Dmuchawy mechaniczne. Czym są

W procesie produkcji samochodów inżynierowie myślą nie tylko o wprowadzeniu najnowocześniejszej technologii, nowoczesnego wyglądu i pierwszorzędnego bezpieczeństwa. Obecnie samochodowe silniki spalinowe starają się robić mniej i uzyskiwać większą wydajność. Wprowadzenie mechanicznej doładowania jest jednym z tych sposobów - „wycisnąć” maksimum, nawet z małego 3-cylindrowego silnika.

Czym jest sprężarka mechaniczna, jak jest zbudowana i działa, jakie są jej zalety i wady – o tym porozmawiamy później.

Co to jest mechaniczne doładowanie

Mechaniczna sprężarka doładowująca to urządzenie, które na siłę pod wysokim ciśnieniem dostarcza powietrze w celu zwiększenia masy mieszanki paliwowo-powietrznej. Sprężarka jest napędzana przez obrót koła pasowego wału korbowego, z reguły urządzenie komunikuje się za pomocą paska. Wymuszone sprężanie powietrza za pomocą mechanicznej turbosprężarki zapewnia dodatkowe 30-50% mocy nominalnej (bez sprężarki).

Zasada działania mechanicznego zwiększania ciśnienia

Niezależnie od rodzaju konstrukcji, wszystkie doładowania mają na celu sprężanie powietrza. Sprężarka napędu zaczyna działać natychmiast po uruchomieniu silnika. Wał korbowy poprzez koło pasowe przekazuje moment obrotowy do sprężarki, która z kolei obracając łopatki lub wirniki, spręża powietrze dolotowe, wtłaczając je do cylindrów silnika. Nawiasem mówiąc, prędkość robocza sprężarki jest wielokrotnie wyższa niż prędkość wału korbowego silnika spalinowego. Ciśnienie wytwarzane przez sprężarkę może być wewnętrzne (wytwarzane w samym węźle) i zewnętrzne (ciśnienie powstaje w rurociągu tłocznym).

Mechaniczne urządzenie zwiększające ciśnienie

Standardowy układ napędowy sprężarki składa się z następujących elementów:

• sprężarka bezpośrednio;
• zawór dławiący;
• zawór obejściowy z przepustnicą;
• filtr powietrza;
• ciśnieniomierz;
• czujnik temperatury powietrza w kolektorze dolotowym i czujnik ciśnienia bezwzględnego.

Nawiasem mówiąc, w przypadku sprężarek, których ciśnienie robocze nie przekracza 0,5 bara, instalacja chłodnicy międzystopniowej nie jest wymagana - wystarczy ulepszyć standardowy układ chłodzenia i zapewnić zimny wlot w projekcie.

Dmuchawa jest sterowana położeniem przepustnicy. Gdy silnik pracuje na biegu jałowym, istnieje możliwość wystąpienia nadciśnienia w układzie dolotowym, co wkrótce doprowadzi do awarii sprężarki, dlatego przewidziano tutaj zawór obejściowy. Część tego powietrza wraca do sprężarki.

Jeśli układ jest wyposażony w chłodnicę powietrza doładowującego, wówczas stopień sprężania powietrza będzie wyższy ze względu na spadek jego temperatury o 10-15 stopni. Im niższa temperatura powietrza dolotowego, tym lepiej przebiega proces spalania, wykluczone jest występowanie detonacji, silnik będzie pracował stabilniej. 

Rodzaje mechanicznego napędu ciśnieniowego

Przez dziesięciolecia stosowania sprężarki mechanicznej producenci samochodów stosowali różne rodzaje napędów, a mianowicie:

• napęd bezpośredni - bezpośrednio ze sztywnego sprzężenia z kołnierzem wału korbowego;
• pasek. Najczęstszy typ. Można stosować paski zębate, gładkie i żebrowane. Napęd charakteryzuje się szybkim zużyciem paska, a także prawdopodobieństwem poślizgu, zwłaszcza na zimnym silniku;
• łańcuch - podobny do paska, ale ma tę wadę, że zwiększa hałas;
• przekładnia - występuje również nadmierny hałas i duże gabaryty konstrukcji.

