A kompresszor ( eng. Supercharger ) egy mechanikus egység, amely hűtés nélkül sűríti össze a gázt (több mint 15 kPa). A kompresszorok a kompresszorokkal ellentétben hűtik a gázt. A ventilátorok a feltöltőkhöz hasonlóan nem hűtik a gázt, hanem 15 kPa-nál kisebb nyomást hoznak létre. [egy]
Opcionálisan használható dugattyús és forgódugattyús belső égésű motorokon (a továbbiakban: belső égésű motorok). Magának a belső égésű motornak a működése során kapott energiának köszönhetően működik, és nyomás alá helyezését, azaz kényszerlevegő-befecskendezését hajtja végre a belső égésű motorba annak összüzemmódú kényszerítése vagy (esetenként) öblítése céljából.
A feltöltő használható dugattyús és forgódugattyús belső égésű motorokhoz, amelyek bármilyen termodinamikai cikluson és tetszőleges számú cikluson működnek. Az ilyen belső égésű motorok legtöbb típusánál a feltöltő egy opcionális tervezési elem, amely nem befolyásolja magának a belső égésű motornak az alapvető működési lehetőségét. A feltöltő fő feladata itt a nyomás növelése a teljesítmény növelése érdekében. Feltöltés alatt mindenekelőtt az aktuális légköri szintet meghaladó nyomású levegő kényszerbefecskendezését kell érteni a belső égésű motorba, ami az égéstérben az erőlöket előtti levegő sűrűségének és tömegének növekedéséhez vezet, ami viszont a sztöchiometrikus éghető keverék szabálya szerint egy adott motortípusnál több üzemanyag elégetését teszi lehetővé, ami nagyobb nyomatékot (és teljesítményt) jelent bármely főtengely/rotor fordulatszám mellett, mint egy szívómotornál. Ennek a feladatnak a keretében a feltöltővel történő feltöltése csak az egyik lehetséges módszer a hatékonyság növelésére és/vagy növelésére, és a feltöltő meglétét vagy hiányát csak az adott motor fejlesztőinek céljai és költségvetése határozza meg. Ez alól a szabály alól csak a kétütemű dugattyús belső égésű motorok bizonyos típusai jelentenek kivételt, ahol a feltöltő elsősorban a hengerek kényszerürítését látja el két munkalöket találkozásánál, és szinte mindig jelen van az ilyen motorok szívórendszerében. belsőégésű motor.
A kompresszor hiánya a GTE-benA gázturbinás belső égésű motorokban a feltöltő formálisan hiányzik. A kompresszor, amely bármely gázturbinás belső égésű motor része, egy teljesen szerves szerkezeti elem, amely alapvető lehetőséget biztosít egy ilyen belső égésű motor működtetésére, és az ilyen kompresszort nem nevezik kompresszornak az orosz nyelvű mérnöki lexikonban, bár a kényszerlevegő-befecskendezés funkcióját látja el.
A feltöltők típusai energiahajtásuk szerintA feltöltő a belső égésű motortól magától közvetlenül vagy közvetve kapott energia egyik vagy másik fajtája miatt működik. Felhasználható a kipufogógázok energiája, a belső égésű motorok tengelyeinek forgási mechanikai energiája, valamint az elektromos energia. Energiahajtásától függően a feltöltő kialakítása saját műszaki jellemzőkkel és saját névvel rendelkezik. A kipufogógázok energiájával hajtott feltöltőket turbófeltöltőknek, mechanikus hajtásról hajtott feltöltőknek nevezik. Léteznek elektromos energiával hajtott feltöltők is, de ezek leírására még mindig nincs bevett orosz kifejezés, és nevezhetjük elektromos feltöltőknek és elektromos hajtású feltöltőknek is.
A "szupertöltő" és a "kompresszor" kifejezések jelentéseA feltöltő fontos eleme a légkompresszor , amely abszolút minden feltöltő kialakításában jelen van, függetlenül annak energiahajtásától. Ebben az aggregált boost kontextusában mindkét kifejezést – a kompresszort és a kompresszort – egyformán használjuk, beleértve az összetett szavak részét is, mint például a turbófeltöltő / turbófeltöltő, ami kérdéseket vethet fel a témában járatlanok számára a témában nem jártas szemantikai árnyalatokkal kapcsolatban. feltételeket. Meg kell érteni, hogy a szemantika szempontjából a "túltöltő" kifejezés a teljes egység egészének funkcióját jelenti, a "kompresszor" pedig az erőgép neve és minden feltöltő fő működtető egysége. Az orosz beszédhasználatban tulajdonképpen megengedhető mindkét kifejezés egyenlő használata a feltöltéssel kapcsolatban, és mindkét szó egyszerű és összetett formában is ebben az esetben szinonimának tekinthető.
