С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00
Главная » Разное » Компрессорный двигатель принцип работы

Компрессорный двигатель принцип работы


Компрессорный, турбо и атмосферный двигатели

Совсем недавно компрессор или турбину ставили на спортивные или тюнингованные автомобили. Сейчас же в большинстве случаев сам завод-производитель увеличивает мощность моторов такими агрегатами. В чём же отличие между атмосферными, турбированными или компрессорными двигателями? Если вы хотите это узнать, то эта статья для вас. Начнём с того, что все автомобильные двигатели делятся на две категории: атмосферные и наддувные. Эти два типа очень сильно отличаются между собой как по своей конструкции, так и по мощности.

Первым рассмотрим атмосферный двигатель. Данный тип моторов является одним из самых сложных по своему устройству. В атмосферном движке топливно-воздушная смесь подаётся в цилиндры идеально, то есть без каких-либо помех или сопротивлений. Из этого можно сделать вывод о том, что был серьёзно доработан коллектор. В этих двигателях очень важна точность, поэтому настройка распредвала довольно сложный процесс. Это всё делается для того, чтобы впускной клапан открывался максимально долго. Ну и конечно же увеличивают диаметр цилиндра, а также ход поршня, что даёт дополнительный прирост мощности. Мы убедились, что атмосферный двигатель довольно сложен в плане своей конструкции, но несомненным его плюсом является отличная реакция на педаль газа, а также запас мощности на любых оборотах. К довольно серьёзным минусам можно отнести немаленький расход топлива и не очень высокую износостойкость самого мотора.

Расскажем немного о турбированном двигателе. Данный тип моторов является наиболее востребованным среди автолюбителей. Конструкции турбированного и атмосферного двигателя почти одинаковые. Но суть турбины в том, что она нагнетает давление. Благодаря этому топливно-воздушная смесь подаётся с более высоким давлением в цилиндры, что даёт значительный прирост мощности. Часто турбину заменяют на более мощную, так как чем больше давление, тем больше мощность.

Но, к сожалению, как и любой другой двигатель турбированный тоже имеет недостатки. При низких оборотах работа турбины вообще не ощущается. Но при быстром наборе оборотов или же на высоких оборотах вы почувствуете приятное ускорение. Это значит, что заработала турбина. Ещё турбированные двигатели очень требовательны в плане смазки. Важным недостатком является не моментальный отклик турбины на педаль газа. Это называется турбояма. Но обычный автолюбитель не заметит этого явления в городском потоке, а вот для автоспорта это серьёзный минус.

Ну и последним рассмотрим компрессорный двигатель. Данный двигатель представляет собой механический нагнетатель, который начинает своё движение с помощью ременного привода. То есть суть этого движка в том, что от количества оборотов напрямую зависит его мощность. Чем выше обороты, тем выше мощность. Компрессор не только подаёт топливно-воздушную смесь в цилиндры под давлением, но и продувает впускной и выпускной клапан в момент наполовину открытия и закрытия, тем самым всегда прочищая цилиндры. Благодаря такой конструкции данный тип двигателей всегда готов работать на пределе своих возможностей. Минусом этого двигателя является эффективность взаимодействия только с большими объёмами, поэтому этот двигатель является очень неэкономичным.

Поделиться :

IT News

Дата Категория: Транспорт

Чтобы получить энергию для движения, в автомобильном двигателе сгорает смесь топлива с воздухом. Чем больше воздуха добавлено в смесь, тем мощнее работает двигатель. Обычный двигатель втягивает воздух в каждый из своих цилиндров, когда поршень в цилиндре идет вниз. Но самые лучшие двигатели втягивают в цилиндры еще и дополнительный воздух. Это делается с помощью устройства под названием турбокомпрессор.

В турбокомпрессоре есть турбина, которая приводится в движение от горячих газов, образующихся в двигателе автомобиля. Турбинный компрессор под большим давлением подает свежий воздух в цилиндры, в результате чего там происходит более полное сгорание топлива. Нагнетая дополнительный воздух в цилиндры, турбокомпрессор увеличивает мощность двигателя, не меняя его размеров.

