Циклический характер работы двс один из его недостатков, но вместе с тем именно благодаря ему в двс реализуются высокие максимальные температуры и давления (стр. 7 из 27)

Рис. 5.1. Cпособы управления процессом воздухоснабжения: 1 - охлаждение нагнетаемого воздуха T_к; 2 - дросселирование воздуха за компрессором (К) Dр_наг; 3 - выпуск в атмосферу части сжатого воздуха b_в; 4 - дросселирование воздуха на входе в компрессор Dр_вс; 5 - подвод дополнительной энергии к ротору турбокомпрессора l; 6 - перепуск части сжатого воздуха на вход турбины (Т) j; 7 - дросселирование газов на выходе из турбины Dр_вх; 8 - изменение проходного сечения соплового аппарата турбины F_са; 9 - перепуск части газов мимо турбины b_г; 10 - установка дополнительной КС на входе в турбину Т_т; 11 - изменение фазы выпуска h_v

5.1. Изменение геометрии впускной системы

Периодичность процессов в цилиндрах поршневых двигателей является причиной колебательных динамических явлений в газовоздушных трактах.

Эти явления могут быть использованы для существенного улучшения основных параметров двигателей - мощности, экономичности, крутящего момента.

Путем подбора длины и проходного сечения индивидуального трубопровода можно добиться прихода этой волны к цилиндру в наиболее благоприятный момент перед закрытием клапана, что приводит к существенному увеличению коэффициента наполнения h_vи, как следствие, приросту мощности N_e и крутящего момента M_к двигателя.

Разработаны системы, позволяющие дискретно или непрерывно изменять геометрию впускного тракта. На рис 5.1.2 приведен вариант выпускного трубопровода с двумя вариантами длины впускного трубопрвода.

Рис. 5.1.2. Впускной трубопровод с изменяемой геометрией

Хорошие результаты дает применение так называемой комбинированной системы наддува, в которой сочетаются турбонаддув и инерционный наддув (использование газодинамических явлений во впускном трубопроводе). В этом случае длина, диаметр и форма впускного трубопровода и настройка турбокомпрессора выполняются так, чтобы на наиболее важном режиме работы двигателя обеспечивался максимальный коэффициент наполнения. Реализация данного способа в дизелях «РАБА-МАН» , «Заурер», «Хино» и др. обеспечивает снижение расхода топлива на 5-7%. Имеются реализации двух и трехрежимной (ступенчатой) газодинамической настройки длины и формы впускных каналов, например, в двигателях фирмы BMW и Фольксваген.

Трехступенчатая резонансная впускная система

Рис. 5.1.3. Трехступенчатая резонансная система: 1 — резонансная труба; 2 — переходная труба; 3 — коллектор; 4 — трубы с колеблющимися потоками заряда.

Частоты вращения: а — низкие; б — средние; в — высокие

Для улучшения наполнения во всем диапазоне частот вращения во впускной системе был разработан трехступенчатый резонансный впуск. Его схема показана на рис.5.1.3. В принятой схеме имеются две заслонки, расположенные в коллекторе и переходной трубе, которые могут быть или полностью открыты или закрыты. Положение заслонок определяется режимом работы двигателя.

Размеры труб выбирались из необходимости создавать на всех режимах работы двигателя резонансные колебания во впускном коллекторе. Положение заслонок в зависимости от режима работы показано на рис.5.1.3.

5.2. Управление агрегатами наддува


Рис.5.2.1. Регулирование турбокомпрессора поворотом лопаток диффузора	5.2.2. Турбина с регулируемым сопловым аппаратом (РСА)

Рис.5.2.3. Турбокомпрессор ТКР-6 НАМИ с РСА

Рис.5.2.4. Характеристики вздухоснабжения дизеля ОМ-611: ^____Турбокомпрессо с РСА; --- турбокомпрессор с перепускным клапаном.