A lapátos gépek elméletében a "szupertöltő" és a "kompresszor" kifejezések nem azonosak. Azokat a lapátos gépeket, amelyek legfeljebb 10%-kal növelik az áramlási nyomást, általában ventilátoroknak nevezik; 20...25%-kal - feltöltőkhöz; a nagy nyomások a kompresszoroknak felelnek meg. A mindennapi életben a feltöltő szerelvényt gyakran "turbinának" nevezik, bár a meghajtó kompresszorban egyáltalán nincs turbina, a gázturbinában pedig csak egy kompresszor / kompresszor hajtás.
Ilyen a feltöltő, amelynek kialakítása egy miniatűr turbinát tartalmaz , és a működési elve magának a motornak a kipufogógázáramának energiájának felhasználásán alapul, amely feltöltött. A kipufogórendszerben közvetlenül a kipufogócső mögött található kipufogógázok a turbinára hatóan megpörgetik azt, és forgási energiát ad át a kompresszornak. A két turbófeltöltő működtető szerkezetének alapvető felépítése általában megegyezik minden olyan fejlesztéssel, amely egy munkaegység szintjére kerül, és egy radiális egykörös turbinát és egy centrifugális kompresszort foglal magában . Ugyanakkor a turbina, a kompresszor, a tengely és a ház tényleges felépítése nagyon eltérő lehet: például a kanonikus egyszerű kombinált fix geometriájú siklócsapágyas turbófeltöltők mellett lehetőség van változó geometriájú turbinák alkalmazására is, kettős spirálcsatornák a turbina gázellátására (ún. Twin-scroll ), kettős csatornák alkalmazása a kompresszor levegőkivezetésére, a turbina és a kompresszor egymástól jelentős távolságra történő elválasztása, kerámia rotoroknál tengely felszerelése gördülőcsapágyakra. A turbófeltöltő teljesítményének és hatásfokának fontos (bár nem kifejezetten deklarált) kritériumai a turbina és a szivattyú kerekeinek külső átmérője (amely a ház méretével vizuálisan nagyjából megbecsülhető), a rotor fordulatszáma és a benne rejlő turbolag mennyisége. kivétel nélkül minden turbinában.
A turbófeltöltő mindig magas kipufogógáz-hőmérsékleten üzemel, a turbófeltöltő tengelycsapágyai pedig a motor legnagyobb hőterhelésű részei, amelyek motorolajjal érintkeznek, ami különleges követelményeket támaszt mind a turbófeltöltőt alkotó alkatrészek gyártástechnológiájával, mind pedig a turbófeltöltő tengelycsapágyaival. az olaj minőségéről és erőforrásairól. Mindkettő régóta az egyik technológiai elrettentő tényező a benzinmotorok turbófeltöltőinek tömeges bevezetése előtt.
Minden turbófeltöltős benzinmotort kezdetben feltöltésre terveztek. A turbófeltöltő használata egy eredetileg atmoszférikusnak tervezett benzinmotoron elvileg változtatás nélkül lehetséges, de az ilyen motor gyors (ha nem azonnali) tönkremeneteléhez vezet működés közben. Az állandó kopogásszabályozás igénye valamilyen vezérlőelektronikát igényel, ami általában elektronikus (vagy legalábbis elektronikus-mechanikus) befecskendezésen alapuló motorerőrendszert jelent . A sorozatgyártású, turbófeltöltős karburátoros motorok rendkívül ritkák voltak energiarendszereik túlzott mechanikai összetettsége miatt. A turbófeltöltőket széles körben használják haszongépjárművek dízelmotorjain - teherautók, traktorok, mozdonyok és hajók motorjaiban. Itt a dízelmotorok megnövekedett kopogásállósága és nagyobb hatásfoka volt a döntő, ami alacsonyabb szintű hősugárzást, a haszongépjármű-motor hatásfokát tranziens körülmények között relatíve igénytelenül, valamint a motortérben elfoglalt helyt jelent.
