Mechaniniai orapūtės. Kas yra

Automobilių gamybos procese inžinieriai galvoja ne tik apie naujausių technologijų įdiegimą, modernią išvaizdą ir aukščiausios klasės saugumą. Šiandien automobilių vidaus degimo varikliai stengiasi padaryti mažiau ir padidinti efektyvumą. Mechaninio kompresoriaus įvedimas yra vienas iš tų būdų - „išspausti“ maksimumą net iš mažo 3 cilindrų variklio.

Kas yra mechaninis kompresorius, kaip jis išdėstytas ir veikia, kokie jo privalumai ir trūkumai – apie tai pakalbėkime vėliau.

Kas yra mechaninis kompresorius

Mechaninis pūstuvas yra įtaisas, kuris priverstinai tiekia orą esant aukštam slėgiui, kad padidėtų kuro ir oro mišinio masė. Kompresorius varomas sukant alkūninio veleno skriemulį, paprastai prietaisas perduodamas per diržą. Priverstinis oro suspaudimas naudojant mechaninį turbokompresorių suteikia papildomą 30–50% vardinės galios (be kompresoriaus).

Kaip veikia mechaninis slėgis

Nepaisant konstrukcijos tipo, visi orapūtės yra skirtos orui suspausti. Pavaros kompresorius pradeda veikti, kai tik variklis užveda. Alkūninis velenas per skriemulį perduoda sukimo momentą kompresoriui ir, savo ruožtu, sukdamas mentes ar rotorius, suspaudžia įsiurbiamą orą, priverstinai tiekia jį į variklio cilindrus. Beje, kompresoriaus veikimo greitis yra daug kartų didesnis nei vidaus degimo variklio alkūninio veleno greitis. Kompresoriaus generuojamas slėgis gali būti vidinis (sukurtas pačiame įrenginyje) ir išorinis (slėgis susidaro išleidimo linijoje).

Mechaninis slėgio įtaisas

Tipišką orapūtės pavaros sistemą sudaro šie elementai:

• tiesiogiai kompresorius;
• droselio vožtuvas;
• apvadinis vožtuvas su sklende;
• oro filtras;
• slėgio matuoklis;
• įsiurbimo kolektoriaus temperatūros jutiklis ir absoliutaus slėgio jutiklis.

Beje, kompresoriams, kurių darbinis slėgis neviršija 0,5 baro, tarpinio aušintuvo montuoti nereikia – pakanka patobulinti standartinę aušinimo sistemą ir konstrukcijoje numatyti šalto įvadą.

Oro pūtiklį valdo droselio padėtis. Varikliui dirbant tuščiąja eiga, įsiurbimo sistemoje gali atsirasti per didelis slėgis, dėl kurio netrukus gali sutrikti kompresorius, todėl čia yra numatytas aplinkkelio sklendė. Dalis šio oro teka atgal į kompresorių.

Jei sistemoje yra tarpinis aušintuvas, oro suspaudimo laipsnis bus didesnis, nes jo temperatūra sumažės 10-15 laipsnių. Kuo žemesnė įsiurbiamo oro temperatūra, tuo geriau vyksta degimo procesas, neįtraukiamas detonacijos įvykis, variklis dirbs stabiliau. 

Mechaninio slėgio pavaros tipai

Per kelis dešimtmečius, kai naudojo mechaninį kompresorių, automobilių gamintojai naudojo įvairius pavaros tipus:

• tiesioginė pavara - tiesiai iš standaus sujungimo su alkūninio veleno flanšu;
• diržas. Labiausiai paplitęs tipas. Galima naudoti užsegtus diržus, lygius diržus ir briaunotus diržus. Pavarą pastebi greitas diržo nusidėvėjimas, taip pat slydimo tikimybė, ypač esant šaltam varikliui;
• grandinė - panaši į diržą, tačiau turi trūkumą dėl padidėjusio triukšmo;
• pavara - taip pat yra per didelis triukšmas ir dideli konstrukcijos matmenys.

