Турбокомпрессоры и нагнетатели для ДВС
Системы наддува, сжимающие воздух, подаваемый в камеру сгорания двигателя, и увеличивающие массу этого воздуха, позволяют повысить мощность двигателя при данных рабочем объеме и частоте вращения коленчатого вала.
Системы наддува, сжимающие воздух, подаваемый в камеру сгорания двигателя, и увеличивающие массу этого воздуха, позволяют повысить мощность двигателя при данных рабочем объеме и частоте вращения коленчатого вала.
Для двигателей внутреннего сгорания применяются компрессоры (нагнетатели) трех видов: нагнетатели с механическим приводом, турбокомпрессоры, приводимые в действие отработавшими газами, и нагнетатели, использующие волну сжатия газов.
Нагнетатели с механическим приводом сжимают воздух, используя мощность, снимаемую с коленчатого вала двигателя (механическая муфта соединяет двигатель и нагнетатель), в то время как турбокомпрессор приводится в действие отработавшими газами.
Хотя нагнетатель, использующий для своей работы волну сжатия газов, также использует отработавшие газы, он требует вспомогательного механического привода (комбинация механической и гидравлической муфт).
Нагнетатели с механическим приводом
Применяются два вида таких нагнетателей: центробежные и с принудительным приводом рабочих элементов (объемные).
Центробежный нагнетатель во многом подобен турбокомпрессору, приводимому в действие отработавшими газами. Он, очень эффективен и позволяет получать лучшее соотношение между размерами устройства и его производительностью. Однако для создания необходимого давления требуются большие окружные скорости. Так как ведомый шкив привода относительно ведущего шкива вращается с недостаточной скоростью (передаточное отношение 2:1), то для получения необходимой окружной скорости следует использовать одноступенчатую планетарную передачу с передаточным отношением 15:1. Кроме того, в схему нагнетателя должен быть включен блок трансмиссии для изменения частоты вращения, если требуется поддержание давления на приемлемом постоянном уровне в широком диапазоне значений объемного расхода. Необходимость использования предельных частот вращения и других параметров, связанных с передачей мощности в приводе, означает, что область возможного применения центробежных нагнетателей ограничена дизелями среднего и большого рабочих объемов и бензиновыми двигателями для легковых автомобилей.
Объемные нагнетатели с внутренним сжатием содержат поршень, движущийся возвратно-поступательно, винт, ротор и компрессор с подвижными лопатками. Пример нагнетателя без внутреннего сжатия воздуха - нагнетатель типа Roots. Характеристики такого нагнетателя приведены на графике.
Зависимость отношения давлений p2/p1 от объемного расхода V указывает, согласно графику, на то, что увеличение этого отношения сопровождается только незначительным уменьшением объемного расхода воздуха V. Падение объемного расхода в основном зависит от эффективности уплотнения зазора (потери на утечки) и является функцией отношения p2/p1 и времени, но не зависит от частоты вращения вала компрессора.
Отношение давлений p2/p1 не зависит от частоты вращения. То есть высокие значения этого отношения могут быть получены и при низких объемных расходах.
Объемный и массовый расходы не зависят от соотношения давлений и, в первом приближении, прямо пропорциональны частоте вращения.
Производительность нагнетателя остается неизменной во всем его рабочем диапазоне. Объемный нагнетатель .работает на всех точках кривой p2/p1-V.
В нагнетателе типа Roots два симметричных ротора вращаются в корпусе без непосредственного контактирования между собой или с корпусом; размер периферийного зазора определяется конструкцией корпуса, используемым материалом и производственными допусками: Внешняя шестеренчатая передача синхронизирует вращение роторов.
Нагнетатель со скользящими лопатками имеет эксцентрично установленный ротор, воздействующий на три смонтированные по центру скользящие лопатки, которые обеспечивают сжатие воздуха. Давление сжатия при данной степени эксцентриситета ротора регулируется изменением положения кромки выходного окна А в корпусе нагнетателя.
