Устройство механического компрессора

Плюсы и минусы эксплуатации наддува

Изготовлен такой компрессор преимущественно из алюминиевых сплавов, в составе которых есть магний. Из-за высоких нагрузок трением эти насосы недолговечны – это их существенный минус. 

Использование нагнетателя заметно увеличивает мощность и оборотистость двигателя. Однако использование компрессора, имеющего именно механический привод, неэффективно. При больших оборотах такие устройства дают слабину и начинают забирать мощность на свой привод. Еще данные системы массивны и шумны. 

Основной недостаток любой подобной системы – уменьшение долговечности мотора. При неверных настройках (например, при выходе из строя перепускного клапана) они могут в секунды разрушить двигатель, вызвав эффект детонации. А значит, эти системы требуют повышенного внимания при эксплуатации. 

Установка компрессора на двигатель своими руками

Итак, если вы всё же решили остановить свой выбор именно на компрессоре, то вам для начала следует определиться с тем, будете ли вы покупать готовый КИТ-комплект или же станете экспериментировать над машиной.

Решив разбираться во всём самостоятельно, предварительно изучив автомеханику для «чайников», вам понадобится приобрести сам компрессор, при этом покупать его лучше всего иностранного производства. Подбирать девайс следует по его габаритам, весу, объёму, производительности, диаметрам впускного и выпускного патрубков, максимальному избыточному давлению и многим другим показателям

Именно поэтому важно разбираться в автомеханике выше уровня «чайника», в противном случае вы вряд ли сможете самостоятельно подобрать компрессор, который подойдёт вашей машине

Из всего вышесказанного, можно легко выделить минусы индивидуального проекта. Так, у вас уйдёт на его разработку очень много времени, вы, скорее всего, совершите немало ошибок, из-за чего уже в процессе эксплуатации автомобиля вам придётся дорабатывать отдельные элементы двигателя, да и стоить такой проект будет немало… К тому же любая недоработка, любая даже крохотная ошибка способна привести к серьёзной поломке ДВС. Впрочем, если вы действительно хорошо разбираетесь в автомеханике, то сможете справиться со всеми проблемами и в итоге получите удивительно мощный двигатель.

Кит-комплект подойдёт большинству владельцев автомобилей, то есть тем, у кого не очень много свободного времени, а также тем, кто понимает автомеханику только на уровне «чайника». Готовый Кит-комплект не зря называется «готовым» – в нём уже всё есть, то есть и сам компрессор, способный работать с мотором вашей модели авто, и все необходимые комплектующие, которые потребуются для установки компрессора и настройки его работы совместно с ДВС.

Соответственно, из плюсов готового китайского комплекта можно сразу же выделить то, что на его установку не потребуется тратить много времени – самые простые варианты ставятся буквально за несколько часов. Кроме того, Кит-комплекты широко распространены, благодаря чему вы всегда сможете приобрести подходящий вам готовый китайский комплект или комплектующие, которые нужны для технического обслуживания или ремонта

Не менее важно и то, что цены на Кит-комплекты более чем приемлемы. Наконец, при установке такого компрессора вам почти наверняка не придётся серьёзно дорабатывать двигатель

Недостатков же у них немного, и основной – не самая высокая надёжность. Впрочем, если вы покупаете китайский комплект от официального производителя, то получаете гарантию качества, а вот если решите приобрести комплект кустарного производства, то можете столкнуться с трудностями. Кстати, кустарные готовые комплекты обычно делают на основе б/у компрессоров двигателей иномарок, из-за чего их приходится серьёзно дорабатывать, в частности менять прошивку, возможно, производить индивидуальную настройку и т.д.

Установка механического комперссора на двигатель: тонкости и нюансы

Начнем с того, что главной задачей является подбор механического нагнетателя, который будет соответствовать ряду требований (вес, габариты, производительность, режимы работы, особенности смазки, исполнение привода и т.д.).