A turbófeltöltő működésének sajátossága a többi túlnyomásos egységhez képest, hogy használata esetén a túlnyomás hatása mindig meghaladja a nyomás alá helyezés energiaköltségét. Vagyis minden turbófeltöltővel felszerelt motornál mindig lehet olyan lendületet kapni, ami annyira feldobja a motort, hogy az tönkreteszi. Minden turbófeltöltős motor teljesítményét 100%-ban magának a motornak az erőssége, a motor élettartama korlátozza, nem pedig a turbófeltöltő hatásfoka. A boost hatás korlátozásának szükségessége az oka annak, hogy a turbófeltöltőt soha nem használják a motorokon önmagában, hanem csak a turbófeltöltő rendszer összetett részeként , amelyben ez a fő eleme, de nem az egyetlen.
Ilyen a feltöltő, amelynek kialakítása egy kompresszorból és valamilyen mechanikus hajtásból áll, amelyen keresztül viszont a motortól kapott teljesítmény felhasználásával biztosítják a feltöltő működését, amely nyomás alá kerül. Nincs egyetlen általános nézet a meghajtó kompresszorról. A kompresszoruk működési elve alapján a meghajtó feltöltők lehetnek volumetrikusak , azaz meghatározott térfogatú impulzusrészekben végeznek túlnyomást, és dinamikusak , azaz folyamatos áramlással végeznek nyomást. A térfogati feltöltők csoportjába olyan kivitelek tartoznak, mint: bütyök (amerikai Roots ( angol ), Eaton ), csavar (amerikai Lisholm , német Mercedes a 2000-es évekből), spirál (német G-Lader , a Volkswagennél a 90-es években használták), lapát (Brit PowerPlus kompresszor a háború előtti MG -hez és a Rolls-Royce Merlinhez ). A dinamikus hajtású kompresszorok csak centrifugális típusúak, általában nem rendelkeznek saját nevükkel, és kialakításuk többé-kevésbé univerzális, és általában hasonló egyes kanonikus centrifugális kompresszorok kialakításához. Mindkét esetben a kompresszor típusától függetlenül annak mechanikus hajtásának kialakítása nem alapvető fontosságú a kompresszor egészének működése szempontjából, az egyetlen jellemzője, hogy a kompresszorhajtás növekvő áttételű (nagyságrendileg kb. 0,15-0,08) és más meghajtókialakítások lehetővé teszik a feltöltő be- és kikapcsolását (beleértve az analóg elvet is) a vezető vagy a vezérlőegység parancsára. Maguk a hajtások közbenső tengelyekkel, fogaskerekekkel, fogasszíjakkal, láncokkal, trapézszíj-készlettel, valamint a főtengely vagy a vezérműtengely végeiről érkező közvetlen hajtásokkal lehetségesek. Kapcsolható hajtás esetén különféle kivitelű tengelykapcsolókat használnak.
A hajtás-feltöltő működésének sajátossága a többi nyomástartó egységhez képest, hogy a motor úgynevezett indikátorteljesítményének jelentős részét kénytelen a hajtására fordítani . Ez azt eredményezi, hogy minden hajtott kompresszorral rendelkező motornak magas a fajlagos üzemanyag-fogyasztása , amely többszöröse lehet egy hasonló hasznos teljesítményű szívómotor fajlagos üzemanyag-fogyasztásának . Magas motorfordulatszámon a feltöltő hajtás teljesítményfelvétele nem lineárisan növekszik a használatból származó megtérülés növekedéséhez képest, ami tovább növeli a fajlagos üzemanyag-fogyasztást, és a kijelzett teljesítmény és a hasznos teljesítmény különbsége maximális üzemmódban elérheti a nettó 50%-a.
Az üzem közbeni relatíve csekély hőterhelés miatt a hajtófeltöltők fémtechnológiában és kenőanyag-minőségben viszonylag igénytelenek, a sorozatgyártás megjelenésével szinte egy időben gyártásra került egy működőképes, megbízható, hajtásos feltöltőre épülő feltöltőegység. autók. Az alkatrészgyártás precizitási követelményei miatt azonban a hajtott feltöltők mindenképpen drágák voltak, használatuk a 20. század első felében az exkluzív, pszeudosport- vagy versenyautókra korlátozódott. A hajtott feltöltők második alkalmazási területét a dugattyús repülőgépmotorok képezték, amelyekben a feltöltést a légköri nyomás magassági csökkenésének és az ebből eredő levegő ritkulásának kompenzálására tervezték. A 2. világháború után a repülés áttért a turbóhajtóművekre, az autómotorok tervezői pedig a szívóerő útjára léptek, aminek következtében a hajtófeltöltők szinte feledésbe merültek, és csak az amerikai tuning vagy néhány amerikai és ritka európai modell maradt a közúti autókból. A 2000-es évek elején a hajtott kompresszorok elkezdtek megjelenni a viszonylag drága közúti autókon a turbófeltöltővel párosított kombinált feltöltőegységek részeként. Az ilyen túlnyomásos rendszereket a mai napig alkalmazzák, bár az utóbbi években tendencia volt a kombinált feltöltést felváltani hatékony all-mode turbófeltöltéssel, amely ikertekercses vagy változó geometriájú turbinákon alapul, valamint kombinált turbófeltöltővel és elektromos feltöltővel. .
Alkalmazási jellemzők autómotorokonA tömeggyártású személygépkocsik benzinmotorjain, ha a kompresszoros motort hajtási kompresszorra építik ki, az ilyen feltöltő mindig csak térfogati típusú lesz. Ennek oka minden térfogat- kiszorításos kompresszor fontos minősége , hogy teljesítményük mindig lineárisan függ a forgórész fordulatszámától. Ezért kényelmesek a lökettérfogatú feltöltővel felszerelt motorok a vezető számára: átmeneti körülmények között nem működnek rosszabbul, mint a szívómotorok (a gázpedál lenyomásakor nincs késés a motor felpörgetésében), és növelik a nyomatékot a teljes fordulatszámon hatótávolság, ami egy lökettérfogatú feltöltővel ellátott motoron jellemző, különösen az "alul" észrevehető. A lökettérfogatú feltöltőknek az a konstruktív előnye is, hogy használatukhoz nincs szükség további vezérlőelemekre (nyomáshatároló szelepek, elektronikus vezérlőegységek, kiegészítő érzékelők), ami elektronikus befecskendező rendszerek hiányában megkönnyítette a térfogatkiszorításos feltöltők karburátorra szerelését. motorok vagy mechanikus befecskendezésű motorok. A modern kombinált feltöltőrendszerekben a volumetrikus hajtású feltöltők alkalmazása esetén ezek felelősek az alacsony motorfordulatszámon történő feltöltésért, és a vezérlőrendszerek deaktiválják, ha a párhuzamos turbófeltöltő elegendő töltőnyomást ér el.
A centrifugális feltöltők személygépkocsik benzinmotorjain is használhatók. De tekintettel arra a tényre, hogy minden centrifugális kompresszorban a szivattyúzott levegő mennyiségének a fordulatszámtól való függése nem lineáris, az ezeken alapuló meghajtó-feltöltőket vagy rövid időre csatlakoztatják (mint az amerikai tuninggépek), vagy motorokra szerelik. amelyeknél nem túl fontos az átmeneti körülmények között végzett munka és a fenéken végzett munka hatékonysága (például versenyautók negyed mérföld távolságban). Ugyanakkor előfordulhat, hogy a kezdeti szívómotorra csatlakoztatható hajtású centrifugális feltöltő felszerelése nem igényel átalakítást a feltöltéshez, ha a motor túltöltési üzemmódban üzemideje korlátozott. Az állandóan működő centrifugális feltöltő felszereléséhez pedig a feltöltéshez szükséges módosításokon túl nyomáshatároló szelepek megléte is szükséges lehet (ami a pozitív elmozdulású feltöltőknél nem szükséges). Mindenesetre a hagyományos tömeggyártású közúti autók nincsenek hajtott centrifugális feltöltővel felszerelve.
Mind a térfogati, mind a centrifugális hajtású feltöltők nemcsak személygépkocsik benzinmotorjain, hanem nehéz berendezések benzin- és dízelmotorjain is használhatók. Valószínűleg az alkalmazás sajátosságaiból fakad, hogy itt inkább a kompresszort választották, mint egy alkalmasabb turbófeltöltőt. Az első esetre példa az amerikai Teledyne Continental AVSI-1790 tankbenzinmotor ; a második példa a szovjet/orosz V-46-os tank dízelmotor .
