НОВОСТИ | СОБЫТИЯ | АКТУАЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

КОМПРЕССОР С ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ В МНОГОСТУПЕНЧАТЫХ СИСТЕМАХ НАДДУВА

Специалистами НПО «Турботехника» проведены аналитические исследования российского и международного опыта разработки и проектирования систем турбонаддува и перспектив их развития для повышения эксплуатационных и экономических параметров транспортных поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) различного назначения. Детально рассмотрены достоинства и недостатки применения для наддува поршневых ДВС систем газотурбинного наддува и приводных компрессоров. Авторы исследования показывают, что комбинированные системы наддува, включающие турбокомпрессор и электроприводной компрессор (или турбоэлектрокомпрессор), позволяют устранить или компенсировать недостатки газотурбинного наддува и приводных компрессоров, в то же время, сохраняя преимущества тех и других.

Состояние вопроса. Применение эффективных и надежных систем турбонаддува является одним из необходимых условий достижения высокого технического уровня современных двигателей и улучшения их мощностных показателей, топливной экономичности, сокращения выбросов вредных веществ.


Применение наддува позволяет увеличить плотность и, следовательно, массу свежего заряда на впуске двигателей. За счет этого повышается удельная мощность двигателей при сохранении габаритных размеров и рабочего объема, с учетом ограничений и особенностей протекания рабочего процесса двигателей различного типа.


Из анализа истории развития систем наддува и способов наддува поршневых двигателей можно сделать вывод:

  • наибольшую эффективность обеспечивает газотурбинный наддув. При этом наиболее полно используется тепло, выделяемое при сгорании топлива, и нет потерь мощности двигателя на привод агрегатов наддува;

  • конструкция турбокомпрессоров достаточно совершенна и обеспечивает необходимую эксплуатационную надежность и безотказность. Разработка и внедрение в конструкцию новых материалов и технологий определяют дальнейшее повышение ресурса;

  • современные методы проектирования проточных частей турбокомпрессоров и методы согласования систем наддува с двигателями позволяют обеспечить наибольшую термодинамическую эффективность ступеней и оптимальные режимы совместной работы двигателя и системы наддува для любых эксплуатационных условий;

  • развитие способов регулирования позволяет устранить недостатки газотурбинного наддува, связанные с наличием инерционности срабатывания системы.

Видимые перспективы развития двигателестроения, связанные с современными требованиями производителей двигателей:

  • получить бóльшую агрегатную мощность в том же рабочем объеме двигателя;

  • обеспечить лучшую приспособляемость двигателя к условиям эксплуатации, т.е. иметь бóльшие значения коэффициента приспособляемости и скоростного коэффициента. При этом максимум крутящего момента сдвигается в область минимальных частот вращения коленчатого вала по внешней скоростной характеристике двигателя;

  • обеспечить дальнейшее улучшение экономичности двигателя за счет оптимизации рабочего процесса и режимов эксплуатации;

  • обеспечить повышение экологической безопасности за счет лучшей организации рабочего процесса.

Газотурбинному наддуву присущи недостатки, в первую очередь связанные с отсутствием жесткой механической связи с поршневой частью двигателя и инерционностью системы.

Приводные нагнетатели, независимо от типа, требуют затрат части мощности двигателя, следовательно, эффективность их применения невелика. Однако их существенным преимуществом является малая инерционность срабатывания системы наддува при изменении нагрузки или частоты вращения двигателя, поэтому такие системы применяются там, где необходима высокая приемистость двигателя, например, в спортивных автомобилях.

Усилия разработчиков систем наддува сегодня направлены наряду с повышением общей эффективности систем на устранение указанных недостатков, в том числе за счет применения различных способов регулирования агрегатов наддува, а также за счет применения комбинированных систем, включающих электроприводные компрессоры и турбокомпрессоры.


Система двухступенчатого наддува. Применение многоступенчатых систем, в первую очередь двухступенчатых, позволяет расширить возможности регулирования и оптимизации характеристик комбинированных двигателей. Увеличение степени повышения давления наддува более чем до трех при одной ступени компрессора вызывает уменьшение КПД и сужение диапазона работы по расходу воздуха.