Турбокомпрессор

Турбинный компрессор двигателя (голубой диск на верхнем рисунке) принимает свежий впускной воздух (голубые стрелы) и под сильным давлением направляет его в цилиндры. Компрессор приводится в движение турбиной (красный диск), которая и дала название всему устройству. А турбина вращается под действием горячих газов, выходящих из двигателя (красные стрелы). Центральный подшипник служит общей опорой компрессору и турбине.

Мощная добавка

Установленный на двигатель автомобиля (левый рисунок), турбокомпрессор (в голубом кружке) может значительно увеличить мощность двигателя. Первые модели турбокомпрессорных двигателей имели неприятное свойство перегреваться. Но теперь такие двигатели настолько отработаны, что применяются на всех типах машин: от лучших спортивных до малолитражек.

Для большей мощности двигателя

Турбокомпрессорный двигатель (рисунок ниже) использует горячие выхлопные газы (розовые на рисунке) для вращения турбины и вдувания сжатого воздуха (голубого на рисунке) в цилиндры. Выпускной клапан стравливает избыточное давление воздуха. Турбокомпрессор двигателя (в синем кружочке) представлен отдельно в увеличенном виде на среднем рисунке.

Приводится в движение энергией горячих выхлопных газов

Турбинное колесо, приводимое в движение горячими выхлопными газами двигателя (оранжевые стрелки), может вращаться с частотой до 100 000 оборотов в минуту. Компрессор вращается вместе с турбиной. Он засасывает свежий воздух (голубые стрелки) и под высоким давлением вталкивает этот воздух в цилиндры двигателя. Исполнительный механизм, состоящий из датчика и регулятора, поддерживает постоянным давление воздуха на входе в цилиндры.

Воздух под высоким давлением

Выхлопные газы (оранжевые на картинке справа) попадают на турбину и раскручивают колесо, которое находится на одном валу с колесом компрессора. Компрессорное колесо, крутясь как вентилятор (голубой), засасывает свежий воздух, сжимает его и под высоким давлением направляет в цилиндры.

Турбореактивный двигатель. Элементы конструкции.

Турбореактивный двигатель.

В этой  статье вернемся к моим любимым двигателям. Я уже ранее говорил о том, что турбореактивный двигатель в современной авиации – основной. И упоминать его в той или иной теме мы еще будем часто.  Поэтому пришла пора окончательно определиться с его конструкцией. Конечно же не углубляясь во всевозможные дебри и тонкости :-). Итак авиационный турбореактивный двигатель. Каковы основные части его конструкции, и как они взаимодействуют между собой.

1.Компрессор   2.Камера сгорания  3.Турбина  4. Выходное устройство или реактивное сопло.

Компрессор сжимает воздух до необходимых величин, после чего воздух поступает в камеру сгорания, где подогревается до необходимой температуры за счет сгорания топлива и далее уже получившийся газ поступает на турбину, где отдает часть энергии вращая ее (а она, в свою очередь компрессор), а другая часть при дальнейшем разгоне газа в реактивном сопле превращается в импульс тяги, которая и толкает самолет вперед. Этот процесс достаточно хорошо виден в ролике в статье о двигателе, как тепловой машине.

Турбореактивный двигатель с осевым компрессором.

Компрессоры бывают трех видов. Центробежные, осевые и смешанные. Центробежные обычно представляют собой колесо, на  поверхности которого выполнены  каналы, закручивающиеся от центра к периферии, так называемая крыльчатка.При ее вращении воздух отбрасывется по каналам центробежной силой от центра к периферии, сжимаясь сильно разгоняется и далее попадая в расширяющиеся каналы (диффузор) тормозится и вся его энергия разгона тоже превращается в давление. Это немного похоже на старый аттракцион, который раньше в парках был, когда люди становятся по краю большого горизонтального  круга, опираясь спиной на специальные вертикальные спинки, этот круг вращается, наклоняясь в разные стороны и люди не падают, потому что их держит (прижимает) центробежная сила. В компрессоре принцип тот же.

Этот компрессор достаточно прост и надежен, но для создания достаточной степени сжатия нужен большой диаметр крыльчатки, что не могут себе позволить самолеты, особенно небольших размеров. Турбореактивный двигатель просто не влезет в фюзеляж. Поэтому применяется он мало. Но в свое время  он был применен  на двигателе ВК-1 (РД-45), который устанавливался на знаменитый истребитель МИГ-15, а также на самолеты ИЛ-28 и ТУ-14.

