Automootori mehaaniline kompressor: plussid ja miinused
Pärast esimeste sisepõlemismootorite ilmumist oli disainerite ja inseneride peamiseks ülesandeks algusest peale elektrijaama jõudluse suurendamine. Teisisõnu, peamine eesmärk on mootori võimsuse suurendamine. Nagu teate, on kõige lihtsam viis mootori töömahtu ja silindrite arvu füüsiliselt suurendada. Mootor "imeb" atmosfäärist rohkem õhku, mille tulemusena saab põletada rohkem kütust.
Samas on sellised suurendatud töömahuga jõuallikad suured mõõtmetelt ja kaalult, nende tootmine on kallis, sellist mootorit pole alati võimalik kompaktse sõiduauto mootoriruumi paigutada jne. Teine võimalus mootori võimsuse suurendamiseks on ehitada selline seade, mis “annab välja” vajaliku võimsuse ja pöördemomendi ilma põlemiskambri mahtu suurendamata.
Probleemi saab lahendada rõhu all oleva õhu balloonidesse surumisega. Paljude sisepõlemismootorite õhu sissepritseks kasutatakse turboülelaadurit, teine lahendus on kompressor (mehaaniline ülelaadur). Selles artiklis vaatleme, kuidas autokompressor mootoril töötab ning millised on kompressormootori plussid ja miinused.
Artikli sisu
Kompressor atmosfäärimootorile
Alustame sellest, et kompressori (ülelaaduri) paigaldamine mootori sisselaskesüsteemi võimaldab saavutada õige koguse õhu juurdevoolu, et rohkem kütust põletada. Lihtsamalt öeldes on kompressor seade, mis on võimeline tekitama väljalaskeavas atmosfäärirõhust suurema rõhu.
Selle ülesandega saavad hakkama nii tavalised mehaanilised ülelaadurid kui ka turboülelaadur. Samas on peamine erinevus turboülelaaduri ja kompressori vahel see, et turboülelaadurit tiirlevad heitgaasid, mehaanilist kompressorit aga juhitakse mootori väntvõllilt.
Kuidas kompressor mootori võimsust suurendab?
Hingav sisepõlemismootor tõmbab silindris oleva kolvi allapoole liikumisel väljast õhku sisse ja tekitab vaakumi, mille tulemusel imetakse õhku põlemiskambrisse. Sissetuleva õhu hulk on füüsiliselt piiratud silindri ja põlemiskambri töömahuga. Pärast seda segatakse õhk teatud vahekorras kütusega, misjärel laeng (kütuse-õhu segu) põleb silindrites läbi.
Näib, et mootori võimsuse suurendamiseks peate varustama rohkem kütust, kuid tegelikult see nii pole. Lihtsamalt öeldes põhjustab liiga palju kütust selle, et kütus ei põle ilma õige õhuhulga tõhusalt. Selgub, et selleks, et põletada rohkem kütust, tuleb samal ajal juurde anda rohkem õhku.
Kui arvestada, et mootori suurus ei muutu, siis tuleb õhku surve alla suruda. See on kompressori peamine ülesanne. Kompressorid survestavad sisselaskeava, surudes õhku silindritesse. Sel juhul jääb üle vaid rohkem kütust süstida, misjärel selline segu põleb tõhusalt ja annab kolvile energiat. Praktikas on ülelaadur võimeline suurendama mootori võimsust 35-45%, pöördemomendi suurenemist on umbes 30% võrreldes täpselt sama atmosfääri analoogiga.
Mehaaniline ülelaadur: kompressorseade auto mootoril ja tööpõhimõte
Nagu eespool mainitud, käitatakse mehaanilisi kompressoreid väntvõlli abil. Enamasti kasutatakse selleks veorihma. Mis puutub kompressorisse, siis selle aluseks on õhurõhku tekitav rootor.
Sel juhul peab kompressor pöörlema kiiremini kui sisepõlemismootori väntvõll. Selleks tehakse ajami hammasratas kompressori hammasratastest suuremaks. Kompressor pöörleb umbes 50 000 pööret minutis, tõstes PSI rõhku 6-lt 9-le tollile ruuttolli kohta. Arvestades, et atmosfäärirõhk on umbes 14,7 psi, suurendab kompressor õhuvarustust poole võrra.
Lisame, et rõhu all süstitav õhk surutakse tugevalt kokku ja kuumutatakse, kaotades oma tiheduse. Lihtsamalt öeldes, mida madalam on tihedus, seda vähem saab balloonidesse õhku anda. Õhuhulga suurendamiseks tuleb seda enne sisselaskeavasse sisenemist täiendavalt jahutada.
Jahutuse eest vastutab vahejahuti, mis võib olla õhk ja vedelik. Vahejahutid on radiaator, kuhu siseneb kuum suruõhk pärast kompressorist lahkumist jahutamiseks.
Mehaaniliste kompressorite tüübid
Sisepõlemismootorile paigaldatud mehaanilised kompressorid:
- pöörlev kompressor,
- kahe kruviga ülelaadur;
- tsentrifugaalkompressor;
Peamised erinevused seisnevad õhuvarustuse rakendamises. Pöörd- ja kahe kruviga kompressoritel on seadmes erinevat tüüpi nukkvõllid. Tsentrifugaalpuhur on varustatud tiivikuga, mis tõmbab õhku sissepoole. Samuti märgime, et sõltuvalt ülelaadija suurusest ja tüübist sõltub selle tõhusus otseselt.
- Näiteks rootorkompressorid on tavaliselt suured ja paigaldatud mootori peale. Aluseks on suur rootor. Samal ajal on see lahendus analoogidest vähem efektiivne, kuna auto kaal suureneb oluliselt ja tekib pigem katkendlik õhuvool koos "puhangutega", mitte pidev ja stabiilne.
