичния компресор към коляновия вал.

      В същото време, в зависимост от типа, компресорите могат да демонстрират различна ефективност. Някои дават забележимо увеличение на мощността в „дъното“ (коляновият вал се върти с ниска честота), докато други увеличават мощността при средни и високи обороти. По правило ротационните и двувинтовите компресори са предназначени за ниски скорости, центробежните компресори работят добре при високи скорости.

      Дори наличието на компресор в рамките на по-нататъшната експлоатация не предполага никакви допълнителни изисквания и трудности. Двигателят на компресора може да бъде изключен незабавно (при двигатели с турбокомпресор трябва да изчакате турбината да се охлади), изискванията за качеството на моторното масло са намалени и т.н.

      • Сега да преминем към недостатъците на компресорите. Основният недостатък се счита за извличане на мощност от двигателя, тъй като компресорът се задвижва от коляновия вал. На практика компресорът отнема до 20% от мощността на двигателя. Оказва се, че общото увеличение до 50% в действителност е действително увеличение на мощността с 25-30%.
      Механичен компресор на автомобилен двигател: плюсове и минуси

      Препоръчваме също да прочетете статията за това как работи турбокомпресорът. В тази статия ще научите за конструкцията на турбината и принципите на действие на това решение, както и каква мощност осигурява турбината на двигателя.

      Също така инсталирането на компресор означава, че двигателят започва да изпитва по-големи натоварвания. Такъв двигател трябва да бъде произведен с помощта на части, проектирани за такива увеличени натоварвания, което дава възможност да се реализира необходимата граница на безопасност.

      В резултат производството на такъв двигател с вътрешно горене е по-скъпо, автомобил с компресор първоначално е по-скъп от атмосферните версии. Също така трябва да се има предвид, че компресорът също се нуждае от поддръжка, което увеличава общите разходи за поддръжка на превозното средство.

      Нека обобщим

      Както можете да видите, механичните компресори са един от достъпните и икономически изгодни начини за увеличаване на мощността на атмосферния двигател. Като правило това решение остава търсено в различни видове автомобилен спорт, при създаване на уникални проекти, по време на изграждането на ексклузивни спортни автомобили и т.н.

      Механичен компресор на автомобилен двигател: плюсове и минуси

      Препоръчваме също да прочетете статия за ресурса на турбина, като използвате примера на дизелов двигател. В тази статия ще научите за експлоатационния живот на турбокомпресора, както и кои фактори влияят върху живота на този агрегат.

      Производителите на компресори често предлагат "комплекти" до ключ, които ви позволяват бързо да инсталирате компресора на определен модел автомобил с минимални модификации. За любителите на настройката и усилването на двигателя подобно решение в много случаи е по-оправдано от инсталирането на турбокомпресор на атмосферен двигател.

      И накрая, отбелязваме, че можете да намерите и двигатели, на които едновременно са инсталирани турбина и компресор. Въпреки че практическото изпълнение е доста сложно от техническа гледна точка, този подход ви позволява да увеличите максимално ефективността на устройствата, като вземете предвид различните режими на работа на двигателя с вътрешно горене и да спасите двигателя от недостатъците, присъщи на тези технологии, взети поотделно.

      Например, успешно реализирана комбинация компресор + турбина е напълно способна да накара двигателя да работи по такъв начин, когато компресорът осигурява необходимата тяга „отдолу“, премахвайки турбо изоставането (турбо изоставането), след което двигателят е въртейки се нагоре, турбината е свързана. Практическо изпълнение на такава схема е двигателят Volkswagen 1.4 TSI.

      Подобен...