Крылчатка центробежного компрессора на одном валу с турбиной.

Крыльчатки центробежного компрессора.

Двигатель ВК-1. В разрезе хорошо видна крыльчатка центробежного компрессора и далее две жаровые трубы камеры сгорания.

Истребитель МИГ-15

В основном сейчас используется осевой компрессор. В нем на одной вращающейся оси (ротор) укреплены металлические диски (их называют рабочее колесо), по венцам которых размещены так называемые «рабочие лопатки». А между венцами вращающихся рабочих лопаток размещены венцы неподвижных лопаток ( они бычно крепятся на наружном корпусе), это так называемый направляющий аппарат (статор). Все эти лопатки имеют определенный  профиль и несколько закручены, работа их в определенном смысле похожа на работу все того же крыла или лопасти вертолета, но только в обратном направлении. Теперь уже не воздух действует на лопатку, а лопатка на него. То есть компрессор совершает механическую работу (над воздухом :-)). Или еще более нагляднее :-).  Все знают вентиляторы, которые так приятно обдувают в жару. Вот вам пожалуйста, вентилятор и есть рабочее колесо осевого компрессора, только лопастей конечно не три, как в вентиляторе, а побольше.

Примерно так работает осевой компрессор.

Конечно очень упрощенно, но принципиально именно так. Рабочие лопатки «захватывают» наружный воздух, отбрасывают его внутрь двигателя, там лопатки направляющего аппарата определенным образом  направляют его на следующий ряд рабочих лопаток и так далее. Ряд рабочих лопаток вместе с рядом следующих за ними лопаток направляющего аппарата образуют ступень. На каждой ступени происходит сжатие на определенную величину. Осевые компрессоры бывают с разным количеством ступеней. Их может быть пять, а может быть и 14. Соответственно и степень сжатия может быть разная, от 3 до 30 единиц и даже больше.  Все зависит от типа и назначения двигателя (и самолета соответственно).

Осевой компрессор достаточно эффективен. Но и очень  сложен как теоретически, так и конструктивно.  И еще у него есть существенный недостаток:  его сравнительно          легко повредить. Все посторонние предметы с бетонки  и птиц вокруг аэродрома он       как говорится принимает на себя и не всегда это обходится без последствий.

Камера сгорания. Она опоясывает ротор двигателя после компрессора сплошным кольцом, либо в виде отдельных труб (они называются жаровые трубы). Для организации процесса горения в комплексе с воздушным охлаждением она вся «дырчатая». Отверстий много, они разного диаметра и формы. В жаровые трубы подается через специальные форсунки топливо (авиационный керосин), где и сгорает, попадая в область высоких температур.

Турбореактивный двигатель (разрез). Хорошо видны 8-ми ступенчатый осевой компрессор, кольцевая камера сгорания, 2-ухступенчатая турбина и выходное устройство.

Далее горячий газ попадает на турбину. Она похожа на компрессор, но работает, так сказать, в противоположном направлении. ЕЕ раскручивает горячий газ по тому же принципу, как воздух детскую игрушку- пропеллер. Неподвижные лопатки в ней находятся не за вращающимися рабочими, а перед ними и называются сопловым аппаратом. Ступеней у турбины немного, обычно от одной до трех-четырех. Больше и не надо, ведь для привода компрессора хватит, а остальная энергия газа потратится в сопле на разгон и получение тяги. Условия работы турбины мягко говоря «ужасные». Это самый нагруженный узел в двигателе. Турбореактивный двигатель имеет очень большую частоту вращения (до 30000 об/мин). Представляете какая центробежная сила действует на лопатки и диски! Да плюс факел из камеры сгорания с температурой от 1100 до 1500 градусов Цельсия. Вобщем ад :-). Иначе не скажешь. Я был свидетелем, когда при взлете самолета Су-24МР оборвалась рабочая лопатка турбины одного из двигателей. История поучительная, обязательно о ней расскажу в дальнейшем. В современных турбинах применяются достаточно сложные системы охлаждения, а сами они (особенно рабочие лопатки) изготавливаются из особых жаропрочных и жаростойких сталей. Эти стали достаточно дороги, да и весь турбореактивный двигатель в плане материалов очень недешев. В 90-е годы, в эпоху всеобщего разрушения на этом нажились многие нечистые на руку люди, в том числе и военные. Об этом тоже как-нибудь позже…