Наибольшей сложностью и необходимостью тщательной отработки на надежность отличаются способы с применением поворотных лопаток диффузора компрессора 5.2.1 и соплового аппарата турбины 5.2.5. Кроме того, этим способам присущи утечки воздуха и газа через зазоры и возможность закоксовывания лопаток РСА. Тем не менее в последнее время ряд зарубежных фирм разработали для транспортных двигателей турбины с РСА либо турбины с регулируемым сечением соплового аппарата (Гаррет, ККК, Холсет, Хино, Альфа Ромео, Швитцер, Аэродайн Даллас и др.). Внедрение турбокомпрессоров с таким способом регулирования позволило снизить эксплуатационные расходы топлива на 7-12%.

На рис. 5.2.3 изображен турбокомпрессор ТКР-6, созданный в НАМИ, а на рис. 5.2.4 сравнение характеристик воздухоснабжения дизеля ОМ -611 при различных способах регулирования турбины.

Требования повышения удельной мощности двигатели с необходимостью приводят к созданию ситем с даухступенчатым наддувом, применене которых целесообразно при p_k больше 4 -4,5.


Рис. 5.2.5.Схема двухступенчатого наддува с регулированием	Рис. 5.2.6.Двухступенчатый турбокомпрессор

Помимо известных решений — применение турбокомпрессоров с изменяемой геометрией на входе в турбину или регулируемых двухступенчатых турбокомпрессоров, большое внимание уделяется электронно-поддерживаемым системам турбонаддува e-Boost.

Разработку таких систем наддува, известных под названиями e-Boost или e-Booster, e-Turbo, e-Charger, ведет фирма BorgWarner. Принципиально они отличаются только компоновкой в одном агрегате отдельных узлов, входящих в систему наддува.

Система e-Boost состоит из компрессора, высокоэффективного электродвигателя, соединенного с ним, и компактного корпуса, в котором размещены эти агрегаты, кроме того, в нем находятся также и элементы электронного управления.

Система e-Boost новаторская, открывающая новые возможности для создания перспективных двигателей. На рис.5.2.9 представлена последняя модель электронно-поддерживаемого турбокомпрессора.

Рис. 5.2.9. Электрически поддерживаемый наддув фирмы Borg Warner

Наилучшим вариантом является установка на двигателе двух систем наддува: обычный турбокомпрессор, работающий на отработавших газах, и система e-Boost, состоящая из компрессора с приводом от электродвигателя.

В настоящее время на фирме BorgWarner идет доводка системы e-Boost до уровня, необходимого для ее серийного производства. Кроме того, на фирме до сих пор велись разработки новой системы наддува исходя из заявлений, что очень скоро бортовая электросеть автомобиля будет работать с напряжением 42 В. Теперь стало очевидным, что это произойдет не так скоро, и поэтому на фирме BorgWarner усиленно ведутся работы по применению напряжения в 12 В.

5.3. Управление фазами газораспределения и величиной подъема клапанов

Цели управления:

1. Оптимизация рабочего процесса в поле режимов работы двигателя

2. Бездроссельное регулирование мощности двигателя

3. Регулирование агрегатов наддува

4. Снижение эмиссии токсичных веществ

Рис. 5.3.1. Работа насосных ходов при дроссельном и бездроссельном регулировании мощности

Рис. 5.3.2. Изменение фаз движения клапана

На рис. 5.3.1. показано преимущество бездроссельного регулирования двигателя при реализации циклов Аткинсона или Миллера.


Рис.5.3.3.Гидравлическая система изменения фаз подъема клапанов VVT-i )		Рис. 5.3.4. Регулятор системы VVT-i

Рис . 5.3.5.Фазы клапанов двигателя с VVT-i	Рис.5.3.6. Схема управления системой VVT-i

На рис. 5.3.3. и 5.3.4 приведена система изменения фаз подъема клапанов VVT-i фирмы Toyota и гидравлический регулятор этой системы, а на рис. 5.3.5 – реализуемые этой системой фазы движения впускных клапанов.