Для расширения диапазона работы агрегатов наддува применяется двухступенчатый наддув. Диапазон характеристик двухступенчатой системы наддува по расходу воздуха не может быть шире диапазона первой ступени. Для того чтобы диапазон работы не был у́же, необходимо иметь более широкий диапазон работы второй ступени, чем первой.


Принципиально возможны три схемы соединения турбин и компрессоров, представленные на рис. 1.

Рис. 1. Схемы соединения турбин и компрессоров при двухступенчатом наддуве

При снижении частоты вращения вала двигателя и, соответственно, расхода газа, с компрессором низкого давления при разных схемах соединения происходит следующее (рис. 2).

Рис. 2. Переходный процесс работы компрессора при снижении частоты вращения вала двигателя (1 схема); переходный процесс работы компрессора при снижении частоты вращения вала двигателя (2 схема)

1-я схема. Снижается теплоперепад в турбине низкого давления и, соответственно, частота вращения ротора компрессора. Компрессор переходит на новый режим работы (рис. 2, слева).

2-я схема. Снижение теплоперепада в турбине высокого давления небольшое. Частота вращения компрессора низкого давления падает слабо. Так как расход через двигатель уменьшился, рабочая точка уходит в сторону помпажа (рис. 2, справа).

3-я схема. Эта схема соединения турбокомпрессоров занимает промежуточное положение.

Компрессор высокого давления во всех вариантах менее критичен к изменению режима работы, так как его диапазон работы по расходу шире, а работает компрессор по частотам вращения вала в узком диапазоне.


Рассмотрим подробнее систему двухступенчатого наддува, выполненную по 1-й схеме, и включающую два турбокомпрессора разного размера, соединенных последовательно в выпускном и впускном (воздушном) трактах (рис. 3). В системе используется клапанное регулирование потока отработавших газов в ступени высокого давления.


При низких оборотах двигателя перепускной клапан отработавших газов закрыт. Отработавшие газы проходят через турбину ТКР высокого давления (меньшей размерности, имеет минимальную инерцию и максимальную отдачу) и далее через турбину ТКР низкого давления. Давление отработавших газов невелико, поэтому турбина ТКР низкого давления почти не вращается. Воздух проходит последовательно через компрессоры ступени низкого давления и ступени высокого давления.

Рис. 3. Схема системы двухступенчатого наддува


С ростом частоты вращения двигателя осуществляется совместная работа турбокомпрессоров. Перепускной клапан отработавших газов постепенно открывается. Часть отработавших газов идет непосредственно через турбину ТКР низкого давления, которая раскручивается все более интенсивно. На впуске компрессор ТКР низкого давления сжимает воздух с определенным давлением, но оно недостаточно большое. Поэтому далее сжатый воздух поступает в компрессор ТКР высокого давления, где происходит дальнейшее повышение давления.


При полной нагрузке двигателя перепускной клапан отработавших газов открыт полностью. Газы практически полностью проходят через турбину ТКР низкого давления, раскручивая ее до максимальной частоты.


Таким образом, система двухступенчатого турбонаддува обеспечивает эффективную работу турбокомпрессоров на всех режимах работы двигателя. Система устраняет известное противоречие дизельных двигателей между высоким крутящим моментом на низких оборотах и максимальной мощностью на высоких оборотах. С помощью двухступенчатой системы наддува номинальный крутящий момент достигается быстро и поддерживается в широком диапазоне оборотов двигателя, обеспечивается максимальное повышение мощности.

На рис. 4 (слева) показана последовательная двухступенчатая система наддува производства НПО «Турботехника» на двигателе 8ЧН12/13.


На рис. 4 (справа) представлены характеристики крутящего момента этого двигателя с одно- и двухступенчатой системой наддува. Можно видеть, что при двухступенчатом наддуве достигаемый крутящий момент двигателя в области частот вращения от 900 до 1300 мин–1 существенно выше.

Рис. 4. Система двухступенчатого наддува НПО «Турботехника» на двигателе 8ЧН12/13. Характеристика крутящего момента этого двигателя с одно- и двухступенчатой системой наддува

Система турбонаддува R2STM. Характерной особенностью данной системы турбонаддува является объединение двух ТКР в один модуль.

