Автомобильный компрессор что внутри
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.
Дунем: как выбрать правильный автокомпрессор?
Если вы путешествуете на автомобиле или просто часто ездите на дальние расстояния, а ваши шины не относятся к семейству RunFlat, то наверняка электрический насос-компресор уже живет у вас в багажнике. Ну или хотя бы добавлен в «wish list». Давайте посмотрим, что должно быть внутри правильного компрессора, как его применять, и как извлечь из обладания им максимальную пользу.
Как устроен компрессор?
Э лектронасосы «за копейки» — прекраснейший пример выброшенных на ветер денег. Они бывают выполнены в самом различном, порой весьма причудливом дизайне, содержат в себе встроенный фонарик, аварийную мигалку и даже радиоприемник, могут иметь автономный аккумулятор, дисплей и даже автоматическое отключение по предустановленному заранее давлению. Но внутри большинства из них скрывается один и тот же механизм: маломощный электромоторчик, больше пригодный для детской игрушки, через понижающую обороты пластмассовую шестерню соединенный с кривошипно-шатунным механизмом, приводящим в действие поршень в цилиндре.
В этом с позволения сказать «механизме» буквально все сделано неправильно – каждый элемент! Поршень, цилиндр, поршневые кольца, подшипники, отвод тепла, манометр с дикой погрешностью – все рассчитано на редкие применения (да и то в теплую погоду). В противном же случае износ механизма становится совершенно неприличным, давление воздуха резко падает, зато в избытке появляются дребезг и грохот…
Практика лучших производителей автомобильных компрессоров показала, что поршень должен быть с сухой манжетой из разновидности фторопласта – пластика с самым низким коэффициентом трения скольжения, а цилиндр – цельноалюминиевым с массивными стенками, оребренными снаружи. Лишь такая конфигурация позволяет долго работать без износа и без снижения давления. Но встречается она нечасто.
Как правило, в дешёвых компрессорах стоит цилиндр из голой стальной трубки, и даже если он выглядит алюминиевым с ребристым радиатором, это лишь внешний декор, имеющий очень плохой тепловой контакт с цилиндром.
Поршень у халтурных насосов обязательно густо смазан. И это очень плохо, ибо именно смазка обеспечивает компрессию и скольжение, а когда масло улетучивается внутрь ваших шин (что происходит достаточно быстро), у компрессора тут же разбивается цилиндро-поршневая группа, резко снижается и без того хилая производительность, а звук работы становится невыносимым. В правильном насосе габариты двигателя сопоставимы с размерами современного редукторного стартера. Ну как иначе вместить в себя толстый вал, мощные обмотки, магниты и основательные опорные подшипники? Цилиндр с высокой производительностью выделяет много тепла, которое эффективно отводит массивный алюминиевый радиатор, выполненный с цилиндром в виде единого целого.
В «правильном» насосе стоит мощный шариковый подшипник шатуна. В одноразовом же его вообще нет, и металл там трётся по металлу.
Беркут R14 и R17
Для демонстрации правильных надежных электронасосов мы взяли две модели одной из лучших отечественных марок — «Беркут». Собственно, на сравнительных фото выше как раз модель R17. Едва ли кто-то упрекнет нас в назойливой или некорректной «рекламе», ибо высокая надежность и долговечность компрессоров этого бренда уже много лет известны не только тысячам обычных российских автовладельцев, но и серьезным спортсменам-джиперам, и любителям пневмоподвесок, и строителям сигнальных пневмосистем, делающим из машин «паровозы».
Линейка «Беркутов» широка, но мы решили не углубляться в вопросы экстрима, спорта и полупрофессионального использования, поэтому взяли модели R14 и R17, одни из самых популярных у владельцев легковых седанов и хэтчбеков, а также разномастных кроссоверов.
Беркут R14 – компактный, очень тихий компрессор с низкой вибрацией. Он подключается к прикуривателю, имеет встроенный светодиодный фонарик для накачки колес ночью и в сумерки, высокоточный манометр, винтовой штуцер подключения к ниппелю с минимальными потерями воздуха при отключении, комплектуется удобной и очень прочной сумочкой.
При этом, несмотря на компактность, модель R14 может накачать не только маленькие 14-дюймовые колеса, как можно ошибочно подумать! Компрессор построен в полном соответствии с вышеприведенными критериями правильного компрессора. Тут есть и алюминиевый цилиндр, и работающий без масла поршень, и мощный электродвигатель. Благодаря развиваемому давлению до 8 атмосфер устройство отлично справляется с крупными колесами большого седана или внедорожника.
Беркут R17 – это компрессор для реально активной эксплуатации. С ним можно смело преодолевать бездорожье на кроссовере или небольшом внедорожнике с MT-шной резиной, накачивать с нуля комплекты сезонных шин, качать лодки и многое другое. Этот высокопроизводительный насос с непрерывным временем работы в 40 минут развивает давление 12 атмосфер, обладая еще более мощным мотором и более развитым алюминиевым охлаждением цилиндра.
