3.12. Характеристики компрессоров “Компрекс” (Comprex)
Принципиально система “Компрекс” создавалась для наддува дизелей. Однако, известно, что фирма Феррари и другие применили систему для наддува бензиновых двигателей. Всё же наибольшие достоинства Компрекс обеспечивает при использовании на дизелях. Создатели системы разработали серию компрессоров, применимых для наддува двигателей мощностью от 42 до 450 кВт, с массами соответственно от 7 до 40 кг. Как показано на рис. 3.34, фирма Броун Бовери разработала серию компрессоров “Компрекс” для дизелей разной мощности и назначения.
Рис.3.34. Характеристики повышения давления и производительности разных типов компрессоров Comprex.
Системы СХ 93 и СХ 112 предназначены преимущественно для легковых автомобилей, хотя модернизацией СХ 112 можно перевести его в параметры, необходимые для тяжёлых грузовиков. Частота вращения наиболее лёгкого СХ 93 достигает 18000 об/мин, наиболее тяжёлого СХ 200 – 8500 об/мин, причём, последний обеспечивает мощности дизелей от 250 до 450 кВт.
Уровень достижимой степени повышения давления достигает 3,0. Однако, возможно его повышение до 3,5, когда температура выпускных газов достигает 700 0С. Для легковых автомобилей степень повышения давления выше 2,10 применяется редко. В то же время, видно, что для применения в легковых автомобилях система “Компрекс” обеспечивает плавно изменяющееся давление наддува с изменением частоты вращения примерно в соотношении 1:4,5 (т. е. от 0,22 до 1,0 от номинала).
На рис. 3.35 показана универсальная характеристика дизеля с системой “Компрекс”.
Рис. 3.35. Универсальные характеристики дизеля, оборудованного системой Comprex.
Оценочные цифры удельного расхода топлива справедливы и для дизелей с непосредственным впрыскиванием топлива (преимущественно дизели грузовиков), и для дизелей с разделёнными камерами сгорания (дизелей преимущественно легковых автомобилей).
3.13. Достоинства и недостатки системы “Компрекс”
Основным достоинством системы “Компрекс” является, (конечно, дополнительно к увеличению мощности и момента) возможность получения благоприятного протекания внешней скоростной характеристики (ВСХ) двигателя по крутящему моменту. Т. е. достигается ВСХ с незначительным снижением момента после достижения его максимума (в отличие от резкого падения момента при применении системы турбонаддува). Кроме того, система обеспечивает двигателю высокую приёмистость, т. к. при разгоне не требуется разгон нагнетателя, как при применении ГТН, а все параметры наддува зависят лишь от изменения параметров давления газов и обмена давлением с воздухом. С системой “Компрекс” возможно повышение крутящего момента (благодаря наддуву) на величину до 70 % по сравнению с моментом двигателя без наддува. В то же время максимум момента может быть расположен при частоте вращения, равной 0,5 от номинала. А это обеспечивает двигателю высокую присопособляемость, “эластичность”. Как показывает анализ характеристики на рис. 3.32, грузовик с системой “Компрекс” в условиях пересечённой местности не требует большого числа переключений передач, благодаря благоприятному протеканию кривой момента (высокий фактор устойчивости режима). При этом минимизируется и расход топлива.
Дополнительным достоинством является более высокое экологическое качество дизеля с системой “Компрекс”. Оно достигается частично благодаря разжижению отработавших газов воздухом и некоторой возможности дожигания продуктов неполного сгорания уже в зоне ячеек ротора. Но важнее является то, что благодаря низкой инерционности процесса обмена давлением газов по сравнению с инерционностью турбокомпрессора, все переходные режимы протекают при более высоком коэффициенте избытка воздуха, чем в дизелях с турбонаддувом. А значит, при более полном сгорании топлива в камере сгорания и т. д. Этот же фактор объясняет более высокую эксплуатационную топливную экономичность дизеля с системой “Компрекс”.
По сравнению с объёмными компрессорами размещение компрессора “Компрекс” на двигателе так же сложно из – за необходимости связи с валом двигателя. Однако, “Компрекс” отбирает от вала двигателя весьма малое количество энергии.
Дополнительным достоинством системы является то, что для изготовления ротора и корпуса не требуется применение жаропрочных материалов. Так как ротор и корпус при работе попеременно омываются, то горячими выпускными газами, то холодным воздухом. По этой же причине корпус не требует системы охлаждения.
В то же время системе присущи и определённые недостатки, препятствующие её широкому распространению. Прежде всего это большие габариты и более высокая стоимость, по сравнению с турбонаддувом. В то же время следует отметить, что систем “Компрекс” обеспечивает повышение мощности на 40% без применения промежуточного охлаждения воздуха. В то время, как при турбонаддуве этот уровень повышения момента или мощности уже требует установки промежуточного охлаждения, а следовательно, холодильников, трубопроводов, т. е. и дополнительных габаритов, и повышенной стоимости. Из – за необходимости связи ротора с валом двигателя возникают ограничения в размещении системы на двигателе. Возможности размещения турбокомпрессора конечно более широки. Предполагается, что затраты на снижение шума в данном случае также будут более высоки, чем при турбонаддуве.