Išcentrinis kompresorius

Mechaninių kompresorių tipai

Kiekvienas iš orapūtių tipų turi individualų našumą, ir yra trys jų tipai:

• išcentrinis kompresorius. Labiausiai paplitęs tipas, kuris atrodo labai panašus į išmetamųjų dujų turbokompresorių (sraigę). Jame naudojamas sparnuotė, kurios sukimosi greitis siekia 60 000 aps./min. Oras į centrinę kompresoriaus dalį patenka dideliu greičiu ir žemu slėgiu, o išėjimo angoje vaizdas yra atvirkštinis – oras į cilindrus tiekiamas aukštu slėgiu, bet mažu greičiu. Šiuolaikiniuose automobiliuose šio tipo kompresorius naudojamas kartu su turbokompresoriumi, kad būtų išvengta turbo uždelsimo. Esant mažam greičiui ir pereinamoms sąlygoms, pavara „sraigė“ tieks suslėgtą orą stabiliai;
• varžtas. Pagrindiniai konstrukciniai elementai yra du lygiagrečiai sumontuoti kūginiai varžtai (sraigtai). Oras, patenkantis į kompresorių, pirmiausia praeina per plačiąją dalį, tada suspaudžiamas dėl dviejų į vidų besisukančių varžtų sukimosi. Jie daugiausia montuojami brangiuose automobiliuose, o paties tokio kompresoriaus kaina yra nemaža - turi įtakos konstrukcijos sudėtingumas ir efektyvumas;
• kumštelis (Šaknys). Tai vienas pirmųjų mechaninių kompresorių, sumontuotų automobilių varikliuose. Šaknys yra pora rotorių su sudėtinga profilio dalimi. Eksploatacijos metu oras juda tarp kumštelių ir korpuso sienos ir taip susispaudžia. Pagrindinis trūkumas yra per didelio slėgio susidarymas, todėl konstrukcijoje numatyta elektromagnetinė sankaba, skirta valdyti kompresorių, arba aplinkkelio vožtuvas.

Sraigtinis kompresorius

Mechaninius kompresorius galima rasti gerai žinomų gamintojų automobiliuose: „Audi“, „Mercedes-Benz“, „Cadillac“ ir kt. Jie montuojami ant didelės apimties variklių arba mažame automobilyje kartu su turbina, varoma dujų energija.

Kompresoriaus šaknys

Mechaninio kompresoriaus grandinės privalumai ir trūkumai

Kalbant apie trūkumus:

• kompresoriaus varymas pavara nuo alkūninio veleno, tokiu būdu kompresorius atima dalį galios, nors ir sėkmingai ją kompensuoja;
• aukštas triukšmo lygis, ypač vidutiniu ir dideliu greičiu;
• esant vardiniam slėgiui, viršijančiam 5 barus, būtina pakeisti variklio konstrukciją (sumontuoti stiprius stūmoklius su švaistikliais, sumažinti suspaudimo laipsnį įrengiant storą cilindro galvutės tarpiklį, sumontuoti tarpinį aušintuvą);
• prasta nestandartinių išcentrinių kompresorių kokybė.

Iš esmės:

• stabilus sukimo momentas jau veikiant tuščiąja eiga;
• galimybė valdyti automobilį, nereikia didinti variklio sūkių, viršijančių vidutinį;
• stabilus darbas dideliu greičiu;
• palyginti su turbokompresoriumi, orapūtės yra pigesnės ir jas lengviau prižiūrėti, todėl nereikia pertvarkyti alyvos sistemos, kad tiektumėte alyvą į kompresorių.

Klausimai ir atsakymai:

Kaip veikia mechaninis pūstuvas? Pūstuvo korpuse yra difuzorius. Kai rotorius sukasi, oras įsiurbiamas ir nukreipiamas link difuzoriaus. Iš ten jis patenka į ertmę, kuri sunaudoja šį orą.

Kam skirtas mechaninis pūstuvas ir kaip jis veikia? Šis mechaninis blokas suspaudžia dujas jų neatvėsdamas. Priklausomai nuo orapūtės tipo (dujų surinkimo mechanizmo konstrukcijos), jis gali sukurti didesnį nei 15 kPa dujų slėgį.

Kokie ten pūstuvai? Labiausiai paplitę pūstuvai yra išcentriniai. Taip pat yra varžtas, kumštelis ir sukamasis stūmoklis. Kiekvienas iš jų turi savo darbo ypatumus ir sukuriamą spaudimą.