Для этих целей можно приобрести компрессор от какого-либо автомобиля или же заказать готовый тюнинг-комплект для форсирования двигателя. Также отмечены случаи, когда нагнетатель изготавливался самостоятельно, однако такие самодельные решения достаточно редки, особенно на территории СНГ.

На практике зачастую устанавливают тюнинг-комплекты (турбо-Кит наборы), реже используют детали б/у, которые снимаются с других компрессорных автомобилей. Плюсом готового комплекта является то, что такой набор рассчитан для установки на конкретную модель автомобиля. Это значит, что вместе с компрессором поставляются крепежи, ремни, привод, воздуховоды, прилагается инструкция и т.д.

Параллельно следует учитывать, что также необходимо доработать штатную систему охлаждения и топливоподачи с учетом изменившейся производительности силового агрегата. Если просто, форсирование двигателя при помощи компрессора предполагает то, что топлива за единицу времени нужно подавать больше. Для этого может понадобиться менять бензонасос, ставить боле производительные форсунки и т.д.

Также не следует забывать о том, что большая мощность достигается за счет сжигания большего количества топлива. Закономерно, что выделение тепла в этом случае также сильно увеличивается, а мотор потребует более интенсивного охлаждения.

Материалы изготовления компрессора

Колесо и вращающийся направляющий аппарат изготовляются из штамповок алюминиевых сплавов АК2, АК4 и ВД17 и подвергаются ме­ханической обработке, а неподвижный направляющий аппарат изготов­ляется из листового дуралюмина Д1. Отдельные части корпуса и диф­фузора отливаются из силуминов АЛ4 и АЛ5.

Когда температуры направляюще­го аппарата и колеса могут быть >250° С (для компрессоров с несколькими ступенями), колесо должно быть изготов­лено из титановых сплавов ВТЗ, ВТ10, а неподвижный направляющий аппарат — из листового титанового сплава ВТЗ-1.

Материалами для вала служат стали 18ХНВА, 12Х2Н4А, 40ХНМА.

Что нужно для монтажа?

Чтобы во время установки не возникло трудностей, опытные механики советуют купить уже готовый комплект, который собственно состоит из самого компрессора, и всего остального, что может понадобиться для выполнения установочных работ. Здесь также имеется все оборудование, которое поможет сделать работу мотора качественной. Возможна покупка комплекта, разработанного под машины заграничного производства. Дело в том, что они зачастую адаптированы под большинство современных двигателей.

Есть возможность стать владельцем китайского комплекта. Главное достоинство оного — низкая стоимость. Плюс, нет необходимости дорабатывать определенные внутренние узлы. Тот, кто уже пользовался подобным, отмечает, что монтаж осуществляется очень просто. Приятно порадует тот факт, что нет необходимости вносить коррективы в прошивку электронного блока управления. Вот только в случае с китайским вариантом остаются сомнения относительно качества, развеять которые весьма сложно.

В любом случае не стоит забывать о том, что установка зарубежного компрессора повлечет за собой массу доработок в системе. Вряд ли получится обойтись без прошивки ЭБУ. Придется устанавливать интеркуллер, дабы давление всегда было на необходимом уровне. Вероятно, понадобится и усовершенствование всей топливной системы. Ну и конечно, множество разнообразных мелких настроек, относящихся к тому или иному типу мотора. Понятно, что работа является довольно сложной, а потому лучше всего обратиться за помощью к профессионалам, чтобы они сделали все максимально качественно. Рекомендуется отправиться в специализированный автоцентр, где занимаются модернизацией силовых агрегатов. Здесь также будут выполнены все регулировочные работы, для полноценного функционирования ДВС.

Настройка работы турбины

Простенькая электротурбина на ВАЗе сможет повысить мощность, но незначительно. Намного эффективнее окажется использование механических турбокомпрессоров. Настройка турбодвигателя производится при помощи вестгейта. Давление в топливной системе будет тем больше, чем меньше его стравится в атмосферу. Желательно использовать для настройки уровня давления специальные конструкции boost-контроллеров.

Смотреть галерею

При помощи этого простого устройства можно непосредственно из салона автомобиля выставить необходимое давление. С его помощью защитный клапан, установленный на коллекторе, не стравливает давление. Поэтому оно постепенно растет.

Обязательно необходимо «перепрошивать» электронный блок управления, так как режимы работы двигателя существенно изменятся. Желательно доверить эту работу опытным специалистам, иначе неправильная работа двигателя будет сказываться не только на мощности, но и на расходе бензина, масла. Кроме того, все узлы двигателя могут изнашиваться в сотни раз быстрее, нежели при нормальных настройках.

ТУРБО – НЕ ТУРБО

Если разобрать конструкцию таких узлов, то можно выявить определенное сходство строения

А именно такие компрессоры работают от привода, который не требует вмешательства в штатные системы двигателя, а именно в смазку и систему отработанных газов, что очень важно! Такая конструкция действительно очень проста – устанавливается прямая связь с «коленвалом», что позволяет отлично взаимодействовать двигателю и нагнетателю, при разгонах. То есть чем выше обороты, тем быстрее вращается «коленвал», а соответственно раскручивает нагнетатель! Благодаря такому взаимодействию практически нет такого явления как «турбояма»

Также дополнительным плюсом можно отметить отсутствие работы при больших температурах, как у ТУРБО вариантов, а это значит, что ресурс намного увеличивается – ведь здесь не нужно остывать «турбине», то есть не обязательны «турботаймеры» или «бустконтроллеры», просто глушим машину и работа прекращается. Сайт autoflit.ru рекомендует действовать точно также. Кому интересно заходите.

Что такое механический нагнетатель

В этом варианте наддува мотора основным узлом является нагнетающий узел. Он отличается от турбины тем, что механизм приводится в движение не за счет давления выхлопных газов, а за счет двигателя, для этого используется привод. Основные названия этого варианта – компрессор (этот термин можно встретить во многих спортивных моделях Мерседесов) или суперчарджер (применяют в основном в Северной Америке). Подобные решения бывают двух основных типов:

1. Центробежный нагнетатель.
2. Механический объемного типа.

Независимо от разновидности принцип работы нагнетателей примерно одинаков. Но при этом за образец всегда берутся варианты объемного типа. Как показали исследования инженеров многих концернов, производящих автомобили, установка компрессора не сильно влияет на ресурс мотора и уменьшает его незначительно.

А если применять модели нагнетателей, повышающие обороты двигателя в нижнем и среднем диапазонах, то мотор, будет служить на порядок дольше, чем без тюнинга

Конечно, очень важно правильно подобрать модель компрессора и установить его по рекомендациям производителя, чтобы добиться максимальной эффективности

К сведению! При установке нагнетателя зачастую приходится менять поршни и шатуны на кованые, а также дорабатывать ряд других деталей. Это связано с тем, что с ростом мощности повышается нагрузка на узлы мотора, увеличивается давление в камере сгорания, и перепады температур становятся на порядок больше.

Как работает паровая турбина?

В сущности, паровые турбины являются составной частью сложной системы, призванной преобразовать энергию топлива в электричество, иногда – в тепло.

На данный момент этот способ считается экономически выгодным. Технологически это происходит следующим образом:

• твердое или жидкое топливо сжигается в паровой котельной установке. В результате рабочее тело (вода) обращается в пар;
• полученный пар дополнительно перегревается и достигает температуры 435 ºС при давлении 3.43 МПа. Это необходимо для того, чтобы добиться максимального КПД работы всей системы;
• по трубопроводам рабочее тело доставляется к турбине, где равномерно распределяется по соплам с помощью специальных агрегатов;
• сопла подают острый пар на изогнутые лопатки, закрепленные на валу, и заставляет его вращаться. Таким образом, кинетическая энергия расширяющегося пара переходит в механическое движение, это и есть принцип действия паровой турбины;
• вал генератора, представляющего собой «электродвигатель наоборот», вращается ротором турбины, в результате чего вырабатывается электроэнергия;
• отработанный пар попадает в конденсатор, где от соприкосновения с охлажденной водой в теплообменнике переходит в жидкое состояние и насосом снова подается в котел на прогрев.