Он подключается напрямую к клеммам АКБ и имеет удобный 7-метровый витой шланг с винтовым штуцером, точным манометром и удобным клапаном-дефлятором, позволяющим при необходимости стравливать лишнее давление. Как и все в линейке «Беркутов», эта модель поставляется в крепкой и мощной сумке из ткани-кордуры.
Давление в шинах: контролируем и регулируем
«…я лежу под «москвичом» с масляным шприцем в руках и постепенно переношу содержимое шприца как в колпачковые масленки, так и себе на физиономию. Под автомобилем жарко и душно, а днище его покрыто толстым слоем засохшей грязи…»
А. и Б. Стругацкие. «Понедельник начинается в субботу»
Современные автовладельцы не похожи на своих отцов и дедов. Мы не только забыли, что такое шприцевание шкворней, но и благополучно игнорируем и ежедневную проверку уровня масла, и контроль давления в шинах, и многое другое. Конечно, у современного авто каждый день проверять массу параметров нет нужды, но хотя бы раз в неделю это делать стоит: меньше денег уйдет на ремонт вовремя обнаруженной неисправности, дольше откатают недешевые шины.
Можете ли вы на глаз, к примеру, обнаружить падение давления в 0,2 атмосферы? Вряд ли… А такая, казалось бы, незначительная утечка сыграет не в вашу пользу при неожиданном скоростном маневре, а заодно заметно ускорится износ протектора и вырастет расход. Падение давления на 10% от нормы снижает выбег автомобиля на 20%. Причем, несмотря на то, что формально выбег – это движение накатом по инерции, его снижение влияет на рост расхода топлива в любом режиме движения.
К чему это я? К тому, что имея качественный компрессор с точным манометром, можно сравнительно легко контролировать поведение автомобиля на дороге путем регулирования давления в шинах. Разумеется, радикально увеличить управляемость или проходимость машины вы не сможете, но регулировка давления в соответствии с дорожными условиями всегда будет заметной. В песке, грязи, на мокрой траве можно стравить шины до 1,5-1,3 атмосфер, увеличив площадь пятна контакта с поверхностью, на скоростных перегонах по хорошим дорогам – поднять давление примерно на 0,1-0,2 атмосферы от нормы. При полной загрузке салона пассажирами и поклажей давление можно поднять ещё больше, на 0,3-0,4 атмосферы от нормы.
Хилые беспородные электронасосы качают полностью спущенное колесо очень долго, с каждой минутой все больше перегреваясь и теряя производительность. Давайте посмотрим, как это делают правильные компрессоры.
Берем три колеса (R17 235/65, R15 185/60 и R13 175/70), спускаем их до нуля и накачиваем, засекая время, до 2,5, 2,0 и 1,8 «очков» соответственно. Подключаемый «крокодилами» к клеммам батареи «Беркут R17» проверяем с запущенным и с заглушенным мотором, а менее прожорливый по току «Беркут R14», имеющий штекер в прикуриватель – только при заглушенном моторе. Второе допустимо, так как компрессор меньше, но мы рекомендуем использовать компрессор при заведенном двигателе: это не только спасает от разрядки аккумулятора, но и обеспечивает более легкий пуск компрессора под нагрузкой и более быстрое накачивание и более бережное отношение к цепям автомобиля за счет снижения тока.
Результат, надо сказать, отличный.
Кстати, если ваш насос обладает большим запасом прочности и не относится к категории «ашан-компрессоров», у которых нужно беречь заложенные в него ничтожные крохи ресурса, он отлично справится и с работой с куда большим объёмом, нежели колесо. К примеру, с «Беркут R17» нетрудно перейти «с колес на весла», накачав им лодку. Правда, потребуется заранее запастись переходником с шинного «соска» на лодочный клапан типа Ceredi, Bravo или иной, используемый на вашей лодке. Такой переходник можно приобрести, а можно сделать самостоятельно, купив отдельно лодочный штуцер и шинный «сосок». Из последнего нужно выкрутить ниппель, подрезать ножом резиновое утолщение и туго вставить в штуцер.
Скорость накачки, конечно, невелика (для 280-ой двухбаллонной лодки нам потребовалось 23 минуты). Да, компрессор всё же рассчитан на выдачу давления, а не кубатуры. Но на природе обычно спешить некуда, а R17 тихо и нераздражающе тарахтит и не нуждается в запущенном моторе, поскольку при работе на большой объем ток потребления очень мал. Так что при желании можно справиться и с лодкой.
А вот дешёвый компрессор на эту работу, возможно, потратит всю свою жизнь. Жизнь, надо сказать, короткую и тяжёлую.
Изучим автомобильные компрессоры изнутри
При упоминании об автомобильных компрессорах большинство представляет урчащее устройство со шлангом, идущим к колесу. А что там внутри и как это работает?
Электронасосы для подкачки шин бывают двух типов: мембранные (они же вибрационные) и поршневые. В первом, как следует из названия, основная деталь – это мембрана.