СУ-24МР

После турбины – реактивное сопло. В нем, собственно, и возникает тяга турбореактивного двигателя. Сопла бывают просто сужающиеся, а бывают сужающе-расширяющиеся. Кроме того бывают неуправляемые (такое сопло на рисунке), а бывают управляемые, когда их диаметр меняется в зависимости от режима работы. Более того сейчас уже есть сопла, которые меняют направление вектора тяги, то есть попросту поворачиваются в разные стороны.

Турбореактивный двигатель – очень сложная система. Летчик управляет им из кабины всего лишь одним рычагом – ручкой управления двигателем (РУД). Но на самом деле этим он лишь задает нужный ему режим. А все остальное берет на себя автоматика двигателя. Это тоже большой и сложный комплекс и еще скажу очень хитроумный. Когда еще будучи курсантом изучал автоматику, всегда удивлялся, как конструкторы и инженеры все это понапридумывали:-), а рабочие-мастера изготовили.  Сложно… Но зато интересно 🙂 …

Вот и все пока. Вкратце опять  не получилось :-). Но я все же надеюсь, что вам было интересно. До следующей встречи.

P.S. А вот вам напоследок атракцион, о котором я выше писал. Я на нем в детстве-то не катался, а сейчас их просто нет у нас. Так что знаю только в теории :-).

Вот такой он был, может и сейчас где-то работает...

Фото кликабельны.

{lang: 'ru'}

Related posts:

Компрессорный двигатель принцип работы

Компрессором называют любое приспособление, которое предназначено для сжатия и подачи воздуха, а также других газов под давлением. Где используется это устройство?

Автомобильные инженеры, создатели гоночных авто и просто любители скорости все время работают над увеличением мощности двигателей. Одним из способов ее увеличения есть строительство мотора большого внутреннего объема, но большие двигатели много весят и кроме того затраты на их производство и содержание очень высоки.

Фото. ProCharger D1SC – центробежный компрессор

Второй способ увеличения интенсивности двигателя — это создание агрегата стандартного размера, но более эффективного в использовании. Более эффективной отдачи можно добиться при нагнетании большего объема воздуха в камеру сгорания, которое позволяет подать в цилиндр больше топлива, а значит достичь большей мощности за счет высокого давления и соответственно сильного выброса газа. Именно компрессор, который также называют нагнетателем, позволяет усилить подачу воздуха и увеличить мощность двигателя.

Кроме компрессора существует еще турбокомпрессор. Отличия между этими двумя устройствами состоят в способе извлечения энергии. Обычный компрессор приводится в действие энергией, которая передается от коленчатого вала мотора через ременный или цепной привод механическим путем. Что касается турбокомпрессора, то она работает благодаря сжатому потоку выхлопных газов, вращающих турбину.

Как работает компрессор

Для того чтобы понять как работает данный механизм, рассмотрим схему работы обычного четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. С движением вниз поршня создается разрежение воздуха, который под действием атмосферного давления поступает в камеру сгорания. После поступления воздуха в двигатель он объединяется с топливной смесью и создает заряд, который можно трансформировать в полезную кинетическую энергию в результате горения. Горение создает свеча зажигания. Как только происходит реакция окисления топлива, выбрасывается большой объем энергии. Сила этого взрыва приводит в движение поршень, а сила этого движения поступает на колеса, заставляя их вращаться.

Более плотный поток топливно-воздушной смеси в заряд будет создавать более сильные взрывы. Но стоит понимать, что для сжигания конкретного количества топлива требуется определенное количество кислорода. Правильным считается соотношение: 14 частей воздуха к 1 части атмосферного воздуха. Эта пропорция имеет очень большое значение для эффективной работы силового агрегата автомобиля и выражает собой правило: «для того чтобы сжечь больше топлива нужно подать больше воздуха».

