Аналіз існуючих систем наддуву та перспективи застосування електричного приводу у агрегатах наддуву

Abstract

В роботі проведено аналіз сучасних рішень по підвищенню потужності двигунів за рахунок удосконалення системи повітряпостачання. Розглянуті одноступеневі та багатоступеневі схеми наддуву з газовим, механічним та комбінованим зв'язком у декількох варіаціях, виявленні їх позитивні та негативні сторони для сучасного машинобудування. Найпростішою та найпоширенішою є схема з газовим зв'язком між поршневою частиною і ТКР, але у випадку для двотактних дизельних двигунів треба зважати на особливості робочого процесу, де на малих обертах енергії вихлопних газів недостатньо для приведення в дію турбокомпресора. Другим варіантом є схеми з механічним зв'язком, де вали турбіни та компресора поєднані з валом двигуна за допомогою механічної передачі. Також можлива схема, при якій компресор і турбіна можуть бути окремо з'єднані з колінчастим валом дизеля. Таке рішення забезпечує синхронну роботу компресора і поршневого двигуна на усіх режимах, сприяє кращому газообміну, покращує показники на перехідних режимах та пускові властивості. Одним з вдалих рішень для двотактних дизелів є розробка комбінованих систем наддуву з проміжним охолоджувачем повітря, які вже вважаються багатоступеневими системами. Розділяються вони загалом на дві схеми, в одній схемі привідний компресор - ступінь високого тиску, а ТКР - низького тиску, друга схема навпаки. Для двотактних дизелів набув чинності та став більш відомим саме перший варіант. За останні 7 років підхід до вдосконалення системи наддуву набув деяких змін, одни з трендів є Electric Boosting Systems та впровадження цих систем для громадських автомобілів. Одними з перших були компанії Audi, Daimler, Land Rover, які почали оснащувати свої автомобілі електронаддувом. На даний час амбасадорами цієї теми можна вважати такі великі компанії як BorgWarner та Garrett. Так, наприклад, підрозділ AMG спільно з фірмою Garrett розробили та презентували серійний електротурбонаддув. Проблема використання електричного приводу в системах наддуву набуває більшого розголосу в останній час, та вже є змога зробити висновок щодо наяви великого потенціалу та можливості використання подібних розробок для вітчизняних двотактних дизельних двигунів.The article analyzes modern solutions for increasing engine power by improving the air supply system. Single-stage and multi-stage pressurization schemes with gas, mechanical and combined connection in several variations are considered, their positive and negative sides for modern mechanical engineering are revealed. The simplest and most common is the turbocharging system, in which the turbine rotates only under the exhaust gases and this drives the compressor. Consideration should be given to the features of the working process of two-stroke diesel engines. At low speeds, there is not enough energy from the exhaust gases to drive the turbocharger. The second option is schemes in which the turbine and compressor shafts are connected to the engine shaft using a mechanical transmission. Another scheme is also possible in which the compressor and turbine can be separately connected to the crankshaft. Such solutions ensure synchronous operation of the compressor and reciprocating engine in all modes, improve the gas exchange process, improve performance in transient conditions and improve starting properties. One successful solution for two-stroke diesel engines is the development of a combined supercharging system with an intercooler, which are already considered multi-stage systems. They are generally divided into two schemes, in the first scheme the drive compressor is a high pressure degree, and the turbocharger is low pressure, the second scheme is vice versa. It is the first option that is more often used for two-stroke diesel engines, since the power consumption for driving the compressor is less, which causes a slightly higher engine efficiency. Injectivity is close to engines with conventional gas turbine supercharging. Over the past 7 years, the approach to improving the pressurization system has undergone some changes, Electric Boosting Systems for civilian vehicles have appeared. One of the first companies were Audi, Daimler, Land Rover, which began to equip their vehicles with electric supercharging. Currently, such large companies as BorgWarner and Garrett can be considered ambassadors of this technology. For example, AMG, together with Garrett, developed and introduced serial electric turbocharging. The problem of using an electric drive in boost systems has been lately gaining more publicity, it is already possible to conclude that there is great potential and the possibility of using such developments for domestic two-stroke diesel engines.