Компресор (приводний нагнітач)

Прокачати «серце» автомобіля, посилити його рушійну силу хоче кожен автолюбитель. Є кілька способів для отримання помітного результату, але найпростішим і поширеним є обладнання двигуна наддувом повітря. Завдяки цьому простому методу, можна домогтися значного збільшення кінських сил без збільшення робочого об'єму, що останнім часом активно застосовується більшістю зарубіжних автовиробників. Найпоширенішими є турбокомпресори і приводні нагнітачі, які на перший погляд дуже схожі, але в дійсності мають відмінності в конструкціях, тим самим надаючи різний вплив на характер автомобіля.

Щоб зрозуміти, як працює ця система, не потрібна спеціальна підготовка. Все досить просто: в циліндри подається додаткова порція повітря, яка створює позитивний тиск на впуску. Ця зміна відстежується системою управління двигуном, яка налаштована на приготування робочої суміші оптимального складу, що змушує її збільшити подачу палива. У підсумку ми отримуємо склад, при згорянні якого виділяється більше енергії, що і призводить до підвищення потужності двигуна.

Розглянемо основні відмінності даних систем. Джерелом енергії для турбокомпресорів є відпрацьовані гази двигуна, які обертають турбінне колесо пристрою. На відміну від них, приводні нагнітачі використовують механічну передачу від коленвала двигуна. Тому продуктивність наддуву знаходиться в прямій залежності від частоти обертання мотора, тобто компресор в будь-який момент забезпечує необхідну подачу повітря.

Типи приводних нагнітачів

За останні сто років було створено багато типів приводних нагнітачів, але в сучасному автомобілебудуванні застосовуються найчастіше тільки три різновиди: роторні, гвинтові і відцентрові. Подача повітря в перших двох видах проводиться за допомогою двох циліндричних обертових роторів особливої форми, а в третьому - лопатками крильчатки.

роторні компресори

Ключовими характеристиками роторних компресорів є простота конструкції, великий термін експлуатації, врівноваженість, висока чистота повітря, що подається і позитивна залежність тиску повітря за компресором від частоти обертання роторів. Ця особливість важлива при роботі двигуна в часто мінливих режимах. Повітря в робочій порожнині компресора не стискується, тому роторні приводні нагнітачі ще називають компресорами з зовнішнім стисканням. Пристрої ефективні тільки при помірному ступені підвищення тиску, яка дорівнює відношенню величини тиску нагнітання до тиску всмоктування. При зростанні тиску на впускному вікні, ККД компресора різко падає.

Найчастіше застосовуються роторні компресори, оснащені двома однаковими роторами і відрізняються поперечним розташуванням впускного і випускного вікон в корпусі пристрою. Це наочно видно на наведеному малюнку.

До недоліків таких компресорів можна віднести помітну залежність ККД пристрою від величини зазорів між працюючими деталями, великий нагрів, пульсацію тиску нагнітання і сильний шум, які помітні при застосуванні простих у виготовленні прямозубих роторів. Виходячи з цього, роторні компресори в основному використовують для створення позитивного тиску зі значеннями не більше 0,5-0,6 бару.

Намагаючись зменшити шум і поліпшити рівномірність подачі повітря, ротори роблять спіральної форми. Але навіть ці хитрощі, як і застосування вікон клиноподібної форми, тільки зменшують пульсацію тиску. Усунути її повністю в компресорі з зовнішнім стисканням практично неможливо. Помітного зменшення амплітуди пульсацій дозволяє домогтися застосування кущ роторів замість двухзубчатих. У цьому випадку період пульсації тиску і швидкості в проточній частині пристрою відповідає 60 ° кута повороту роторів.

гвинтові компресори

На відміну від роторного типу пристроїв, гвинтові компресори забезпечують діагональний рух повітря в проточній частині. Внутрішнє стиснення досягається зміною обсягу порожнин між корпусом і обертовими гвинтовими роторами. Така конструкція дозволяє отримувати досить високу ступінь підвищення тиску повітря при високому ККД (більше 80%). Велика швидкість обертання компресора (до 12 тис. Об / хв) дозволила знизити його габарити, до того ж з'явилася можливість використовувати привід від газової турбіни.

