Компрессор в автомобиле что это такое
Повышение мощности двигателя автомобиля достигается различными способами. Один из самых оптимальных подходов – повышение эффективности работы силовой установки путем наращивания объема бензино-воздушной смеси, подаваемой в цилиндры. Для этого в конструкцию двигателя добавляются компрессоры – механические нагнетатели, обеспечивающие принудительную подачу в камеры сгорания воздуха под большим давлением.
Что такое компрессор в машине?
Компрессором называется любой механизм, создающий на выходе высокое давление воздуха или другого газа. Используемые в автомобильных двигателях механические компрессоры работают от коленвала, крутящий момент которого передается посредством ременной либо цепной передачи. Кулачковые механизмы либо крыльчатка компрессора создают направленный воздушный поток, который подается в двигатель. Благодаря принудительному нагнетанию воздуха в цилиндры может закачиваться большее количество топлива, энергия сгорания увеличивается, вследствие чего возрастает и мощность мотора.
Следует отметить, что просто использовать больше бензина для увеличения мощности невозможно – для эффективного сгорания топлива требуется определенное количество кислорода. Таким образом, компрессор, по сути, является практически единственным возможным способом нарастить мощность двигателя, практически не изменяя его габариты и массу. Благодаря этому установка ДВС с механическим нагнетателем возможна даже на достаточно компактные и легкие автомобили.
Как работают компрессоры
В атмосферных автомобилях забор воздуха осуществляется по следующей схеме:
Здесь объем поступающего воздуха ограничивается рабочим объемом цилиндра, соответственно для моторов атмосферного типа единственным способом повышения мощности является увеличение внутреннего объема.
Двигатель с установленным компрессором
Установленный же компрессор позволяет использовать возможность воздуха сжиматься под внешним воздействием. Создаваемое его рабочими элементами давление заставляет цилиндры наполняться большим объемом воздуха, а горючая смесь, соответственно, получает больше кислорода. Добавляя к нему увеличенный объем топлива, удается получить больше энергии, которая при сгорании смеси толкает поршень и создает момент движения.
Для эффективного нагнетания воздуха рабочие элементы компрессора (роторы или крыльчатка) должны вращаться быстрее коленчатого вала. Достичь этого позволяет установка шестерней разных размеров: ведущая звездочка больше, чем приводные шестерни нагнетателя. Благодаря этому удается достичь частоты вращения в 50 000 об/мин. и более.
Дополнительно увеличить объем подаваемого в цилиндры воздуха позволяет установка интеркулера. Этот агрегат охлаждает воздух, выходящий из компрессора, в результате чего газ дополнительно сжимается.
Средний прирост мощности на автомобилях, оборудованных компрессорами, в сравнении с атмосферными аналогами составляет 35-45%, кроме того, примерно на 30% возрастает крутящий момент.
Читайте также: Что такое атмосферный двигатель и как он работает.
Виды компрессоров
Механические нагнетатели, устанавливаемые на двигатели современных машин, изготавливаются в разных видах:
Они различаются, прежде всего, способом подачи воздуха в мотор. В основе роторного и 2-винтового механизма лежат кулачковые валы, а центробежные модели имеют в своей конструкции крыльчатки с тем или иным числом лопастей. У каждого из указанных типов есть свои индивидуальные преимущества и недостатки.
Самой старой является роторная конструкция нагнетателя. Она была запатентована еще в 1860 г., а в 1900 впервые использована в автомобилестроении. Вращающиеся кулачковые валы направляют попадающий в полость агрегата воздух в двигатель, где тот создает повышенное давление. Данный вид компрессоров является наименее эффективным по ряду причин:
2-х винтовой компрессор.
2-винтовые модели имеют в своей конструкции 2 ротора, напоминающие червячную передачу. Они и обеспечивают движение воздуха в камеры сгорания. Общий принцип работы таких компрессоров в целом такой же, как и у роторных образцов. Однако здесь воздух сжимается уже внутри компрессора благодаря конической форме роторов и сужению воздушных карманов. Поэтому они более эффективны – провалов воздушного потока практически не возникает из-за повышенного давления в самом нагнетателе.
Наиболее эффективны на сегодняшний день центробежные компрессоры. Именно они используются для решения большинства задач, связанных с повышением воздушного давления в той или иной системе. Размещенная в корпусе такого нагнетателя крыльчатка вращается с частотой до 60 000 об./мин, благодаря чему возникает большая центробежная сила. Воздух выходит из такого компрессора на высокой скорости, но под низким давлением и подается на диффузор. Здесь скорость потока снижается, а давление повышается. Еще одно немаловажное преимущество устройств данного вида – компактные размеры: именно центробежные компрессоры устанавливаются на «заряженные» версии малолитражных автомобилей. Впрочем, на более крупных моделях их преимущества также становятся очевидны.
Читайте также: Как увеличить мощность двигателя: популярные способы.
Чем отличается компрессор от турбины
Мнение, что компрессор и турбина – это одно и то же, в корне ошибочно. Да, оба устройства выполняют общую задачу: нагнетают воздух в двигатель, однако они используют разный принцип исполнения этой задачи.
Компрессор приводится в действие энергией коленвала, а крыльчатку турбины заставляет вращаться поток выхлопных газов. Это отличие обусловливает следующий момент: работа турбины не приводит к потерям мощности, потому что она не использует энергию двигателя, в то время как для работы компрессора может потребоваться до 30% исходной мощности.
С другой стороны, эффективность турбины изменяется в зависимости от интенсивности работы двигателя, она дает ощутимый прирост мощности только на средних и высоких оборотах. Компрессор же работает в постоянном режиме, на который он выходит практически сразу после старта двигателя.
При этом, турбина – более сложный и поэтому дорогостоящий агрегат, чем компрессор. Она более чувствительна к качеству масла, а ее обслуживание и ремонт требует специфических навыков и зачастую стоит дороже ремонта компрессора.
Как можно увидеть, компрессор – это эффективный, надежный и относительно недорогой способ увеличить мощность автомобиля, сохраняя размеры и массу его двигателя. Такие устройства используются на автомобилях самого разного типа и назначения – от трековых и гоночных болидов до повседневных автомобилей с «горячим» характером.
Что такое компрессор? Роль компрессора в работе двигателя автотомобиля
Компрессором называют любое приспособление, которое предназначено для сжатия и подачи воздуха, а также других газов под давлением. Где используется это устройство?
Автомобильные инженеры, создатели гоночных авто и просто любители скорости все время работают над увеличением мощности двигателей. Одним из способов ее увеличения есть строительство мотора большого внутреннего объема, но большие двигатели много весят и кроме того затраты на их производство и содержание очень высоки.
Фото. ProCharger D1SC – центробежный компрессор
Второй способ увеличения интенсивности двигателя – это создание агрегата стандартного размера, но более эффективного в использовании. Более эффективной отдачи можно добиться при нагнетании большего объема воздуха в камеру сгорания, которое позволяет подать в цилиндр больше топлива, а значит достичь большей мощности за счет высокого давления и соответственно сильного выброса газа. Именно компрессор, который также называют нагнетателем, позволяет усилить подачу воздуха и увеличить мощность двигателя.
Кроме компрессора существует еще турбокомпрессор. Отличия между этими двумя устройствами состоят в способе извлечения энергии. Обычный компрессор приводится в действие энергией, которая передается от коленчатого вала мотора через ременный или цепной привод механическим путем. Что касается турбокомпрессора, то она работает благодаря сжатому потоку выхлопных газов, вращающих турбину.
Как работает компрессор
Для того чтобы понять как работает данный механизм, рассмотрим схему работы обычного четырехтактного двигателя внутреннего сгорания. С движением вниз поршня создается разрежение воздуха, который под действием атмосферного давления поступает в камеру сгорания. После поступления воздуха в двигатель он объединяется с топливной смесью и создает заряд, который можно трансформировать в полезную кинетическую энергию в результате горения. Горение создает свеча зажигания. Как только происходит реакция окисления топлива, выбрасывается большой объем энергии. Сила этого взрыва приводит в движение поршень, а сила этого движения поступает на колеса, заставляя их вращаться.
Более плотный поток топливно-воздушной смеси в заряд будет создавать более сильные взрывы. Но стоит понимать, что для сжигания конкретного количества топлива требуется определенное количество кислорода. Правильным считается соотношение: 14 частей воздуха к 1 части атмосферного воздуха. Эта пропорция имеет очень большое значение для эффективной работы силового агрегата автомобиля и выражает собой правило: “для того чтобы сжечь больше топлива нужно подать больше воздуха”.
В этом и состоит работа компрессора. Он сжимает воздух на входе в двигатель, позволяя наполнять двигатель большому его количеству и создавать повышение давления. Вместе с этим в двигатель может поступать большее количество топлива, вызывая увеличение мощности. В среднем компрессор прибавляет 46% мощности и 31% крутящего момента.
Механический нагнетатель запускается с помощью приводного ремня, обернутого вокруг шкива, который подключен к ведущей шестерне. Ведущая шестерня привод в движение шестерню нагнетателя. Ротор компрессора впускает воздух, сжимает его и вбрасывает во впускной коллектор. Скорость вращения компрессора составляет 50 – 60 тысяч оборотов в минуту. В результате нагнетатель увеличивает подачу воздуха в двигатель машины примерно на 50%.
Так как горячий воздух сжимается, он теряет свою плотность и не может сильно расшириться во время взрыва. В этом случае он не может отдать столько же энергии, сколько производится при возгорании свечой зажигания более прохладной топливно-воздушной смеси. Можно сделать вывод, что для того чтобы нагнетатель работал с максимальной отдачей сжатый воздух на выходе из устройства должен быть охлажден. Процессом охлаждения воздуха занимается интеркулер. Горячий воздух охлаждается в трубках интеркулера с помощью холодного воздуха или холодной жидкости, в зависимости от вида механизма. Снижение температуры воздуха, увеличивая его плотность, делает сильнее заряд, который поступает в камеру сгорания.
Виды компрессоров
Компрессоры бывают трех видов: двухвинтовые, роторные и центробежные. Основное отличие между ними состоит в способе подачи воздуха во впускной коллектор автомобильного двигателя.
Двухвинтовой компрессор
Двухвинтовый нагнетатель состоит из двух роторов, внутри которых циркулирует воздух. Эта конструкция создает много шума в виде свиста сжатого воздуха, который приглушают специальными методами шумоизоляции двигателя.
Фото. Двухвинтовой компрессор
Роторный компрессор
Роторный нагнетатель расположен, как правило, в верхней части автомобильного двигателя и состоит из вращающихся кулачковых валов, которые перемещают атмосферный воздух во впускной коллектор. Он имеет большой вес и значительно утяжеляет вес транспортного средства. Кроме того, воздушный поток в данном виде компрессора имеет прерывистую структуру, что делает его наименее эффективным по сравнению с другими видами компрессоров.
Фото. Роторный компрессор
Центробежный компрессор
Центробежный нагнетатель – наиболее эффективен для принудительного повышения давления внутри двигателя машины. Он представляет собой крыльчатку, вращающуюся с огромной силой и нагнетающую воздух в небольшой корпус компрессора. Центробежная сила выталкивает воздух к краю крыльчатки, заставляя его с огромной скоростью покидать ее полость. Маленькие лопатки, расположенные вокруг крыльчатки преобразуют высокоскоростной поток воздуха с низким давлением в низкоскоростной поток с высоким давлением.
Фото. Центробежный компрессор
Достоинства компрессора
Основным достоинством компрессора является, естественно, увеличение мощности двигателя транспортного средства. Эксперты считают механические нагнетатели несколько лучше турбированных, потому что двигатели, оборудованные ими, не имеют задержки реакции в ответ на нажатие водителем педали газа, потому что механические компрессоры приводятся в движение непосредственно от коленчатого вала двигателя. Турбокомпрессоры в свою очередь подвержены отставанию, так как выхлопные газы набирают скорость нужную для раскручивания турбин лишь после истечения некоторого времени.
Недостатки двигателей
Так как компрессор запускается с помощью коленчатого вала мотора, это немного уменьшает мощность силового агрегата. Компрессор увеличивает нагрузку двигателя, поэтому последний должен быть крепким настолько, чтобы выдерживать сильные взрывы в камере сгорания. Современные автопроизводители учитывают это условие и создают более сильные узлы для моторов, предназначенных для работы в паре с компрессором, что повышает стоимость автомобиля, а также стоимость его технического обслуживания.
В целом нагнетатели – это наиболее эффективный способ добавить двигателю транспортного средства лошадиных сил или мощности другими словами. Компрессор может добавить от 50 до 100% мощности, поэтому его часто устанавливают на свои авто гонщики и приверженцы высокоскоростной езды.
Для чистки, диагностики и даже смены масла: зачем нужен гаражный компрессор
Компрессор, он же – универсальный 220-вольтовый генератор сжатого воздуха с ресивером-накопителем, многие ошибочно считают инструментом зарабатывающих на жизнь ремонтом автомобилей профи и полупрофи. Однако и в любительском арсенале самого обычного автовладельца такому аппарату найдется масса применений – и чем дальше, тем больше!
Одно из моих хобби, как и у многих, – ремонт и тюнинг личных авто, а также самая разная прикладная «слесарка». Компрессор в моем арсенале имеется уже не первый десяток лет – недорогая модель какой-то безымянной марки, одноцилиндровая, коаксиальной системы (с прямым приводом насоса от двигателя через соединительную муфту, без ременной передачи) и с ресивером объемом 50 литров. Изначально этот аппарат приобретался больше интереса ради и со скидкой, и уверенности в его востребованности у меня не было. Однако в итоге источник сжатого воздуха оказался настолько универсальным помощником, что редкий визит в гараж теперь обходится без его применения! К слову, из бесед с гаражными друзьями я с удивлением узнал, что и они приобретали и осваивали компрессоры примерно по той же схеме – то есть брали на пробу без каких-то конкретных целей. А потом обнаруживали, что аппарату находятся десятки применений, в том числе и неочевидных поначалу. И через какое-то время без него уже – как без рук!
Если вы еще не пришли к осознанию необходимости такого агрегата, попробуем «виртуально освоить» его на примере сверхкомпактной модели BERKUT SMART POWER SAC-300. Посмотрим, в каких работах по обслуживанию личного авто его можно применить.
Характеристики BERKUT SAC-300:
BERKUT SMART POWER SAC-300 – поршневой одноцилиндровый компрессор с прямой передачей. Это означает, что валы двигателя и насоса соединены напрямую. Такая схема называется коаксиальной и весьма распространена – на ней делаются компрессоры с ресиверами до 50-80 литров включительно, и лишь более габаритные и мощные модели уже оснащаются ременным приводом, выполняющим роль редуктора. В отличие опять же от многих одноклассников, BERKUT SAC-300 имеет безмасляный насос – то есть, периодически менять в его картере специальное компрессорное масло не требуется, что делает аппарат более удобным в эксплуатации.
Формат корпуса – «чемоданчик», что опять же очень удобно как в плане хранения, так и в плане перевозки аппарата. Его можно положить в багажник или спокойно поставить в салон на пол, чтобы взять, к примеру, на дачу для продувки системы мини-водопровода перед зимовкой.
Компрессор имеет резиновые ножки на двух плоскостях, поэтому его можно ставить вертикально или класть набок. С помощью наплечного ремня можно проводить различные мобильные работы с использованием сетевого удлинителя – к примеру, нанесение антикоррозийных покрытий на автомобиль.
Выходной штуцер – быстросъемный, типового для любого пневмоинструмента стандарта, известного в народе как «четвертьдюймовый рапид». На компрессоре смонтирован «рапид-мама», на воздушном шланге с одной стороны – «мама», с другой – «папа», а на инструментах, соответственно, «папа».
На панели управления установлены два манометра, клапан экстренного принудительного опустошения ресивера и рукоятка регулятора давления – прессостата. Первый манометр показывает давление в ресивере до регулятора, а второй – в рабочем тракте шланга, после регулятора. Регулятором можно уравнять рабочее давление с ресиверным, то есть довести до максимума, развиваемого насосом компрессора. А можно и убавить до любой нужной вам величины – например, до полутора-двух бар, необходимых для аэрографа.
Пятилитровый ресивер BERKUT SAC-300 невелик, но его вполне достаточно для многих гаражных работ. Впрочем, продвинутые владельцы компактных компрессоров с небольшими ресиверами зачастую наращивают их объем даже без вмешательства в конструкцию компрессора – просто подключая дополнительный выносной воздушный накопитель к выходу шланга на штуцерах-быстросъемах и задействуя его по необходимости. Подобный накопитель можно без труда сделать, к примеру, из старого газового баллона, огнетушителя или из вакуумного баллона от грузовиков ГАЗ (3308, «Валдай», «Шишига» и т.п.). Такой баллон с резьбовыми входами стоит в магазине около полутора тысяч рублей и имеет объем 12 литров.
