Пристрій механічного компресора

Механічний компресор представляє собою одну з різновидів систем наддуву повітря для збільшення потужності двигуна. Головною метою використання такого нагнітача є створення помітно підвищеного тиску, що перевищує атмосферний у впускному колекторі мотора.

Компресор називається механічним через те, що має привід безпосередньо від коленвала двигуна. У цьому полягає і його головна відмінність від іншої системи нагнітання повітря в циліндри під тиском-турбокомпресора.

Механічний нагнітач ще називається суперчарджер (від англ. Supercharger). Механічні нагнітачі здатні забезпечити приріст потужності двигуна до 50%. Показник крутного моменту збільшується до 30%. Недоліком механічного нагнітача заслужено вважається те, що для його роботи потрібні істотні витрати потужності самого двигуна. Енергія витрачається на привід нагнітача, а відбір потужності досягає позначки в 30%.

Принцип роботи механічного компресора

Механічний нагнітач за своїм принципом роботи нагадує турбокомпресор. Компресор аналогічно турбіні реалізує цілий список взаємопов'язаних функцій.Суперчарджер втягує зовнішнє повітря, здійснює його стиснення і подальше нагнітання під вхідну систему мотора. Втягування повітря реалізовано на основі створеного в колекторі розрідження. Для створення необхідного тиску механічному нагнітача необхідно обертатися на більш високих оборотах, випереджаючи при цьому двигун. Нагнітання повітря у впуск відбувається за рахунок різниці тисків у всій системі.

Повітря, який стискається компресором, демонструє збільшення температури при стисненні. Це веде до зниження його щільності, а результатом стає відповідне зниження рівня тиску. Механічна система наддуву оснащується интеркулером для вирішення цієї проблеми. Интеркулер є повітряний або рідинної радіатор, який якісно охолоджує стиснене повітря після проходження компресора.

Пристрій приводу механічних нагнітачів

Механічний компресор ДВС конструктивно може відрізнятися від інших схожих рішень. Головною відмінністю від аналогічних систем часто виступає система його приводу. Нагнітачі можуть мати наступне приводний пристрій:

  • систему прямого приводу, при якій нагнітач має кріплення безпосередньо до фланця коленвала;
  • пристрій ремінного приводу, яке включає в себе різні види поліклинових, зубчастих або плоских ременів;
  • привід на основі ланцюга (ланцюговий привід);
  • зубчасту передачу, під якою стоїть розуміти циліндричний редуктор;
  • електричний привід, який має на увазі використання окремого електродвигуна;

Види механічних компресорів

Давайте розглянемо кожен з основних видів механічних компресорів більш докладно. Отже, поїхали. Сучасні автомобілі можуть бути оснащені різними видами нагнітачів. Найбільшого поширення набули три основні види таких механічних систем:

  • кулачковий нагнітач (Roots);
  • гвинтовий нагнітач (Lysholm);
  • відцентровий нагнітач;

кулачковий нагнітач

Даний тип механічного нагнітача є однією з найбільш ранніх розробок. Кулачковий нагнітач стали встановлювати на автомобілях з 1900 року. У світі компресор добре відомий по імені винахідників цієї системи-Roots.

Сучасна реалізація конструкції кулачкового нагнітача виглядає таким чином, що нагнітач має пару роторів. Ці ротори можуть мати три або чотири кулачка і обертаються назустріч один одному.

Кулачки розташовані так, щоб знаходитися по спіралі і розміщені по всій довжині ротора. Кут закрутки таких кулачків підібраний саме для забезпечення найкращої ефективності нагнітання повітря при обліку що виникають при цьому втрат. По своїй загальній конструкції, а також і за принципом дії такий кулачковий нагнітач нагадує шестерінчастий масляний насос, який встановлюється в системі змащення ДВС.

Вступник повітря в компресорі захоплюється кулачками на роторі, переміщається в межкулачковом просторі і просторі між стінками корпусу пристрою, стискається, а потім здійснюється нагнітання під впуск. Такий принцип роботи називається зовнішнім нагнітанням.

Нагнітачі типу Roots відрізняються тим, що швидко створюють необхідний тиск наддуву. Відзначається також зростання зазначеного тиску паралельно зі збільшенням частоти обертання коленвала силової установки автомобіля. У деяких випадках компресор може створити такий тиск, який перевищить необхідне. Результатом стануть повітряні пробки в нагнітальному каналі і падіння ефективного тиску наддуву, що і призводить до загального зниження підсумкової потужності силового агрегату в різних режимах його роботи.

Для того щоб уникнути таких негативних наслідків, при використанні механічних компресорів різних видів обов'язково реалізується додатковий контроль і регулювання тиску наддуву. Тиск наддуву регулюється двома доступними способами:

  1. До першого способу можна віднести регулювання тиску шляхом відключення нагнітача. Найчастіше таке відключення відбувається за допомогою електромагнітної муфти;
  2. До другого способу відноситься перепуску повітря в процесі безперервної роботи компресора. Повітря перепускается за допомогою перепускного клапана;

Сьогодні системи механічного наддуву оснащуються електронними схемами регулювання такого наддуву. Комплексне рішення складається з вхідних датчиків тиску наддуву, датчика під впуску, електронних керуючих блоків і т.д. Паралельно використовуються численні механізми виконання, до яких відносять електромеханічні модулі приводу перепускного клапана, електромагніт муфти і інші пристрої.

