1.3 Схемы с дополнительным приводным нагнетателем
Для улучшения пусковых качеств двигателей с турбонаддувом можно использовать дополнительный приводной нагнетатель, который соединяется с двигателем через муфту и мультипликатор. Чтобы преимущество системы имело место во всей области работы двигателя необходимо правильно подобрать их комбинацию. Ниже описана схема, предназначенная для дизельного двигателя, в которой приводной нагнетатель предшествует турбокомпрессору. На рисунке 1.10 представлена схема данного наддува.
Рисунок 1.10 – Схема турбонаддува с дополнительным приводным нагнетателем [2]
Турбокомпрессор находится в работе постоянно. В области низких нагрузок и частот вращения подключается приводной компрессор и тем самым реализуется двухступенчатый наддув. При средних частотах приводной компрессор используется только для переходных процессов. В области высоких частот используется только турбокомпрессор, причем как в стационарных, так и в переходных режимах. Подобная схема использована фирмой Volkswagen (рис. 1.11, 1.12, 1.13).
Рисунок 1.11 – Поле работы комбинированного наддува Volkswagen:
1 – зона постоянной работы приводного компрессора; 2 – зона использования приводного компрессора при переходных режимах; 3 – зона работы турбокомпрессора; 4 – зона работы без наддува
Рисунок 1.12 – Схема наддува Volkswagen TSI [3]
Рисунок 1.13 – Приводной нагнетатель фирмы Volkswagen
Комбинация приводного и турбонаддува имеет много преимуществ. Во-первых, из-за практически мгновенного повышения давления при механическом наддуве время перехода от частичных до полных нагрузок снижается во всем диапазоне частот вращения. В связи с независимостью механического наддува от расхода отработавших газов давление создается уже при низких частотах вращения. Турбокомпрессор в данном случае может работать в более узком, нежели при обычном турбонаддуве, диапазоне частот, а, следовательно, повышается его КПД. Это ведет к снижению расхода топлива в области высоких частот. К недостаткам можно отнести высокую стоимость системы и увеличение расхода топлива при работе приводного компрессора.
1.4 Турбонаддув с вспомогательной электросвязью
В предыдущем параграфе была показана возможность устранения недостатков турбонаддува, связанных с инертностью турбокомпрессора и недостатком энергии отработавших газов на низких частотах, при помощи дополнительной механической связи. Аналогичные задачи решают и системы с дополнительной электросвязью (EBS – Electric Boosting Systems).
Преимущество таких систем в относительной легкости передачи энергии. Может использоваться, как существующая электрическая система (12-вольтовая), либо отдельные, более мощные системы (например, 42-вольтовые). Последние, однако, в ближнесрочной перспективе не ожидаются. Следует отметить, что в 12-вольтовых электрических системах, из-за необходимости ограничения силы тока, можно кратковременно получить лишь до 2 кВт электроэнергии. Поэтому их в существенной мере можно использовать лишь на переходных режимах работы двигателя.
1.5 Схема наддува с электрическим приводом дополнительного компрессора
Одним из способов улучшения характеристики двигателя на установившихся так и переходных режимах, является применение дополнительного компрессора с электрическим приводом. В такой схеме процесс сжатия не зависит от стояния ОГ, соответственно воздухоснабжение при низких частотах существенно улучшается.
На рисунке 1.14 показана схема такой системы. Небольшое преимущество с энергетической точки зрения и гибкости в компоновке имеет расположение вспомогательного компрессора перед турбокомпрессором [2]. При условии наличия необходимой электрической энергии система представляет собой аналог двухступенчатого регулируемого наддува. Когда наддув производится только от турбокомпрессора, для уменьшения потерь воздух перепускается мимо дополнительного компрессора.
Рисунок 1.14 – Схема наддува с электрическим приводом дополнительного компрессора [2]
Как уже отмечалось, при 12-вольтовой бортовой электрической системе кратковременно можно получить не более 2 кВт электрической энергии. Причем это значение почти не зависит от объема двигателя. Таким образом, преимущества системы больше проявляются в малолитражных двигателях и при низких частотах вращения в начале процесса разгона. Дальнейшее попытки сокращение времени достижения максимального давления посредством использования более мощных электродвигателей приносят небольшой эффект поскольку момент инерции электродвигателя растет интенсивнее его мощности.