Sprężarki Lysholma, Rootsa czy Eatona są ciekawą alternatywą dla popularnych dziś turbosprężarek. Te rzadko spotykane konstrukcje mogą być bardzo efektywne, ale mają też swoje mankamenty. Sprawdź nasz artykuł, aby dowiedzieć się więcej.

Co to jest kompresor?

Słowo “kompresor” nieprzypadkowo kojarzy się z silnikami montowanymi w autach klasy premium. Faktem jest, że skonstruowanie efektywnej sprężarki mechanicznej i umieszczenie jej pod maską cywilnego pojazdu generuje wysokie koszty. Dużo wyższe niż w przypadku klasycznej turbosprężarki. Między innymi dlatego popularne “turbo” zasilane spalinami z silnika zdominowało współczesną motoryzację. Ponieważ jest tańsze, ale i bardziej efektywne – pozwala na generowanie większego poziomu mocy przy mniejszym obciążeniu silnika.

Kompresory nigdy nie przyjęły się w motoryzacji na stałe. Wielu producentów pojazdów miało jednak w swojej historii epizody większego zainteresowania tą technologią. W efekcie powstało kilka ciekawych maszyn, wykorzystujących koncepcję wybitnych konstruktorów. Poniżej opisujemy najpopularniejsze rodzaje sprężarek.

Sprężarka Rootsa

Ta znana mechaniczna sprężarka jest właściwie nazywana “sprężarką” trochę na wyrost. Jej konstrukcja pozwala na przetłaczanie powietrza, a nie jego sprężanie. Ono następuje dopiero w kanale wylotowym mechanizmu. Na poniższym schemacie widzimy trzy strefy, w których odbywa się przepływ powietrza. Powietrze wtłoczone w strefę C, które ma już dość wysokie ciśnienie skierowane jest do wylotu, gdzie następuje dalszy wzrost ciśnienia. Łopatki wirników nie stykają się ze sobą, wbrew temu co podpowiada wzrok, gdy obserwujemy pracującą sprężarkę. Na ich końcach umieszczone są koła zębate, odpowiadające za synchronizację.

Charakterystyczny kształt wirników jest zarazem zaletą i wadą konstrukcji Rootsa. To jeden z najmniej skomplikowanych do wykonania wzorów, co obniża koszty produkcji. Między innymi dlatego popularność sprężarki Rootsa jest stosunkowo duża. Z drugiej strony, kształt wirników wpływa na niewielką sprawność sprężarki, szacowaną zwykle na góra 50-60% (inne osiągają nawet ponad 80%). Wszystko za sprawą mieszania się ze sobą powietrza z poszczególnych stref podczas cyklu pracy. Niektórzy konstruktorzy modyfikowali kształt wirników, aby uzyskać wyższą sprawność.

1 i 3 – wirniki, 2 – korpus sprężarki

Sprężarka śrubowa (sprężarka Lysholma)

Sprężarka Lysholma na pierwszy rzut oka posiada konstrukcję podobną do sprężarki Rootsa. Jej znakiem charakterystycznym jest kształt wirników, które różnią się kształtem, a także prędkością obrotową. Powietrze przepływa wzdłuż wirników, dochodzi do sprężania wewnętrznego. Nie występuje tu cofanie powietrza lub jest ono minimalne. Wszystko to przekłada się na wyższą sprawność – do 70%. Sprężarka śrubowa jest za to droższa w produkcji (większy koszt wytworzenia wirników), osiąga wyższe prędkości obrotowe i wymusza stosowanie sprzęgła wtedy, gdy sprężarka ma nie być wykorzystywana. Taki rodzaj sprężarki był wykorzystywany m.in. w silnikach Mazdy, a także w Mercedesie McLaren SLR.

Sprężarka Eatona

Sprężarka Eatona posiada odmienną konstrukcję wirników niż omówione wyżej konstrukcje. Ich powierzchnie robocze są proste, nie ślimakowe. Ten rodzaj sprężarki został mocno spopularyzowany w branży motoryzacyjnej ze względu na niskie koszty produkcji. Zastosowano go m.in. w samochodzie Mini Cooper S, który dysponuje silnikiem o małej pojemności skokowej. Instalacja kompresora przełożyła się na znaczny wzrost mocy jednostki (silnik o pojemności 1,6 litra osiąga moc 160 KM).

Kompresor Eatona w swoim działaniu jest podobny do kompresora Lysholma, ale jednocześnie różni się od niego. Odmienna konstrukcja współpracujących ze sobą wirników. Powierzchnie robocze wirników są proste a nie ślimakowe, jak to ma miejsce w kompresorze Lysholma. Liczba zwojów ślimakowych jest mniejsza w porównaniu do kompresora Lysholma, stąd też wynika mniejsza sprawność Eatona (około 75%).

Zaletą Eatona jest znacznie tańszy koszt produkcji, poprzez prosty kształt powierzchni roboczych. Dzięki temu, kompresor ten zyskał na popularyzacji wśród producentów z branży motoryzacyjnej. Dla przykładu takiego zastosowania posłużyć się można MINI Cooperem S, którego silnika o pojemności 1,6 litra osiąga moc 160 KM właśnie dzięki kompresorowi Eatona. Niestety, takie rozwiązanie nie było pozbawione wad. Silnik mimo dużego przyspieszenia osiągał przyrost mocy dopiero w górnym zakresie obrotów, generując bardzo charakterystyczny dźwięk. Obecnie MINI stosuje turbosprężarki.

Diagnozowanie sprężarki mechanicznej

Zaletą sprężarek mechanicznych jest bardziej “liniowy” niż w przypadku turbosprężarek przyrost mocy. Napędzają silnik już od najniższych prędkości obrotowych. Napęd do sprężarki Rootsa przekazywany jest w sposób stały, ale charakterystyka pracy – ze względu na konstrukcję – jest niestabilna w porównaniu do podobnych, bardziej zaawansowanych rozwiązań. Powietrze w tej sprężarce przechodzi krótką drogę.

Ze względu na ową “burzliwość” pracy, konieczne jest stosowanie tłumików drgań. Kolejnym problemem, z jakim musieli mierzyć się konstruktorzy jest dość głośna praca sprężarki Rootsa, zwłaszcza po dłuższym okresie użytkowania. Popularność sprężarki Rootsa jest stosunkowo duża, jednak w wielu warsztatach wyposażone w nią pojazdy pojawiają się niezwykle rzadko. Bez znajomości charakterystyki pracy tego mechanizmu można mieć problem z wystawieniem poprawnej diagnozy.

Nie należy diagnozować jako objaw awarii głośniejszej pracy kompresora podczas ostrego przyspieszania. Charakterystyczne wycie jest standardowym dźwiękiem powodowanym przez ciąg powietrza. Podobnie jak pojawiający się okresowo w niektórych sprężarkach metaliczny odgłos – jest to dźwięk pracy elektromagnetycznego sprzęgła, cofającego tarczę cierną do pozycji spoczynkowej. Poprawność pracy sprężarki Rootsa należy w pierwszej kolejności badać, obserwując wskazania czujnika ciśnienia.