A modern tömeges autóipari motorgyártásban a hajtás-feltöltők használata elhalványul. Ennek fő oka a mechanikai hajtásveszteség, ami megnövekedett üzemanyag-fogyasztást és megnövekedett szén-dioxid-kibocsátást eredményez. A volumetrikus hajtású feltöltők megfelelő helyettesítői manapság a dupla görgős és változtatható geometriájú turbinákkal felszerelt turbófeltöltők , valamint az elektromos feltöltők kombinált feltöltőrendszerekben való alkalmazása, ami minden esetben valamilyen módon segít megoldani a tranziens körülmények között kialakuló turbolaproblémát és a problémát. a hagyományos turbófeltöltés alacsony hatásfoka alacsony motorfordulatszámon.
Alkalmazási jellemzők kétütemű motorokonBizonyos típusú benzines és dízel kétütemű motorokon ( résszelepes öblítéssel , szembejövő dugattyúmozgással ), amelyek működése viszonylag kis fordulatszámmal jár, alacsony nyomású hajtású feltöltőket használnak a teljes szerkezet szerves elemeként. az öblítőhengerek két munkaciklus találkozásánál. A szovjet mérnöki lexikonban az ilyen meghajtású kompresszorokat " fúvó " vagy " mosószivattyú " kifejezéssel emlegették . Az általuk biztosított töltőnyomás általában 0,1-0,2 bar nagyságrendű. A réstisztítóval ellátott nagy sebességű motorokon ( például motorkerékpárokon) nem használnak ilyen fúvókat / szivattyúkat, és ott a hengereket más módon öblítik.
Ismeretes, hogy a fúvókat/szivattyúkat volumetrikus kompresszorok és centrifugális kompresszorok alapján is fejlesztik. Az első lehetőség egyik példája a szovjet YaAZ-204 és YaAZ-206 dízelmotorok . A második lehetőség példája a szovjet / ukrán tartály többüzemanyagú 5TDF motorja . Ugyanakkor a centrifugális kompresszorok azon tulajdonsága, hogy a fordulatszám növelésével növelik a töltőnyomást, nagy fordulatszámú üzemmódban is felhasználható a motor felpörgetésére. A légfúvó/szivattyú jelenléte nem zárja ki annak lehetőségét, hogy egy ilyen kétütemű motort turbófeltöltővel egészítsünk ki, amelynek feladata a motor legtisztább formájának növelése. Ilyen turbófeltöltéses és turbófeltöltés nélküli motorok például a TE10 és TE3 dízelmozdonyok szerkezetileg azonos 10D100 és 2D100 dízelmotorjai .
Az elektromos feltöltő (elektromos hajtású feltöltő) működési elve a jármű fedélzeti elektromos hálózatából származó villamos energia felhasználásán alapul a kompresszor meghajtására. Az alapvető kialakítás általában ugyanaz - egy nagy sebességű villanymotor és egy centrifugális kompresszor, amelyhez közös tengely kapcsolódik.
Az ilyen feltöltők az elmúlt években széles körben elterjedtek az autók benzinmotorjaiban, a viszonylag nagy feszültségű (~ 50 V) fedélzeti elektromos hálózatok széles körben elterjedt bevezetése, valamint a nagy teljesítményű generátorok, nagy kapacitású akkumulátorok és kondenzátorok beépítése miatt. Mértékegység. Ebben az esetben az elektromos feltöltők csak egy részét képezik a teljes töltőegységnek, és egy turbófeltöltővel (egy vagy kettő) kombinálva működnek együtt a feltöltési funkció részeként. Az elektromos feltöltő beépítése általában magának a motornak az átmeneti üzemmódjaira korlátozódik, és mindenekelőtt azokra, amelyekben a turbófeltöltő alacsony hatékonysága, például a motor alapjárati fordulatszámától való felpörgetése. Az elektromos feltöltőket nem használják állandó löketforrásként, mivel jelentős veszteségek keletkeznek a belső égésű motor mechanikai energiájának elektromos energiává történő átalakítása során, hogy meghajtsák az elektromos motort, és ismét a kompresszor működéséhez szükséges mechanikai energiává.