Чтобы не допускать снижения эффективности работы, на валу ротора располагается максимальное расчетное число лопаток. При этом между ними и корпусом статора обеспечивается наименьший зазор посредством специальных уплотнений. Простыми словами, чтобы пар «не крутился вхолостую» внутри корпуса, все зазоры минимизируются. Лопатка сконструирована таким образом, чтобы расширение пара продолжалось не только на выходе из сопла, но и в ее углублении. Как это происходит, отражает рабочая схема паровой турбины:

Следует отметить, что рабочее тело, чье давление после попадания на лопатки снижается, после рабочего цикла в первом блоке не сразу попадает в конденсатор. Ведь оно еще располагает достаточным запасом тепловой энергии, а потому по трубопроводам пар отправляется во второй блок низкого давления, где снова воздействует на вал посредством лопаток другой конструкции. Как показано на рисунке, устройство паровой турбины может предусматривать несколько таких блоков:

1 – подача перегретого пара; 2 – рабочее пространство блока; 3 – ротор с лопатками; 4 – вал; 5 – выход отработанного пара в конденсатор.

Для справки. Скорость вращения ротора генератора может достигать 30 000 об/мин, а мощность паровой турбины – до 1500 МВт.

Роторные типы

Компрессоры, которые применяются достаточно широко. Основной плюс это средняя цена, большой строк службы, высокая частота подаваемого воздуха, плавность и стабильность работы, быстрый отклик на частоту вращения коленчатого вала.

Воздух в этой системе не сжимается, он как бы заходит внутрь, а дальше в двигатель его нагнетают лопасти, которые сделаны в виде ротора. Поэтому они получили название – компрессор с внешним сжатием. Минусом является то, что при повышении давления на впуске, падает КПД.

Строение чаще всего состоит из двух роторов, на впускном и выпускном окне, смотрим фото. Располагаются они поперечно.

Недостатками этой конструкции можно назвать:

1) КПД зависит от зазоров между валами и другими деталями.

2) Самый большой нагрев из всех других типов.

3) Сильный шум и вибрацию валов.

4) Не особо сильное давление около 0,7 бара максимум.

Если подвести итог становится понятно, что этот тип далек от идеала. Некоторые могут — а почему лопасти винтовые? Тут есть две причины, первая это повышения давления воздуха и вторая уменьшения шума (хотя помогает мало).

Что такое компрессор в машине?

Компрессором называется любой механизм, создающий на выходе высокое давление воздуха или другого газа. Используемые в автомобильных двигателях механические компрессоры работают от коленвала, крутящий момент которого передается посредством ременной либо цепной передачи. Кулачковые механизмы либо крыльчатка компрессора создают направленный воздушный поток, который подается в двигатель. Благодаря принудительному нагнетанию воздуха в цилиндры может закачиваться большее количество топлива, энергия сгорания увеличивается, вследствие чего возрастает и мощность мотора.

Следует отметить, что просто использовать больше бензина для увеличения мощности невозможно – для эффективного сгорания топлива требуется определенное количество кислорода. Таким образом, компрессор, по сути, является практически единственным возможным способом нарастить мощность двигателя, практически не изменяя его габариты и массу. Благодаря этому установка ДВС с механическим нагнетателем возможна даже на достаточно компактные и легкие автомобили.

Принцип действия

Механическим нагнетателем для автомобиля управляет заслонка на дросселе. Если обороты высокие, она открывается при закрытой заслонке на трубопроводе. Воздух свободно перемещается в коллектор. При низких оборотах заслонка дросселя тоже открыта, но под углом. Заслонка трубопровода при этом открывается полностью, возвращая часть воздуха обратно в компрессор. Функция интеркулера — снизить температуру воздуха на 10 градусов с целью повысить степень сжатия.