Sprężarka odśrodkowa

Rodzaje sprężarek mechanicznych

Każdy z typów doładowań ma indywidualną właściwość operacyjną, a łącznie istnieją trzy typy:

• sprężarka odśrodkowa. Najpopularniejszy typ, który wygląda bardzo podobnie do turbosprężarki spalinowej (ślimakowej). Wykorzystuje wirnik, którego prędkość obrotowa sięga 60 000 obr./min. Powietrze wpływa do centralnej części sprężarki z dużą prędkością i niskim ciśnieniem, a na wylocie obraz jest odwrotny - powietrze jest dostarczane do cylindrów pod wysokim ciśnieniem, ale z niską prędkością. W nowoczesnych samochodach ten typ doładowania jest używany razem z turbosprężarką, aby uniknąć turbodziury. Przy niskich prędkościach i warunkach przejściowych „ślimak” napędu będzie stabilnie dostarczał sprężone powietrze;
• śruba. Głównymi elementami konstrukcyjnymi są dwie stożkowe śruby (wkręty) zainstalowane równolegle. Powietrze wchodzące do sprężarki najpierw przechodzi przez szeroką część, a następnie jest sprężane w wyniku obrotu dwóch śrub, które obracają się do wewnątrz. Montuje się je głównie w drogich samochodach, a sama cena takiej sprężarki jest niemała - wpływa na złożoność konstrukcji i wydajność;
• krzywka (korzenie). Jest to jedna z pierwszych mechanicznych sprężarek doładowujących montowanych w silnikach samochodowych. Roots to para wirników o złożonym przekroju profilu. Podczas pracy powietrze przemieszcza się między krzywkami a ścianą obudowy, w wyniku czego dochodzi do kompresji. Główną wadą jest powstawanie nadmiernego doładowania, dlatego konstrukcja przewiduje elektromagnetyczne sprzęgło sterujące sprężarką lub zawór obejściowy.

Sprężarka śrubowa

Sprężarki mechaniczne można znaleźć w samochodach znanych producentów: Audi, Mercedes-Benz, Cadillac i innych. Montuje się je w silnikach o dużej pojemności lub w małych samochodach w tandemie z turbiną zasilaną energią gazową.

Kompresor korzeni

Zalety i wady obwodu z mechanicznym doładowaniem

Co do wad:

• napędzanie sprężarki za pomocą napędu z wału korbowego, przez co sprężarka odbiera część mocy, choć skutecznie ją kompensuje;
• wysoki poziom hałasu, zwłaszcza przy średnich i dużych prędkościach;
• przy ciśnieniu nominalnym powyżej 5 bar konieczna jest zmiana konstrukcji silnika (zainstalowanie mocnych tłoków z korbowodami, zmniejszenie stopnia sprężania poprzez zamontowanie grubej uszczelki głowicy cylindrów, zamontowanie chłodnicy powietrza doładowującego);
• słaba jakość niestandardowych sprężarek odśrodkowych.

O zaletach:

• stabilny moment obrotowy już na biegu jałowym;
• możliwość prowadzenia samochodu bez konieczności rozpędzania silnika do ponadprzeciętnych obrotów;
• stabilna praca przy dużej prędkości;
• W porównaniu z turbosprężarką sprężarki są tańsze i łatwiejsze w utrzymaniu, nie ma konieczności zmiany konstrukcji układu olejowego, aby dostarczać olej do sprężarki.

Pytania i odpowiedzi:

Jak działa dmuchawa mechaniczna? W obudowie dmuchawy znajduje się dyfuzor. Gdy wirnik obraca się, powietrze jest zasysane i kierowane w stronę dyfuzora. Stamtąd wchodzi do jamy, która zużywa to powietrze.

Jaki jest cel mechanicznego doładowania i jak to działa? Ta jednostka mechaniczna spręża gaz bez jego chłodzenia. W zależności od rodzaju doładowania (konstrukcji mechanizmu zbierającego gaz) jest w stanie wytworzyć ciśnienie gazu powyżej 15 kPa.

Czym są dmuchawy? Najpopularniejsze doładowania są odśrodkowe. Istnieje również śruba, krzywka i tłok obrotowy. Każdy z nich ma swoją własną charakterystykę pracy i wytwarzanej presji.