§ 2. Системи наддуву

§ 2.1. Типи систем

Система наддуву призначена для підвищення потужності двигуна шляхом збільшення масового наповнення циліндрів повітрям.

Для збільшення кількості повітря, що потрапляє у циліндри, його подають примусово нагнітачем. За типом систем розрізняють:

• динамічний наддув, у яких підвищення тиску досягають використанням хвильових властивостей газів;

• механічний наддув з нагнітачем, що має механічний привод;

• турбонаддув з нагнітачем, що працює від енергії відпрацьованих газів.

§ 2.2. Динамічний наддув

У цій системі нагнітача як такого немає. Для підвищення наповнення використовують хвильові явища, що виникають у впускній системі внаслідок періодичного відкриття-закриття клапанів. Періодичність руху поршня і відкриття клапанів породжують у впускному трубопроводі коливання тиску газів. При відкритті впускного клапана у зоні горловини виникає хвиля розрідження, що зі швидкістю звуку поширюється до відкритого кінця трубопроводу, де впливає на повітряний потік. Внаслідок цього у вхідному перетині трубопроводу виникає хвиля тиску, що рухається до клапана. Характер коливання тиску у впускному трубопроводі (у зоні впускного клапана) має хвилеподібний вигляд. При цьому підвищений тиск у впускного клапана досягається наприкінці процесу впуску безпосередньо перед закриттям клапана. У результаті підвищується перепад між тиском у впускному трубопроводі і тиском у циліндрі, що підвищує ефект дозарядки циліндра свіжим зарядом. Існують два основних типи динамічного наддуву:

1. Резонансний наддув. При цьому підвищують амплітуду коливання тисків у впускному трубопроводі шляхом настроювання системи впуску на явище резонансу, тобто, на збіг або на кратність частот вільних і змушених коливань тиску у впускному трубопроводі. Настроювання системи здійснюється шляхом підбора діаметра і довжин впускних трубопроводів, а також установкою резонансних порожнин у багатоциліндрових двигунах (рис. 11, а). При цьому ефект поліпшення наповнення реалізується в обмеженому діапазоні частот обертання вала двигуна.

У багатоциліндрових двигунах при настроюванні системи впуску до кожного каналу від резонансної порожнини підводить окрема труба певної довжини, щоб газодинамічні явища у ній не порушувалися подібними явищами в трубопроводах сусідніх циліндрів. Оскільки тривалість такту впуску становить 180° ПКВ (для чотиритактних двигунів), то до однієї резонансної порожнини можна підключати тільки ті циліндри, у яких такти впуску чергуються не менш, ніж через 180° ПКВ.

Для настроювання таких систем на декілька режимів роботи встановлюють перемикальну заслінку (рис. 11, б), яка забезпечує велику довжину каналу на малій частоті і короткий канал — на великій частоті.

Рис. 11. Принцип резонансного наддуву: некерованого (а) і керованого (б): 1 — резонансна камера; 2 — впускний трубопровід; 3 — дросельна заслінка; 4 — перемикальна заслінка

Рис. 12. Принцип інерційного наддуву: 1 — збірна камера (ресивер); 2 — впускний канал; 3 — дросельна заслінка

2. Інерційний наддув. При цьому способі використовують окремі впускні трубопроводи певної довжини (рис. 12). Ефект наддуву залежить від геометрії елементів впускного трубопроводу і частоти обертання колінчастого вала. Довжина і діаметр окремих резонаторних трубок погоджуються з фазами газорозподілу таким чином, щоб у необхідному діапазоні обертів колінчастого вала хвиля стиску, що відбивається на кінці резонаторної трубки, повернулася через відкритий впускний клапан циліндра, тим самим забезпечуючи краще наповнення циліндра. Довгі тонкі резонаторні трубки дають більший ефект інерційного наддуву при низькій частоті обертання колінчастого вала. Короткі широкі резонаторні рубання сприяють одержанню кращої характеристики крутного моменту у діапазоні високих обертів колінчастого вала.

У двигунах з двома впускними клапанами на циліндр можливе застосування двох впускних трубопроводів різної довжини.

Для настроювання такої системи на декілька режимів роботи використовують трубопроводи з різними параметрами каналів, переключення між якими здійснюється заслінкою (рис. 13-15).

Рис. 13. Впускний трубопровід з каналами різної довжини

Рис. 14. Переключення впускних каналів двигунів Mercedes-Benz

Рис. 15. Переключення впускних каналів двигунів General Motors

Такі системи називаються системами впускного трубопроводу зі змінюваною геометрією, коли, залежно від робочого режиму двигуна, за допомогою спеціальних заслінок можна робити:

• регулювання довжини резонаторних впускних трубок;

• зміну довжини або діаметра резонаторних трубок;

• на вибір — відключення однієї окремої впускної трубки на циліндр із системи декількох трубок;

• зміну об’ємів ресиверів.

Конструктивних засобів реалізації системи багато, деякі з варіантів зображені на рис. 16-19.

Рис. 16. Двигун Audi 4,2 FSI	Рис. 17. Двигун Audi A4
Рис. 18. Двигун Acura 2,5	Рис. 19. Двигун Porsche 911

Деякі фірми (наприклад, BMW) використовують впускні трубопроводи з постійною зміною геометрії (рис. 20).

Рис. 20. Система з постійною зміною довжини впускного трубопроводу (BMW)