На рис. 5, 6 приведены внешний вид, схема и характеристики системы R2STM, разработанной специалистами фирмы BWTS для 4-цилиндровых дизелей MВ.

Рис. 5. Внешний вид системы R2STM (сверху). Схема двухступенчатого турбонаддува: ТКР1 (регулируемый ТКР WGT) и ТКР2 (нерегулируемый) [7]

Рис. 6. Cравнение ВСХ по среднему эффективному давлению [7]

На рис. 7 представлена системы R2STM для рядных 6-цилиндровых дизелей, разработанная совместно фирмами BWTS и BMW.

Рис. 7. Устройство модуля R2STM для системы двухступенчатого наддува 6-цилиндрового дизельного двигателя (рабочий объем двигателя – 3,0 л) фирмы ВМW [9]


Система турбонаддува R2STM включает:

  • ТКР1 (регулируемый ТКР WGT) – ступень низкого давления;

  • ТКР2 (нерегулируемый ТКР) – ступень высокого давления;

  • клапаны перепуска воздуха и перепуска ОГ для регулирования давления наддува.

Обе ступени работают постоянно на всех режимах работы двигателя.

Экспериментальные исследования разработчиков показали, что применение системы R2STM вместо одноступенчатой системы турбонаддува с агрегатом наддува Multivane™VNT™ (турбокомпрессор с РСА) при постоянном рабочем объеме дает существенное увеличение крутящего момент по всей внешней скоростной характеристике дизельного двигателя.


Это достигается благодаря ТКР2, который имеет высокие значения степени повышения давления πк и КПД компрессорной ступени при низких расходах воздуха при работе дизельного двигателя в скоростном диапазоне от nmin = 1000 мин–1 до nк1 = 0,4nном.

ТКР1 обеспечивает высокие значения πк и высокий КПД компрессорной ступени при больших расходах воздуха (при работе двигателя в скоростном диапазоне от nк1 до nном – рис. 8).

Рис. 8. Схема получения характеристики модуля R2STM для системы двухступенчатого турбонаддува на основе характеристик компрессорной ступени высокого давления ТКР2 и компрессорной ступени низкого давления ТКР1 [6]

Дальнейшее повышение крутящего момента в системах R2STM достигается применением в качестве ТКР2 регулируемого ТКР Multivane™VNT™ c REA (турбокомпрессор с РСА турбины и ротационным электрическим приводом – рис. 9).


Рис. 9. R2STM для системы двухступенчатого наддува для дизеля V8 PowerStroke (рабочий объем двигателя – 6,4 л) фирмы Ford [10]

Одним из направлений развития двухступенчатого наддува является применение совместно с основным регулируемым ТКР1 дополнительного компрессора с электрическим приводом вместо ТКР2.


Двухступенчатые системы наддува с электроприводным центробежным компрессором

Система наддува eBoosterTM. Специалистами компаний BWTS и VAG разработана концептуальная система наддува eBoosterTM, которая основана на регулируемом двухступенчатом сжатии. В этой системе наддува центробежный компрессор с электроприводом (eBoosterTM) связан последовательно с основным, регулируемым ТКР (рис. 10, слева).


Рис. 10. Система наддува eBoosterTM: схема с размещением eBoosterTM после ТКР WGT (слева); схема с размещением eBoosterTM перед ТКР WGT (справа) [3]

На режимах работы двигателя, где энергия отработавших газов ограничена (при малых частотах вращения двигателя, при разгоне двигателя), двухступенчатое сжатие воздуха в системе наддува eBoosterTM позволяет существенно сократить время достижения высокого давления наддува и, следовательно, необходимого крутящего момента.


Эта система наддува включает в себя: регулируемый ТКР WGT (с перепуском газа мимо турбины), компрессор eBoosterTM с электроприводом, клапан перепуска воздуха, запорно-переключающую аппаратуру и охладитель надувочного воздуха (ОНВ).


При работе двигателя на установившихся режимах в скоростном диапазоне 1000–2000 мин–1 система наддува обеспечивает двухступенчатое сжатие воздуха, а при частоте вращения более 2000 мин–1 компрессор eBoosterTM отключается.

На переходных режимах работы двигателя в скоростном диапазоне от nmin = 1000 мин–1 до nном система наддува обеспечивает параллельную подачу воздуха с одноступенчатым сжатием.


Основным преимуществом системы eBoosterTM сравнительно с другими системами является наличие электропривода, который позволяет уменьшить время достижения высокого давления наддува и, следовательно, требуемого крутящего момента, сохраняя высокий КПД компрессора eBoosterTM во всем диапазоне работы двигателя (от nmin = 1000 до nк1 = 2000 мин–1) и нагрузок, включая переходные режимы при nк1>2000 мин–1.


Аналогичные системы наддува разработаны фирмами Honeywell-Garrett (система e-ChargerTM), Controlled Power Technologies (Великобритания) и Turbodyne Technologies Inc. (США).


Система наддува Turbodyne TurboFlowTM. Системы серии TurboFlowTM разработаны преимущественно для двигателей легковых автомобилей. По данным производителя, компрессоры данной серии могут применяться в качестве основного агрегата наддува (рис. 11).


Рис. 11. Центробежный компрессор с электроприводом TurboFlowTM [11]

Система наддува VTESTM. Отличительной особенностью этой системы наддува является применение компрессора с электромагнитным двигателем, который устанавливается перед ТКР WGT и включается преимущественно на переходных режимах двигателей.

На рис. 12 приведена схема система наддува VTESTM бензинового двигателя с регулируемым ТКР WGT и расположение компрессора в моторном отсеке.


Рис. 12. Расположение компрессора VTESTM в моторном отсеке (слева) и схема системы наддува VTESTM бензинового двигателя (справа) [5]


Колесо компрессора имеет низкий момент инерции и ускоряется за 0,35 с от частоты вращения холостого хода (5000 мин–1), до максимальной частоты вращения (70 000 мин–1).

Компрессор VTESTM работает независимо от частоты вращения коленчатого вала бензинового двигателя и значительно может повысить давление наддува уже на первых 10 циклах сгорания при частотах вращения двигателя от nmin до nк1. Это позволяет повысить крутящий момент и снизить выбросы вредных веществ на переходных режимах двигателя. Максимальные значения крутящего момента Мk.max двигателя могут быть достигнуты за 0,25 с.

На рис. 13 представлена схема системы наддува VTESTM для дизельного двигателя с нерегулируемым турбокомпрессором.


Рис. 13. Схема системы наддува VTESTM дизельного двигателя [12]

Система наддува VTESTM обеспечивает достижение максимальных значений крутящего момента Мk.max двигателя за 0,3 с. Такая система наддува, обладающая высокими динамическими свойствами, дает снижение выбросов вредных веществ, особенно на режимах разгона с низких частот вращения двигателя. Благодаря этому появляется возможность использовать фильтрующие элементы твердых частиц (DPF) меньших размеров.

Общая характеристика системы наддува с электроприводным компрессором. На графиках ниже представлены результаты тестовых испытаний бензинового двигателя рабочим объемом 1,5 л, максимальный крутящий момент 230 Н∙м, максимальная мощность 113 кВт.

На рис. 14 показано изменение крутящего момента на переходном режиме при работе двигателя по нагрузочной характеристике на частоте вращения 1500 мин–1.


Рис. 14. Изменение крутящего момента на переходном режиме

Можно видеть, что время переходного процесса при выходе на максимальный крутящий момент уменьшилось практически в 2 раза по сравнению с системой ТКР+ТКР. При этом двигатель с обычным регулируемым турбокомпрессором не вышел на эту нагрузку в течение 5 с.

На рис. 15 показано изменение давления отработавших газов в выпускном коллекторе на переходном режиме. Видно, что двухступенчатая система с электрическим нагнетателем способствует снижению противодавления в выпускном коллекторе двигателя до 70% по сравнению с системой ТКР+ТКР. Это способствует уменьшению потерь на газообмен, уменьшению количества остаточных газов в цилиндре. Улучшается наполнение и экономичность.


