1.8 Сравнение систем высокого наддува

Здесь привёл лишь те мероприятия по увеличению механического КПД двигателя, которые могут быть охарактеризованы широко используемым в мире понятием «Downsizing». Под ним понимается сокращение рабочего объема двигателя при сохранении его требуемой мощности, что может быть достигнуто путем увеличения номинальной частоты вращения или путем увеличения среднего эффективного давления.

При чистом двухступенчатом турбонаддуве с охлаждением наддувочного воздуха достигается наивысшее среднее эффективное давление. В зависимости от настройки оно может быть реализовано либо на низких, либо на высоких частотах вращения вала двигателя. Наличие двух турбокомпрессоров ухудшает приемистость двигателя. Природа снижения расхода топлива состоит в Downsizing-эффекте и высоком КПД турбины и компрессора.

Регистровый турбонаддув имеет, помимо высокой стоимости, единственный недостаток, связанный с обеспечением надежной и долговременной работы переключателей компрессоров и турбин на высоких частотах переключения. Поскольку каждый турбокомпрессор спроектирован так, чтобы его работа приходилась лишь на часть диапазона частот вращения, то достигаются хорошая приемистость двигателя и низкий расход топлива.

То же самое касается двухступенчатого регулируемого турбонаддува. При еще более сложной системе в сравнении с регистровым наддувом, потенциал данного метода можно реализовать только при сложных стратегиях управления. Но в долгосрочной перспективе он, возможно, будет самым значимым методом в концепции «Downsizing».

Основные преимущества дополнительного механического наддува – это увеличение крутящего момента на низких оборотах двигателя и улучшенная переходная характеристика. Снижение расхода топлива возможно только, тогда, когда двигатель большую часть времени эксплуатируется в области, где работает исключительно турбокомпрессор. Таким образом, цена преимуществ данной системы – относительно более высокий расход топлива.

В схеме наддува с комбинированной газовой и электрической связью компрессора обеспечивается улучшение пуска и переходных характеристик двигателя. Однако для этой цели требуется электрическая мощность в диапазоне 2-4 кВт. Поэтому при наличии частых режимов ускорения, необходимо иметь электрическую систему с существенно более высоким бортовым напряжением (например, 42 вольт). По этой причине увеличение крутящего момента на низких частотах возможно лишь в течении короткого времени, например, в процессе непродолжительного пуска. Силовая и управляющая электроника имеет высокую цену. Наддув с электроприводом дополнительного компрессора имеет меньше недостатков.

Наддув с использованием нестационарных газодинамических эффектов и управляемой дополнительной заслонки имеет большой потенциал для увеличения крутящего момента при низких частотах вращения вала двигателя как для атмосферных, так и турбонаддувных двигателей. При правильном подборе турбокомпрессора можно повысить номинальную мощность и снизить расход топлива. Однако здесь еще требуются работы по отработке и развитию системы.