- Kaksikkruvikompressor töötab, surudes õhku läbi paari väiksema rootori, sarnaselt tigukäiguga. Töötamise tulemusena satub õhk rootori labade vahele jäävatesse õõnsustesse. Seejärel surutakse õhk rootori korpuse sees kokku.
Sellise lahenduse kasutegur on kõrgem, kuid ülelaaduri maksumus kõrgem, disain keerulisem ja vähem hooldatav. Samuti on kaksikkruvikompressor mürarikas, lisalahenduste abil on vaja rõhu all väljuvale õhule iseloomulikku vilet maha suruda.
- Kui arvestada tsentrifugaalkompressoriga, erineb see lahendus analoogidest tiiviku olemasolul, mis näeb välja nagu rootor. Tööratas pöörleb tugevalt, varustades õhku kompressori korpusesse. Samal ajal liigub tiiviku taga olev õhk suurel kiirusel, kuid on siiski madala rõhu all.
Rõhu tõstmiseks läbib õhk difuusori. Määratud difuusor on tiiviku ümber asuv laba. Selle tulemusena hakkab õhuvool pärast difuusori läbimist liikuma väikese kiirusega, kuid juba kõrge rõhu all. Selline kompressor on kõige tõhusam, kerge ja väikese suurusega. Neid saab paigaldada mootori ette, mitte mootori peale.
Kompressori eelised ja puudused mootoril
Niisiis, alustame ilmsetest plussidest. Esiteks on see mootori võimsuse suurenemine. Samuti peaksite esile tõstma paigaldamise suhtelist lihtsust ja madalat maksumust sisselaskesüsteemi minimaalsete muudatustega võrreldes turboülelaaduri paigaldamisega. Samuti tuleb märkida, et mehhaanilise ülelaaduri otsese ühenduse tõttu väntvõlliga turbo viivitust ei esine.
Samal ajal võivad kompressorid olenevalt tüübist näidata erinevat efektiivsust. Mõned suurendavad märgatavalt võimsust "põhjas" (väntvõll pöörleb madala sagedusega), teised suurendavad võimsust keskmise ja suure kiirusega. Reeglina on rootorkompressor ja kaksikkruvikompressor mõeldud madalatel pööretel, tsentrifugaalkompressorid töötavad hästi suurel kiirusel.
Isegi kompressori olemasolu osana edasisest tööst ei tähenda täiendavaid nõudeid ja raskusi. Kompressorimootori saab kohe välja lülitada (turboülelaaduriga mootoritel tuleb oodata turbiini jahtumist), vähenevad nõuded mootoriõli kvaliteedile jne.
- Liigume nüüd kompressorite puuduste juurde. Peamiseks puuduseks peetakse mootori jõuvõttu, kuna kompressorit juhitakse väntvõllilt. Praktikas võtab kompressor kuni 20% mootori võimsusest. Selgub, et kogukasv kuni 50% on tegelikkuses tegelik võimsuse kasv 25-30%.
Samuti soovitame lugeda artiklit turboülelaaduri toimimise kohta. Sellest artiklist saate teada turbiini konstruktsioonist ja selle lahenduse tööpõhimõtetest ning sellest, millist võimsust turbiin mootorile annab.
Samuti tähendab kompressori paigaldamine, et mootor hakkab kogema suuremaid koormusi. Sellise mootori valmistamiseks tuleb kasutada selliste suurenenud koormuste jaoks mõeldud osi, mis võimaldab saavutada vajaliku ohutusvaru.
Seetõttu osutub sellise sisepõlemismootori valmistamine kallimaks, kompressoriga auto maksab esialgu rohkem kui atmosfääriversioonid. Arvestada tuleb ka sellega, et kompressor vajab ka hooldust, mis tõstab sõiduki üldkulusid.
Summeerida
Nagu näete, on mehaanilised ülelaadurid üks soodsamaid ja majanduslikult tasuvaid viise atmosfäärimootori võimsuse suurendamiseks. Reeglina jääb see lahendus nõudlikuks erinevat tüüpi motospordis, ainulaadsete projektide loomisel, eksklusiivsete sportautode ehitamisel jne.
Samuti soovitame lugeda artiklit selle kohta, milline ressurss on turbiinil diiselmootori näitel. Sellest artiklist saate teada turboülelaaduri kasutusea kohta, samuti millised tegurid mõjutavad selle seadme ressurssi.
Kompressorite tootjad pakuvad sageli valmis "võtmed kätte" komplekte, mis võimaldavad minimaalsete modifikatsioonidega kiiresti paigaldada kompressori konkreetsele automudelile. Mootori häälestamise ja turgutamise austajatele on selline otsus paljudel juhtudel rohkem õigustatud kui turboülelaaduri paigaldamine atmosfäärimootorile.
Lõpetuseks märgime, et leiate ka mootoreid, millele on korraga paigaldatud turbiin ja kompressor. Kuigi praktiline rakendamine on tehnilises mõttes üsna keeruline, võimaldab selline lähenemine saavutada seadmetelt maksimaalset tulu, võttes arvesse sisepõlemismootori erinevaid töörežiime ja vabastades mootori nendele tehnoloogiatele omastest puudustest, eraldi võetud.
Näiteks edukalt rakendatud kompressori + turbiini kombinatsioon on üsna võimeline panema mootori tööle nii, et kompressor annab vajaliku tõukejõu "allosas", eemaldades turbo viivituse (turbo lag), siis pärast mootor käib üles, turbiin on ühendatud. Sellise skeemi praktiline rakendamine on Volkswagen 1.4 TSI mootor.
