3.4. Объёмные компрессоры

Рассмотренные выше поршневые компрессоры по – существу также являются объёмными, однако, они выделяются в отдельный тип, так как имеют возвратно – поступательное движение рабочего органа. Рассматриваемые далее объёмные компрессоры в большей степени удовлетворяют задачам наддува ДВС. Они отличаются от поршневых тем, что их работа происходит при вращении вала, который связан с валом двигателя. Название их объёмными весьма условно, так как при их работе всегда имеются какие – то утечки заряда, а следовательно, в отличие от поршневых, их производительность не строго определяется рабочим объёмом машины. В то же время принцип их работы определяется тем, что при всасывании происходит увеличение рабочего объёма, а нагнетание и сжатие заряда определяется уменьшением рабочего объёма. Известны следующие основные типы объёмных компрессоров.

1. Пластинчатые компрессоры.

2. Лопастные.

3. Винтовые.

4. Кольцевые.

5. Спиральные.

6. Ванкеля.

Объёмные компрессоры первых двух типов широко применяются как при наддуве дизелей, так и при наддуве бензиновых двигателей. Применение остальные известно лишь эпизодическое, экспериментальное. Рассмотрим последовательно принципиальные особенности этих компрессоров.

3.4.1. Пластинчатые компрессоры

Принцип работы пластинчатого компрессора основан на вращении ротора, эксцентрично размещённого в цилиндрическом корпусе, и перемещении пластин (лопаток), подвижных в этом роторе. Центробежные силы обеспечивают прижатие пластин к корпусу компрессора. Всасывание в компрессор происходит в процессе изменения его рабочего объёма от минимального до максимального, а нагнетание – после заданного сжатия воздуха и до момента уменьшения рабочего объёма до минимума.

Н а рис. 3.9. показано, что компрессор содержит корпус 1 с впускным и выпускным окнами, ротор 2, и промежуточный поворотный корпус 3 с окнами для входа и нагнетания воздуха.

Рис. 3.9. Схема разреза компрессора Cozette. 1 – наружный корпус, 2 – ротор, 3 – цилиндр с окнами, 4 – лопатки, 5 – полости для лопаток в роторе.

Ротор размещён в корпусе с эксцентриситетом, содержит пластины 4, размещённые в пазах 5 ротора. При вращении ротора вместе с промежуточным корпусом 3 его рабочие полости, расположенные между пластинами, ротором и корпусом, изменяют свои объёмы. На рис. видно, что рабочий объём полости, расположенной в настоящий момент в верхней части, является наибольшим, а рабочий объём полости в нижней части – наименьшим. Справа на рисунке рабочие объёмы увеличиваются, а слева – уменьшаются. При этом происходит всасывание воздуха, как показано на рис., затем сжатие заряда в рабочей полости и нагнетание его во впускной коллектор двигателя. В простейшем варианте компрессор может не иметь корпуса 3. Пластины 4 могут двигаться относительно стенок самого корпуса 1. Однако при этом возникают проблемы с их износом, с уплотнением рабочих полостей, особенно при прохождении пластин у впускных и выпускных окон.

Известно, что машины такого типа применяются в качестве насосов для подачи жидкостей (масляные, топливные насосы и т. д.). В некоторых лёгких дизелях применяются топливные насосы такого типа для обеспечения достаточно высокого давления впрыскивания топлива. Особенность применения таких машин для подачи воздуха заключается в сложности организации смазки пластин (лопаток), т. к. подаваемый в дизель воздух должен быть чистым, без примесей масла, которое в цилиндре может создавать горючую смесь и самовоспламеняться в произвольный момент времени. Особую сложность составляет также проблема нагревания компрессора. Благодаря промежуточному корпусу 3 трение пластин о корпус отсутствует, что смягчает проблему перегрева.

Достоинством компрессора является возможность вращения его ротора синхронно с валом двигателя, благодаря соответствующей жёсткой их связи, что обеспечивает пропорциональное увеличение производительности компрессора с ростом потребности в наддувочном воздухе двигателя. Кроме того, компрессор начинает подавать воздух мгновенно при начале вращения вала двигателя и следовательно самого компрессора. Конструкция компрессора сравнительно проста и дешёва, а его габариты приемлемы для двигателей с наддувом. Пластинчатые компрессоры обеспечивают повышение давления наддува до 0,6 – 0,7 бар над уровнем атмосферного. В максимальных условиях можно достигнуть отношения рабочих объёмов 3:1 с уровнем адиабатического к. п. д. порядка 0,4 - 0,5. Такие компрессоры часто применяются для наддува бензиновых ДВС. Успехов в создании таких машин, конкурирующих с лопастными компрессорами, достигли фирмы Cozette, Zoller и Powerplus. Фирмы Centric и Bendix усовершенствовали такие компрессоры, существенно снизив проблемы их смазки и охлаждения. Однако, всё же проблемы вынужденного ограничения максимально достижимой частоты вращения, проблемы смазки и охлаждения ограничивают его применение для наддува дизелей.