В этом и состоит работа компрессора. Он сжимает воздух на входе в двигатель, позволяя наполнять двигатель большому его количеству и создавать повышение давления. Вместе с этим в двигатель может поступать большее количество топлива, вызывая увеличение мощности. В среднем компрессор прибавляет 46% мощности и 31% крутящего момента.

Механический нагнетатель запускается с помощью приводного ремня, обернутого вокруг шкива, который подключен к ведущей шестерне. Ведущая шестерня привод в движение шестерню нагнетателя. Ротор компрессора впускает воздух, сжимает его и вбрасывает во впускной коллектор. Скорость вращения компрессора составляет 50 — 60 тысяч оборотов в минуту. В результате нагнетатель увеличивает подачу воздуха в двигатель машины примерно на 50%.

Так как горячий воздух сжимается, он теряет свою плотность и не может сильно расшириться во время взрыва. В этом случае он не может отдать столько же энергии, сколько производится при возгорании свечой зажигания более прохладной топливно-воздушной смеси. Можно сделать вывод, что для того чтобы нагнетатель работал с максимальной отдачей сжатый воздух на выходе из устройства должен быть охлажден. Процессом охлаждения воздуха занимается интеркулер. Горячий воздух охлаждается в трубках интеркулера с помощью холодного воздуха или холодной жидкости, в зависимости от вида механизма. Снижение температуры воздуха, увеличивая его плотность, делает сильнее заряд, который поступает в камеру сгорания.

Виды компрессоров

Компрессоры бывают трех видов: двухвинтовые, роторные и центробежные. Основное отличие между ними состоит в способе подачи воздуха во впускной коллектор автомобильного двигателя.

Двухвинтовой компрессор

Двухвинтовый нагнетатель состоит из двух роторов, внутри которых циркулирует воздух. Эта конструкция создает много шума в виде свиста сжатого воздуха, который приглушают специальными методами шумоизоляции двигателя.

Фото. Двухвинтовой компрессор

Роторный компрессор

Роторный нагнетатель расположен, как правило, в верхней части автомобильного двигателя и состоит из вращающихся кулачковых валов, которые перемещают атмосферный воздух во впускной коллектор. Он имеет большой вес и значительно утяжеляет вес транспортного средства. Кроме того, воздушный поток в данном виде компрессора имеет прерывистую структуру, что делает его наименее эффективным по сравнению с другими видами компрессоров.

Фото. Роторный компрессор

Центробежный компрессор

Центробежный нагнетатель — наиболее эффективен для принудительного повышения давления внутри двигателя машины. Он представляет собой крыльчатку, вращающуюся с огромной силой и нагнетающую воздух в небольшой корпус компрессора. Центробежная сила выталкивает воздух к краю крыльчатки, заставляя его с огромной скоростью покидать ее полость. Маленькие лопатки, расположенные вокруг крыльчатки преобразуют высокоскоростной поток воздуха с низким давлением в низкоскоростной поток с высоким давлением.

Фото. Центробежный компрессор

Достоинства компрессора

Основным достоинством компрессора является, естественно, увеличение мощности двигателя транспортного средства. Эксперты считают механические нагнетатели несколько лучше турбированных, потому что двигатели, оборудованные ими, не имеют задержки реакции в ответ на нажатие водителем педали газа, потому что механические компрессоры приводятся в движение непосредственно от коленчатого вала двигателя. Турбокомпрессоры в свою очередь подвержены отставанию, так как выхлопные газы набирают скорость нужную для раскручивания турбин лишь после истечения некоторого времени.

Недостатки двигателей

Так как компрессор запускается с помощью коленчатого вала мотора, это немного уменьшает мощность силового агрегата. Компрессор увеличивает нагрузку двигателя, поэтому последний должен быть крепким настолько, чтобы выдерживать сильные взрывы в камере сгорания. Современные автопроизводители учитывают это условие и создают более сильные узлы для моторов, предназначенных для работы в паре с компрессором, что повышает стоимость автомобиля, а также стоимость его технического обслуживания.

В целом нагнетатели — это наиболее эффективный способ добавить двигателю транспортного средства лошадиных сил или мощности другими словами. Компрессор может добавить от 50 до 100% мощности, поэтому его часто устанавливают на свои авто гонщики и приверженцы высокоскоростной езды.

Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости