Инженеры автомобильной отрасли с давних времен ломают голову над задачей по увеличению мощности двигателя. Причем данный вопрос всегда беспокоил не только инженеров конкретных производителей автомобилей, но и простых автолюбителей, а в особенности специалистов занимающихся разработками и усовершенствованиями машин предназначенных для различного вида гонок. Конечно, вы можете увеличить мощность агрегата за счет увеличения его внутренних размеров (объема), что конечно же подразумевает и увеличение общих его габаритов. Размеры, вес, стоимость производства, последующее его обслуживание – минусы, которые не в каждом случае можно назвать  оправданными.

Есть и иные пути достижения поставленных целей связанных с увеличением мощности двигателя внутреннего сгорания, без существенного увеличения его размеров. Например, можно увеличить количество воздуха подаваемого в камеру сгорания. Благодаря этому, становится возможным увеличение подачи топлива в цилиндр, что в свою очередь поспособствует увеличению силы взрыва и соответственно мощности. Установка компрессора позволит усилить эту самую подачу воздуха. Дальше, мы постараемся более подробно описать само устройство и его работу. Также попробуем объяснить разницу между компрессором (нагнетатель) и турбокомпрессором(турбонаддув).

Советы: Как увеличить мощность автомобильного двигателя?

Вообще, компрессорами можно называть любые устройства, которые способны в результате своей работы выдавать давление превышающие атмосферное. Турбокомпрессор также может это делать, на что в принципе и намекает его официальное название — «турбонагнетатель».

Главным отличием между этими устройствами является то, как они получают энергию. Источником энергии для турбонагнетателя служат выхлопные газы, которые заставляют вращаться его турбину. Компрессор приводится в действие по иному принципу: коленчатый вал мотора, используя в качестве привода цепь или ремень, механическим способом снабжает необходимой энергией нагнетатель. Далее мы более детально разберем принцип работы компрессора.

Основная информация о работе компрессора

В четырехтактных ДВС воздух впускается во время одного из тактов, который можно разбить на три этапа:

• движение поршня вниз
• создается разрежение
• атмосферное давление способствует засасыванию воздуха в камеру сгорания

Когда воздух попадает в мотор, должно происходить его смешивание с топливом, в результате чего будет сформирован некий заряд. Такой заряд служит своеобразной «дозой», которая на данным момент является лишь потенциальной энергией. Преобразовать такой вид энергии в кинетическую можно использую известную химическую реакцию – воспламенение. Данная реакция инициируется благодаря свечам зажигания. Во время реакции окисления топлива, происходит формирование огромного количества энергии. Благодаря моментальному выделению такого количества энергии, поршень направляется вниз, что в результате приводит к возникновению возвратно-поступательного движения, передаваемого в последствии на колеса автомобиля.

Чем больше такой смеси будет сконцентрировано в заряде, тем сильнее будут взрывы, соответственно возрастет и количество высвобождаемой энергии. К сожалению, простое увеличение количества подаваемого топлива не возможно, так как для его сжигания нужно подавать и кислород, объем которого определен пропорцией по отношению к данному объему горючего. 14 к 1 – насколько известно, является наиболее оптимальным соотношением количества воздуха к топливу, что в результате позволяет двигателю работать эффективно. Вывод: для увеличения сжигаемого топлива, нужно увеличивать и объем подаваемого воздуха.

Вот конкретно для этой цели и нужен компрессор. С его помощью, перед тем как попасть в двигатель, воздух сжимается до образования давления превышающего атмосферное. В результате чего, в мотор поступает больше воздуха и давление увеличивается. А в соответствии с необходимой пропорцией воздуха и топлива, с добавление воздуха, появляется возможность и даже необходимость, увеличения количества подаваемого топлива. Увеличение количества смеси, конечно же, ведет за собой и прирост в мощности. Если смотреть на цифры, то использование компрессора помогает добавить приблизительно 46% мощности, и поднять значение крутящего момента на 31%. Сказывается на работе двигателя и окружающая среда. Например, со значительным увеличением высоты местности над уровнем моря (дороги в горах), уменьшается показатель мощности мотора. Происходит это из-за понижения давления и плотности воздуха. Тут компрессор будет выполнять роль некого «компенсатора», что будет позволять работать двигателю в «нормальном» режиме.

Разновидности компрессоров

Как упоминалось выше, турбонагнетатели получают необходимую для работы энергию от отработанных газов, точнее от их выброса, а вот компрессоры, чтобы ее получить, используют коленчатый вал мотора. Чаще всего для привода они используют приводной ремень, работающий со шкивом, подключенным к ведущей шестерне. Шестерня компрессора вращается, благодаря воздействию на нее данной ведущей шестерни. Конструкции роторов могут отличатся друг от друга, но в конечном итоге принцип их работы остается неизменным: сначала происходит захват воздуха, дальше он сжимается в небольшом пространстве, и в таком виде он должен быть направлен в камеру сгорания. Чтобы обеспечивать необходимое давление, количество оборотов в компрессоре должно превышать количество оборотов в двигателе. Если ведущая шестерня по размерам больше, чем компрессорная, то последняя будет вращаться быстрее. Количество оборотов компрессора может достигать 50 – 60 тысяч об./минуту. Если количество оборотов компрессора равно 50 тыс. об/минуту, давление должно увеличится на 50% (с 6 до 9 дюймов на квадратный дюйм или с 6 до 9 фунтов на квадратный дюйм).

Советы: Почему гидрокомпенсаторы стучат

Существует небольшой нюанс касающийся сжатого воздуха. Температура при сжатии воздуха повышается, в следствии с чем можно сделать вывод, что его плотность понижается, а значит он немного потеряет в своих расширительных способностях при взрыве. Отсюда следует вывод, что высвобождаемая энергия от воспламенения холодной и более теплой смеси, отличаются в пользу первой. Значит, для повышения эффективности работы компрессора, при выходе из него воздух должен охлаждаться, перед тем как он попадет в двигатель. Тут нам на выручку приходит интеркулер, который отвечает за охлаждение выходящего из компрессора воздуха. Интеркуллеры могут быть с различным конструктивным решением: «воздух-жидкость» или «воздух-воздух». Но несмотря на эти различия, по принципу работы он схожи с радиатором, а разница между этими двумя типами заключается лишь в том, что в первом случае в системе циркулирует жидкость, а во втором — воздух более низкой температуры. Выходящий из компрессора воздух, перед попаданием в коллектор, прогоняется через трубки и тем самым проходит процесс охлаждения в интеркуллере. Когда температура воздуха падает, заряд уплотняется (плотность воздуха растет). Так как компрессоры бывают различных типов, рассмотрим некоторые из них.

Роторные компрессоры Roots

На сегодняшний день нам известно о трех видах компрессоров:

• роторный;
• центробежный;
• двухвинтовой;

Отличаются они между собой способом направления сжатого воздуха в коллектор мотора. В центробежных компрессорах, для этого процесса применяется крыльчатка, а в двухвинтовом и роторном компрессорах – кулачковые валы, причем не одинаковые, а разных типов. Цель применения у всех видов конструкций одинаковая, но вот эффективность довольно таки разная. Любой из выше упомянутых видов компрессоров, имеет широкий диапазон размеров, и выбор должен исходить из потребности и цели установки. Одно дело просто увеличить количество «лошадок» и поднять крутящий момент, а другое профессиональная подготовка автомобиля для гонок.

Роторный нагнетатель

Первый роторный вариант компрессора, на самом деле, начал применятся уже очень давно. Еще в 1860, благодаря работе братьев Френсиса и Филандера был изобретен и запатентован компрессор, который имел вид машины, предназначением которой было обеспечение вентиляции и в шахтах. В автомобильной отрасли, первым кто применил роторный нагнетатель в автомобилях, был Готтлиб Вильгельм Даймлер, а случилось это в 1900 году.

В результате вращения кулачковых валов, воздух перемещается из области находящейся между кулачками, в область между сторонами напора и наполнения. Из-за скопления значительного объема воздуха в коллекторе, чем и способствует возникновению положительного давления. Такая работа невольно наталкивает на мысль, что это все, больше похоже на работу объемного нагнетателя, чем на компрессор. Тем не менее, даже сегодня довольно часто можно услышать, как любой из компрессоров называют «нагнетателем».

Как правило, роторный компрессор, всегда выпускался с внушительными габаритами и устанавливался над двигателем. Очень часто использовались в драгстерах и роддерах, где не помещались под капот и выступали над ним. По эффективности, такие компрессоры проигрывают своим «братьям», в первую очередь из-за:

• значительной прибавки к весу автомобиля;
• неравномерности и прерывности потока воздуха создаваемого ими, а для оптимальной работы должно быть наоборот;

Двухвинтовой компрессор

Из названия данного вида компрессора, можно сделать вывод, что в работе по продвижению воздуха принимают участие два элемента, а не один. Этими двумя элементами являются роторы, по принципу работы напоминающие червячные передачи. Расстояние от одной лопасти до другой служит своего рода контейнером для воздуха. Но в отличии от роторного компрессора, сжатие воздуха происходит непосредственно внутри роторов. Такой процесс возможен, из-за специфической формы роторов, напоминающей конус. Получается, что внутренний объем уменьшается, по направлению от места «входа» воздушных потоков к напорной стороне. За счет такого изменения во внутреннем объеме, воздух сжимается.

Такая работа в конечном итоге является более эффективной, но тут есть один существенный недостаток – стоимость. Производство таких компрессоров дороже, чем простых роторных, по причине усложнения технологии изготовлении винтовых роторов. В первую очередь эти усложнения связаны с особыми требованиями к точности.

Двухвинтовой компрессор

Среди различных вариантов компрессоров рассматриваемого типа, есть и те, которые должны устанавливаться над двигателем, как и роторный нагнетатель Roots. Причем, по шумовым показателям, также не сильно отличаются от него. Выход воздуха под давлением наружу, сопровождается сильным свистом. Уменьшить силу шума, можно применив один из методов шумопоглощения.

Советы: Устройство и принцип работы ШРУСа

Центробежный компрессор

Основным элементом центробежного компрессора можно назвать крыльчатку, которая похожа на ротор, вращающаяся с довольно большой скоростью и направляющая поток воздуха внутрь компрессора. Число оборотов крыльчатки доходит до 50-60 тысяч в минуту. Когда воздух в крыльчатке доходит до центральной ее части, он перенаправляется центробежной силой к краям. На выходе давление не высокое, а вот скорость довольно большая. Для преобразования воздушного потока имеющего большую скорость и низкое давление, в поток с абсолютно противоположными свойствами (высокое давление и не большая скорость) используется диффузор, который представляет их собой расположенные вокруг крыльчатки лопатки. Получается, что когда воздух тормозится лопатками диффузора, его давление увеличивается, но скорость естественно уменьшается.

Центробежный компрессор

Такой тип компрессора является самым эффективным и наиболее распространенным среди всех остальных устройств предназначенных для увеличения давления. У них не большие габариты и не большой вес, что позволяет устанавливать их перед двигателем, а не над ним. При возрастании числа оборотов мотора, работа таких компрессоров тоже сопровождается свистом, который заставляет обратить на себя внимание случайных прохожих.

Компрессоры могут входить в комплектацию автомобиля сразу (определенные модели) или выступать как дополнительная опция для установки, при выборе типа комплектации. Например, среди модельного ряда автомобилей Mini-Cooper S есть такие, в которых уже по умолчанию есть компрессор. В большинстве случаев, компрессор может быть установлен дополнительно, по желанию покупателя. Есть компании, предлагающие компрессоры с полным комплектом деталей, позволяющим произвести установку самостоятельно. Такой апгрейд является важной составляющей для спортивных автомобилей. Дальше попытаемся разобраться, в чем же все-таки заключаются преимущества компрессоров, и стоит ли вообще тратиться на такие дополнительные опции.