Крутящий момент от коленвала на компрессор передается через:

• прямой привод (если нагнетатель установлен на фланец вала);
• ремень (плоский, с зубьями или клиньями);
• цепь;
• шестеренчатую передачу.

Недостаток ремней — вероятность проскальзывания, короткий срок службы. При использовании шестерни увеличиваются размеры оборудования, создается дополнительный шум.

История установки комбинированного наддува на двигатели

Самые первые нагнетатели, устанавливаемые на двигатели внутреннего сгорания, были механическими. Они создают давление во впускном тракте практически с холостых оборотов, но имеют существенный недостаток – привод от двигателя. Следовательно, заметная часть мощности тратится на вращение нагнетателя. А на высоких оборотах он неэффективен и при этом существенно увеличивает расход топлива. Вскоре на смену механическим нагнетателям приходят турбокомпрессоры. Они оказались гораздо эффективнее механического нагнетателя. Во-первых, они работают от выхлопных газов, то есть используют даровую энергию, а во-вторых, они компактнее и тише. Правда, турбокомпрессоры неэффективны на низких оборотах, когда поток выхлопных газов слишком слаб. И, кроме того, крыльчатка имеет высокую инерционность. То есть ей требуется время, чтобы раскрутиться. Эта задержка называется «турболаг». Хотя в России больше прижилось понятие «турбояма».

Первый в истории по-настоящему массовый мотор с комбинированным наддувом создали инженеры Volkswagen

Частично решить проблему удалось с появлением турбины с изменяемой геометрией. То есть в зависимости от оборотов двигателя лопатки турбины могут поворачиваться относительно потока газов. На низких оборотах двигателя лопатки стоят практически перпендикулярно, чтобы как можно эффективнее использовать энергию потока выхлопных газов.

Но инженеры Volkswagen пошли другим путем. Они предложили покупателям мотор с комбинированным наддувом. Двигатель 1,4 TSI с механическим компрессором и турбонаддувом в зависимости от настроек выдавал до 178 л.с.. Он устанавливался на модели Skoda, Audi, SEAT и, собственно, Volkswagen и стал первым в автомобильной истории по-настоящему массовым мотором с комбинированным наддувом.

Этот двигатель в 2009 и 2010 годах завоевал титул «Engine of the Year». Но в 2011 году было принято решение о снятии его с производства. В компании объяснили это тем, что комбинированный наддув оказался слишком сложен и дорог как в производстве, так и в ремонте. Поэтому выпускаемые в настоящее время моторы 1,4 TSI оснащаются лишь турбонаддувом.

Нагнетатель как элемент агрегатного наддува

Применение нагнетателя и его функции

Работа нагнетателя на двухтактном и четырёхтактном моторах Нагнетатель может применяться на поршневых и роторно-поршневых ДВС, работающих по любому термодинамическому циклу и с любым числом тактов. Для большинства типов подобных ДВС нагнетатель является опциональным элементом конструкции, не влияющим на принципиальную возможность работы самого ДВС. Основная задача нагнетателя здесь — наддув с целью повышения мощности. Под наддувом подразумевается в первую очередь принудительное нагнетание воздуха в ДВС с давлением выше текущего уровня атмосферного, приводящее к увеличению плотности и массы воздуха в камере сгорания перед тактом рабочего хода, что, в свою очередь, согласно правилу стехиометрической горючей смеси для конкретного типа двигателя, позволяет сжечь больше топлива, а значит увеличить крутящий момент (и мощность, соответственно) на любой сравнимой с безнаддувным двигателем частоте вращения коленвала/ротора. В рамках этой задачи наддув с помощью нагнетателя есть лишь один из возможных методов форсировки и/или повышения КПД, и наличие или отсутствие нагнетателя определяется лишь целями и бюджетом разработчиков конкретного мотора. Исключением из этого правила является только некоторые типы двухтактных поршневых ДВС, где нагнетатель в первую очередь выполняет задачу по принудительной продувке цилиндров на стыке двух рабочих тактов и присутствует во впускной системе такого ДВС практически всегда.