Она совершает возвратно-поступательные движения и качает воздух. Из трущихся деталей в конструкции только пара подшипников, поэтому в целом она довольно долговечна и ремонтопригодна. Если мембрана порвется, ее несложно заменить. Аналогично устроены, например, топливные насосы отечественных автомобилей с карбюраторными двигателями. Их можно починить «на коленке». Принципиальные недостатки схемы в том, что она не способна выдавать высокое давление и не очень производительна. Для накачивания больших колес такие приборы не годятся, из-за чего джиперы ими практически не пользуются, и упоминать о них мы больше не будем.
Компрессоры второго типа работают следующим образом. Воздух всасывается в цилиндр, затем сжимается поршнем и выпускается в магистраль, по которой давление можно подать в шину или в блокировку. В движение поршень приводится кривошипно-шатунным механизмом, а тот в свою очередь электродвигателем постоянного тока с редуктором. Возможности системы определяются довольно просто. От объема цилиндра напрямую зависит производительность – количество воздуха, которое за единицу времени может подать компрессор (измеряется в литрах в минуту). А обороты двигателя определяют развиваемое устройством давление. В то же время чем обороты выше, тем сильнее нагревается пара поршень-цилиндр, поэтому в жаркую погоду они нуждаются в обязательном охлаждении. Кроме того, на их долговечность влияет пыль, попадающая в цилиндр с воздухом.
БОЛЬШЕ И БЫСТРЕЕ
Нужно ли стремиться приобрести обязательно «самый мощный» компрессор? Вовсе нет, если вы собираетесь использовать его на мотоцикле, например, или компактном кроссовере. Следует руководствоваться здравым смыслом. Ведь высокая производительность влечет большие габариты, вес и стоимость устройства. В общих чертах ситуация с выбором примерно такая. Компрессоры производительностью до 50 л/мин хоть и недороги, и компактны, но качают шины слишком долго. Да и жизнь у них короткая из-за постоянного перегрева. Для стандартных колес нелифтованных полноприводных автомобилей необходима производительность порядка 50–70 л/мин. Ну а владельцам больших внедорожников, рассчитанных на серьезное бездорожье, стоит обратить внимание на одну из более мощных моделей.
Важное замечание: максимальная производительность компрессора указывается при определенном давлении на выходе. При этом различные производители имеют в виду разные значения, отчего любое прямое сравнение устройств окажется некорректным. В характеристиках некоторых маленьких компрессоров иной раз можно встретить фантастические цифры чуть ли не в 20 атм. Это не более чем маркетинговый трюк! Реально же большинство компрессоров выдает давление, едва достигающее 8 атм. Этого вполне хватает, так как рабочее давление в шинах обычно не превышает 3 атм., а на внедорожниках колеблется от 0.3 до 2.5 атм. Хотя справедливости ради надо отметить, что существуют и модели, способные развивать честные 10 атм., например американские Viair.
БЕЗ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА НИКАК!
Электромотор компрессора может получать питание несколькими способами. Удобно, конечно, когда он оснащен автономной батареей, но она сильно увеличивает вес и требует «зарядки». Сеть 220 В используется для очень мощных станций в стационарных условиях. Гнездо прикуривателя наиболее функционально, но в нем есть ограничения по подаваемому току, его хватает только для электронасосов низших ступеней. А оптимальным решением для питания компрессора на внедорожнике или кроссовере станет его непосредственное подключение к клеммам штатного аккумулятора. Да, требуется открыть капот, зато ничего не сгорит, а вы сэкономите время на самом процессе подкачки, используя более мощный агрегат. Но не забывайте запускать двигатель автомобиля, дабы не посадить аккумулятор.
ТРУБОЧКА НЕ ДЛЯ КОКТЕЙЛЯ
Выбирая компрессор, обратите внимание на воздушный шланг – это не менее важная часть всей системы. Его материал должен быть качественным и морозоустойчивым, а длина – позволять дотянуться до любого колеса. Надежнее, если штуцер на ниппель будет резьбовым. Быстросъемный зажим многим кажется удобнее, но он быстро теряет герметичность при частом использовании.
ЗАГЛЯНЕМ В КОШЕЛЕК
Итак, учитывая вышесказанное, подведем итоги, проецируя их на «финансовую линейку». Сразу можно сказать, что компрессоры стоимостью до 1000 руб. – это выброшенные деньги. Долго они не прослужат, с трудом качая даже штатные колеса. В диапазоне от 1000 до 2500 руб. уже можно найти что-то подходящее для нечастого использования на кроссовере, не рассчитывая на высокую скорость работы. Более достойные изделия, конечно, обойдутся дороже. Скорее всего, потребуется не менее 3000–5000 руб. Отправляясь в магазин, имейте в виду, что хорошие модели оснащаются воздушным фильтром от пыли и защитой от перегрева – при повышении температуры автоматически отключаются на время. И, конечно, всегда лучше иметь некоторый запас по мощности, прочности и долговечности, чтобы где-нибудь в дальних «пампасах» случайно не оказаться на «пустых» колесах.