Основними перевагами гвинтового компресора є його висока надійність і врівноваженість. Повітря, що нагнітається повітря не містить домішок масла, тому він найкращий для роботи з поршневим двигуном.

Недоліком такого компресора часто називають особливу складність форми роторів і їх масивність, що веде до їх високої вартості. При роботі гвинтовий компресор виробляє шум високої частоти, який викликається пульсаціями тиску в режимах всмоктування і нагнітання.

Розглянемо конструкцію гвинтового компресора на наведеному малюнку:

Його ротори є зубчасті колеса зі спіральними зубами, які мають великий кут нахилу спіралі. Профілі зубів і виїмок роторів повністю відповідають один одному. В процесі роботи зуби роторів не стикаються з корпусом і між собою, що досягається застосуванням синхронізуючих шестерень на валах роторів. При цьому відношення кількості зубів шестерень дорівнює відношенню кількості зубів відповідних роторів. Основним розподільним органом при цьому виступає ротор з западинами.

Гвинтові компресори можуть створювати тиск до 1 бар, а в деяких випадках і вище, тому найчастіше застосовуються на потужних і швидкісних автомобілях.

відцентрові компресори

Найбільшого поширення в двигунах внутрішнього згоряння отримали відцентрові компресори. Цей тип пристроїв відноситься до лопатковим машинам, принцип дії яких заснований на взаємодії потоку повітря з лопатками робочого колеса і нерухомих елементів машини. У порівнянні з іншими конструкціями, відцентрові компресори мають більш компактні розміри і відносно прості у виготовленні.

Конструкція відцентрового компресора складається з вхідного пристрою, робочого колеса (крильчатки), і дифузора, який включає в себе безлопаточную і лопаткову частини, причому остання може бути відсутнім. Також є збірники повітря, найчастіше виконуваний у вигляді равлика. У відцентровому компресорі повітря, пройшовши через фільтр, потрапляє у вхідний пристрій, який для стійкості потоку поступово звужується у напрямку руху і служить для рівномірного його підведення до колеса при мінімальних втратах. Робоче колесо встановлюється на шліцах, але в разі невеликих розмірів, може кріпитися на гладкому валу, який через механічну передачу зв'язується з коленвалом двигуна або робочим колесом газової турбіни.

Основоположними параметрами відцентрового компресора є: витрата повітря, ступінь підвищення тиску і ККД компресора. У сучасних пристроях, що застосовуються для наддуву двигунів внутрішнього згоряння, ці параметри можуть змінюватися в широкому діапазоні. Так, наприклад, ступінь підвищення тиску в компресорах, що приводяться в рух валом двигуна, може досягати 1,2 одиниць. А в разі використання відцентрового компресора в форсованому комбінованому двигуні її значення може досягати 3-3,5.

Відцентрові компресори мають багато спільного з турбокомпресорами. Вони досить компактні, мають невелику ціну і досить довговічні. Звичайно, вони не відрізняються більшим ККД і втрачають свою ефективність на малих обертах, але досить часто застосовуються на вітчизняних автомобілях ВАЗ.

Хорошим прикладом такого пристрою може служити компресор "АutoTurbo" для ВАЗ 2110-2112 16V, 2170-2172 16V. Він може бути встановлений на модель Лада-Пріора, оснащену ГУР або кондиціонером. У комплекті використовується серійний компресор PK 23-1. створює надлишковий тиск наддуву до 0,5 бар при швидкості обертання 5200 об / хв. Для його установки не потрібно внесення змін в конструкцію двигуна, тільки рекомендується знизити ступінь стиснення шляхом заміни штатної прокладки головки блоку на більш товсту. Розробники спочатку розраховували на максимальне спрощення установки компресора, тому він може бути встановлений автолюбителем самостійно.

Для установки на модель Нива-Шевроле призначений відцентровий компресор "АutoTurbo", що містить інсталяційний комплектом для ВАЗ 2123. У пристрої застосований компресор ПК-23, який при своєчасній заміні ременя і підшипників володіє необмеженим ресурсом. Створюючи тиск наддуву до 0,5 бар, пристрій відрізняється порівняно невеликими габаритами і безшумністю роботи. Цей комплект може встановлюватися на двигуни з максимальним об'ємом 2 л.