Отсутствие нагнетателя в составе ГТД

В газотурбинных ДВС нагнетатель формально отсутствует. Компрессор, входящий в состав любого газотурбинного ДВС, является абсолютно неотъемлемым элементом конструкции, обеспечивающим принципиальную возможность работы подобного ДВС, и такой компрессор в русскоязычном инженерно-техническом лексиконе нагнетателем не называется, хотя и выполняет функцию принудительного нагнетания воздуха.

Типы нагнетателей по их энергетическому приводу

Нагнетатель работает за счёт того или иного вида энергии, получаемой с самого ДВС либо напрямую, либо опосредованно. Возможно использование энергии выхлопных газов, механической энергии вращения валов ДВС, электрической энергии. В зависимости от своего энергетического привода конструкция нагнетателя имеет свои технические особенности и своё собственное название. Нагнетатели, работающие от энергии выхлопных газов, называются турбонагнетателями, от механического привода — приводными нагнетателями. Также есть нагнетатели, работающие от электрической энергии, но для их описания устоявшийся русскоязычный термин пока отсутствует и их можно называть как электронагнетателями, так и нагнетателями с электроприводом.

Смысл терминов «нагнетатель» и «компрессор»

Важным элементом нагнетателя является воздушный компрессор, который присутствует в конструкции абсолютно любого нагнетателя, независимо от его энергетического привода. При этом контексте агрегатного наддува оба термина — и нагнетатель и компрессор — используются наравне, в том числе в составе сложносоставных слов, типа турбонагнетатель/турбокомпрессор, что у непосвящённых в тему может вызвать вопросы к смысловым оттенкам терминов. Следует понимать, что с точки зрения семантики термин «нагнетатель» подразумевает функцию всего агрегата в целом, а «компрессор» — наименование энергетической машины и главного исполнительного узла абсолютно любого нагнетателя. В русскоязычном речевом обиходе равноправное использование обоих терминов применительно к наддуву фактически допустимо, а оба слова, как в простом, так и в сложносоставном виде в данном случае могут считаться синонимами.

В теории лопастных машин термины «нагнетатель» и «компрессор» не тождественны. Обычно лопастные машины, повышающие давление потока не более, чем на 10%, относят к вентиляторам; на 20…25% — к нагнетателям; большие давления соответствуют компрессорам. В обиходе нагнетатель в сборе часто называют «турбиной», хотя в приводном нагнетателе турбина вообще отсутствует, а в газотурбинном является лишь приводом нагнетателя/компрессора.

Виды наддува

К наддувам, а под этим стоит понимать только механические схемы, относят компрессор с механическим приводом и турбокомпрессор. Приводные нагнетатели чаще всего устанавливаются вдоль блока цилиндров на рядных двигателях. На V-образных блоках компресс можно обнаружить в развале между половинками мотора. Такой компрессор для двигателя приводится в действие посредством приводного ремня, а крутящий момент отбирается от коленчатого вала. Воздух прессует двумя винтовыми роторами или же крыльчаткой. Устройство популярных моделей компрессоров мы рассмотрим позже.

Что касается турбины, то она приводится в действие за счет выхлопных газов, которые вылетают из камер сгорания под высоким давлением. Эти газы и заставляют вращаться крыльчатку турбины. Чаще всего турбокомпрессор установлен за выпускным коллектором. В некоторых моделях группы VAG («Фольксваген», «Ауди» и «Шкода») турбина является часть компрессора.

Отдельно стоят и электрические компрессоры на атмосферный двигатель. Их преимущество в том, что нет отбора мощности от двигателя и при работе отсутствует турбояма, характерная для турбокомпрессоров, так как он приводится в действие от электрического двигателя. Но эта схема пока провоцирует массу вопросов.

Также имеются и безагрегатные системы наддува. Это повышение давления на впускном тракте за счет скорости движения воздуха и особой формы и размеров воздушных патрубков. Избыточное давление – это дополнительная мера повышения мощности для атмосферных моторов. Такая схема реализована в автомобиле «Панамера GTX» от «Порше».