Сучасні тенденції розвитку систем живлення двигунів повітрям:
На сьогодні використовують наддування за ступенем підвищення тиску πк (відношенням тиску подачі пальної суміші в циліндр до тиску навколишнього середовища):
З низьким наддуванням πк ≤1,9, який забезпечує приріст потужності на 20…35%;
З середнім наддуванням 1,9≤ πк ≤2,5 який забезпечує приріст потужності на 35…50%;
З високим наддуванням πк> 2,5 який забезпечує приріст потужності на 50% і більше;
На автомобільних двигунах використовуються всі системи наддування.
Наддування у більшості здійснюється механічними відцентровими, пластинчатими, роторними з гвинтовими лопатями та роторно-поршневими нагнітачами, або використовується динамічне та резонансне наддування.
- Останнім часом у багатьох двигунах використовується наддування
повітря з використанням енергії відпрацьованих газів, двигуна, комбіноване (механічне та з використанням енергії відпрацьованих газів), хвильових коливань ( динамічний та резонансний наддування) за рахунок зміни довжини впускного колектора.
В процесі роботи двигуна повітря в трубопроводі здійснює коливальні рухи. Якщо підібрати потрібну довжину впускної труби, можна добитися, того щоб у момент відкриття впускного клапана до нього підходила чергова хвиля тиску. Це дозволяє поліпшити наповнення циліндра. Але двигун - агрегат багато режимний, тому на різних обертах вимагається, різна довжина впускної труби. Плавне регулювання довжини трубопровода, технічно важке завдання. Запропонувавши повітрю два шляхи: довгий - в режимі максимального крутного моменту і короткий - в режимі максимальній потужності, можна значно поліпшити показники двигуна.
- Для забезпечення подачі в циліндри необхідної маси повітря використовуються автоматичні електронні системи керування подачею повітря;
- На багатьох двигунах для охолодження повітря використовуються інтеркулери, що дає змогу збільшити масу заряду повітря, який поступає в циліндр.
Тенденції розвитку конструкції нагнітачів повітря
Продовжується використання турбокомпресора, хвильового обмінника тиску. Газообмін при динамічному наддуванні та випуску відпрацьованих газів характеризується дозарядкою та збільшенням масового наповнення циліндрів на впуску і відсмоктуючою дією на випуску відпрацьованих газів.
Динамічне наддування або резонансне наддування, як найбільш простий, економічний, разом з тим використовується тільки на окремих перехідних та несталих режимах роботи двигуна.
Використання електронних систем керування забезпечує більш широкий діапазон використання динамічного наддування.
Рис. 5. Живлення двигуна Ауді повітрям з застосуванням наддування та охолодження
Рис. 6. Живлення двигуна V8 TDI CR Audi повітрям з використанням рециркуляції відпрацьованих газів
Тенденції розвитку агрегатів наддування. Агрегати наддування отримали досить широке поширення не лише на дизелях, але і на бензинових моторах. При наддуві турбокомпресором низького тиску, є можливість меншій кількості палива згоряти з максимальною ефективністю ("Фольксваген - 1,8 Т",
Конструкція дизельного двигуна "Опель-ЭКОТЕК" включає неподілену камеру згорання, чотирьохклапанну схему газорозподілу, турбонаддув, проміжне охолодження і балансирні вали( "Вольво - 2 Т-118 кВт і 2,5 Т -142 кВт, "СААБ - 2,0 Турбо" (113 кВт). Конструкція двигуна БМВ включає регульований турбокомпресор з електричним управлінням.
Рядний шестициліндровий дизель БМВ (Євро III) включає чотирьох клапанну систему газорозподілу, неподілену камеру згорання, систему упорскування "Коммон рейл", роликові штовхальники, регульований турбокомпресор і проміжний охолоджувач повітря. У системах подачі палива уперше серійні двигуни з безпосереднім уприскуванням бензину в циліндр з'явилися в Європі на "Міцубісі-Каризма" в 1998 році. Двигуни з безпосереднім упорскуванням палива в циліндр дозволяють досягти найкращих економічних і екологічних характеристик. По економічності "Міцубісі-Каризма" з таким двигуном вже сьогодні впритул наближається до дизелів. У транс'європейському пробігу через 12 країн, автомобіль середнього класу показав середню витрату бензину 4,83 л/100 км при середній швидкості 90,47 км/год. Мінімальна витрата на одній з ділянок склала 3,69 л/100 км! . Тепер на автомобілях ("Мерседес-бенц", "Ауді", "Шевроле"), тощо заслінкою управляє електронна система, а педаль перетворилася на потенціометр. Існують плани "відмови" від дросельної заслінки, замінивши регулюванням підйому впускних клапанів, або їх електричним, електрогідравлічним приводом.
Рис. 7. Турбонаддування повітря у двигуні V8 TDI CR Audi
Рис. 8. Подвійне турбонаддування двигуна Мерседес Бенц
Рис. 9. Удосконалений варіант двигуна з турбонаддувом
Рис. 10. Будова турбокомпресора двигуна V8 TDI CR Audi
Рис. 11. Нагнітач з хвильовим обмінником тиску та подвійним приводом
Рис. 12. Режими роботи турбокомпресора Ауді
Застосування впускних трубопроводів змінної довжини стало звичним на двигунах "Ауди", "Фольксваген", БМВ, "Опель" , "Дєу" тощо.
Двигун автомобіля "Мерседес-Бенц-S500" (Євро IV) з регульованим впускним трубопроводом, трьома клапанами на циліндр, одним розподільним валом в голівці, роликовими штовхальниками і системою відключення чотирьох з восьми циліндрів при роботі з неповним навантаженням: 4966 см3; 220 кВт; 460 Н(м при 3000 об/хв. Ускладнення конструкції дозволило оптимізувати крутний момент, що виключає "провали" і "підхоплення", та забезпечує рівномірну тягу в усьому діапазоні обертів.
Рис. 13. Впускний трубопровід змінної довжини двигуна V6 FSI з використанням енергії хвильових коливань (резонансне наддування)
Рис. 14. Рух повітря у впускному колекторі зі змінною довжиною з використанням енергії хвильових коливань та електронним керуванням(резонансне наддування)
Рис. 15. Повітряні трубопроводи змінної довжини двигуна автомобіля