Как и у компрессоров «взрослого размера», у SAC-300 имеется донная сливная пробка в ресивере для удаления конденсата:
В комплекте SAC-300 поставляется витой пневмошланг и два пистолета – накачной с манометром и продувочный. Также в коробке пользователь найдет целый набор различных пластиковых и латунных переходников, у которых имеются ниппельные штуцеры с одной стороны и конусы разных диаметров – с противоположной. С их помощью удобно продувать любые трубопроводы, накачивать всяческую мелочь в быту, подавать сжатый воздух в различные полости.
Что можно сделать с помощью компрессора применительно к ремонту личного автомобиля своими руками, кроме очевидной работы с колесами? Массу полезных вещей, которые без него осуществить либо затруднительно, либо даже невозможно!
Классика жанра – чистка под давлением. Большинство загрязненных внутри узлов двигателя мы обычно моем аэрозольным баллоном а-ля «очиститель карбюратора», содержащего в себе смесь сольвентов под давлением. Растворяют нагар и жирные субстанции они хорошо, но объем баллона мал, а давление струи слабое. В итоге чистка редко обходится одним баллоном, что делает его применение не слишком экономичным при стоимости 150-400 рублей за флакон емкостью 350 миллилитров. При этом обычный бензин по цене 45 рублей за литр в большинстве случаев обладает ничуть не худшими чистящими свойствами, если распылять его из любого дешевого компрессорного пистолета-нагнетателя с бачком!
Дроссельная заслонка. Было:
С помощью компрессора очень легко искать утечки воздуха или жидкости в узлах, которые подозреваются в потере герметичности. Затыкаем все отверстия, оставив открытым одно, в которое нагнетаем давление. Деталь или узел погружаем в воду и мониторим пузырьки!
Отдельная история – проверка на паразитный подсос воздуха впускного тракта двигателя. Отключаем воздушный фильтр, подаем компрессором давление и брызгаем мыльным раствором из бутылочки-пульверизатора, отыскивая «пузырение» на стыках патрубков, в месте установки регулятора холостого хода, оси дроссельной заслонки и т. п. Есть и другой вариант – для него потребуется простейший дымогенератор, изготовленный за пять минут из пластиковой бутылки, ниппельного «соска» и сигареты (подробности при желании легко нагуглить, конструкция известная). Утечка обнаруживается там, где дым сочится через неплотности.
Как ни странно, но компрессор изрядно выручает и при уходе за салоном.
Вот, например, узкие места между креслами и порогами – даже самая тонкая насадка пылесоса туда толком не пролезает, а пыли и сора там скапливается предостаточно. Способ удаления их, по сути, лишь один: выдуть наружу и собрать пылесосом.
Еще один забавный лайфхак – использование компрессора при смене моторного и трансмиссионного масла. На фото – количество масла, которое остается в двигателе небольшого объема (1,6 литра) после прекращения падения капель из отверстия в поддоне картера. Объем грязного масла, которое обычно не удаляется, – граммов 70-80. Выгнать эту грязь из мотора можно, если подать воздух компрессором в маслозаливную горловину.
Скажем честно: процедура эта совершенно необязательная, ибо вред от остатка старого масла несущественен. Смысл сего мероприятия – перфекционизм в чистом виде и возможность показать безграничную сферу применений сжатого воздуха в повседневной практике любителей гаражного времяпрепровождения.
Компрессор привносит элемент технической культуры в любой гаражный процесс. Практически в каждой авторемонтной операции необходима очистка зоны работы. Сжатый воздух или подаваемый с его помощью бензин/солярка эффективнейшим образом заменяют отскребание грязи отвертками, ножами и шпателями, а также последующее ее отмывание начисто с помощью баночки бензина и кисточки. В повседневном обслуживании личного автомобиля своими силами с помощью компрессора можно продувать от грязи тормозные суппорты и барабаны при замене колодок, свечные колодцы перед заменой свечей, промывать бензином детали двигателя и трансмиссии с помощью пистолета-распылителя с бачком, наносить антикоррозийные покрытия и мастики и многое другое. Кроме того, можно очищать инструменты и детали как в процессе работы, так и по окончании, продувать от пыли, опилок и стружки одежду. Как показывает практика, по мере освоения компрессора ему постепенно находится применение практически в любом процессе, который прежде обходился без него.