Нагнітачі типу Roots коштують досить дорого. Це обумовлено вкрай малими допусками в процесі їх виготовлення.Такі компресори демонструють підвищені вимоги до чистоти надходить в компресор повітря. Будь-яке забруднення або сторонні предмети в системі впуску можуть з легкістю вивести з ладу чутливий нагнітач.

Компресори даного типу мають солідну вагу, а також характеризуються високим рівнем шуму в процесі їх роботи. Виробники ефективно використовують ряд заходів для шумозаглушення, починаючи від спеціальної конструкції корпусу і закінчуючи демпфірувальними пластинами, резонаторами, демпферами і т.п.

Серед лідерів по виробництву нагнітачів Roots можна особливо виділити компанію Eaton, яка спеціалізується на виготовленні чотирикулачні нагнітачів Twin Vortices Series підвищеної ефективності (в перекладі з англ. Це означає "подвійна серія вихорів"). Такі механічні нагнітачі штатно встановлені на серійні мотори Cadillac, Audi, Toyota. Зустрічаються мотори, на яких кулачкові нагнітачі є складовим елементом системи разом з турбонагнітачами. Для прикладу варто згадати двигуни сімейства TSI з подвійним наддувом.

гвинтовий нагнітач

Гвинтовий нагнітач є конструктивно схожим рішенням з нагнітачем Roots.Такі нагнітачі ще мають найменування по імені їх творця і називаються нагнітачем Lysholm.

Зазначений компресор складається з двох роторів-шнеків особливої ​​форми. На одному роторі є характерні виступи, а на іншому виїмки-канавки. Дані ротори нагадують за формою конус, а повітряні камери між роторами стають меншого розміру. Це видно в тому випадку, якщо слідувати по довжині ротора. Вступник повітря захоплюється шнеками, далі переміщається і стискається. Стиснення відбувається в результаті обертання шнеків.

Останнім етапом стає нагнітання стисненого повітря у впускний патрубок. Головною відмінністю гвинтового нагнітача від кулачкового є те, що такий компресор забезпечує внутрішнє нагнітання. Повітря нагнітається між шнеками, що робить спосіб більш ефективним.

До мінусів гвинтових нагнітачів однозначно відноситься їх висока ціна, яка сильно перевищує вартість і без того не найдоступніших кулачкових аналогів. З цієї причини гвинтові нагнітачі застосовуються досить рідко. Їх частіше встановлюють на масові дорогі спортивні автомобілі або моделі лімітованих серій.

відцентровий нагнітач

Що стосується відцентрового нагнітача, то процес нагнітання повітря в ньому реалізований за таким принципом, який нагадує турбокомпресор. У своїй основі він має робоче колесо-крильчатку. Колесо обертається з дуже високою швидкістю, а число обертів може досягати позначки в 50000-60000 об / хв.

Працює нагнітач за наступним принципом, коли вступник повітря засмоктується компресором в центральну частину колеса. Завдяки відцентрової силі повітря спрямовується по лопатей особливої ​​форми. Повітря з робочого колеса виходить вже на великій швидкості, але ще має низький тиск.

Саме під час виходу з колеса повітря проходить через особливий дифузор, який має безліч стаціонарних лопаток, розташованих навколо робочого колеса. Потік повітря на високій швидкості і з низьким тиском після проходження дифузора проходить процес перетворення і перетворюється в потік повітря низькій швидкості, але вже з високим тиском.

Варто відзначити, що відцентрові нагнітачі є найбільш поширеним рішенням серед всіх нагнітачів механічного типу.Серед основних плюсів виділяють їх компактні розміри, низьку вагу, ефективність роботи, розумну вартість і відмінну можливість різних варіацій кріплення на двигуні.

До мінусів відцентрових нагнітачів відносять сильно виражену залежність їх продуктивності від швидкості обертання коленвала двигуна. Розробники сьогодні особливо враховують цю особливість. Для відцентрових нагнітачів широко використовують привід зі змінним передавальним відношенням. Зазначене передавальне відношення приводу на максимальній позначці потрібно тоді, коли двигун працює на низьких оборотах, мінімальне ж відношення використовується при режимі роботи на високих оборотах.

Завдяки ряду особливостей конструкції нагнітачі типу Roots і Lysholm встановлюють на автомобілі для забезпечення високих показників динаміки при розгоні, а відцентрові нагнітачі найбільш ефективні при роботі мотора в режимі пікових навантажень і максимально високої швидкості.

Застосування механічних компресорів на автомобілях

Застосування механічних нагнітачів дуже затребуване як для серійних дорогих авто, так і на спортивних моделях.Компресори активно використовуються для тюнінгу автомобілів. Більшість спортивних автомобілів обладнані механічним нагнітачем або комплексним рішенням, яке включає в себе одночасно механічний і турбокомпресор.

Найширший популярність механічних нагнітачів в області тюнінга автомобільних ДВС привела до того, що виробники компресорів пропонують сьогодні готові комплекти для установки компресора на атмосферний мотор. Такі комплекти включають в себе повний список необхідних елементів конструкції для доступною установки на різні моделі двигунів.

Наостанок хотілося б додати, що серійні масові автомобілі, особливо середнього цінового сегмента, оснащуються механічними нагнітачами досить рідко.