Рис. 15. Изменение давления отработавших газов в выпускном коллекторе на переходном режиме

На рис. 16 показано изменение температуры выхлопных газов при холодном запуске двигателя. Продолжительность испытаний составила 500 с, включая холостой ход в течение 50 с, имитирующий холодный пуск двигателя при частоте вращения двигателя 2000 мин–1 и крутящем моменте 40 Н∙м. Из графика видно, что в двигателе с двухступенчатой системой наддува с электрическим компрессором температура на выпуске примерно на 100°C выше, чем в системе ТКР+ТКР и примерно равна температуре газа при работе двигателя с обычным регулируемым ТКР. Это обусловлено тем, что в системе ТКР+ТКР остаточная энергия отработавших газов дважды срабатывается: в турбине высокого и низкого давления. В системе с электроприводным компрессором газ работает только в одной турбине. Это может быть важно для активации катализатора при холодном пуске.


Рис. 16. Изменение температуры выхлопных газов перед турбиной

В рамках концепции downsizing исследована возможность уменьшения рабочего объема двигателя с сохранением/увеличением уровня мощности с применением двухступенчатой системы наддува с электрическим компрессором с применением программного комплекса GT-Power.

На рис. 17 показаны зависимости между временем отклика переходного процесса и крутящим моментом бензинового двигателя рабочим объемом 1,1 л с двухступенчатой системой наддува с электрическим компрессором и двух бензиновых двигателей с бóльшим рабочим объемом.

Рис. 17. Переходные характеристики двигателей разного рабочего объема, укомплектованных разными системами наддува

Видно, что при применении двухступенчатой системы наддува с электрическим компрессором двигатель 1,1 л имеет ту же мощность, что и двигатель 1,2 л с обычным регулируемым ТКР. При этом переходная характеристика лучше на 42%.

На рис. 18 представлена характеристика переходного процесса двигателя с EGR.

Рис. 18. Сравнение переходных процессов двигателей с EGR и без EGR


В качестве базы для сравнения представлена переходная характеристика бензинового двигателя 1,5 л с обычным регулируемым ТКР без системы рециркуляции отработавших газов (EGR). В случае с EGR (открыт на 10%) крутящий момент снижается на 19%. Напротив, бензиновый двигатель с двухступенчатой системой наддува с электрическим компрессором показывает увеличение крутящего момента на 48% без EGR и увеличение на 17% даже при открытии EGR на 30%. Иными словами, система наддува с электроприводным компрессором позволяет даже с EGR значительно уменьшить расход топлива и улучшить переходные характеристики.

Результаты сравнения экономичности двигателей по циклам JC08 и US LA4 представлены на рис. 19.

Рис. 19. Сравнение расхода топлива двигателей различной комплектации

Бензиновый двигатель с рабочим объемом 1,6 л с турбонаддувом (обычный регулируемый ТКР) показывает улучшение расхода топлива в сравнении с безнаддувным двигателем 2,0 л примерно на 10%, а бензиновый двигатель 1,2 л с двухступенчатой системой наддува с электрическим компрессором показывает улучшение примерно на 30%. Режим WLTC, который планируется принять в основном в Европе с 2017 г., предполагает фактические условия вождения, более высокую скорость и большие ускорения/замедления при больших нагрузках. Следовательно, можно ожидать дальнейшее улучшение экономичности двигателя.

Таким образом, двухступенчатая система наддува с электроприводным компрессором позволяет формировать внешнюю скоростную характеристику двигателя с заданными параметрами, обеспечивать хорошие динамические показатели двигателя и выполнение требований экологической безопасности, улучшение экономичности двигателя. Иными словами, в такой комбинированной системе наддува устранены недостатки газотурбинного наддува, связанные с его инерционностью и низким давлением наддува в области низких частот вращения двигателя. Электроприводной компрессор работает только на переходных режимах и также в области низких частот вращения двигателя, что позволяет ограничить затраты энергии на его привод.


Опыт разработки АО «НПО «Турботехника» турбокомпрессора с обратимой электрической машиной. Для рассмотренных вариантов развития систем наддува и способов их регулирования можно выделить общие недостатки:

  • максимальная мощность, развиваемая в турбине ТКР, определяется располагаемой работой отработавших газов на выходе двигателя, которая существенно ограничена в области малых частот вращения коленчатого вала. Тем самым ограничены и достижимые параметры наддува в этой области;

  • применение приводных нагнетателей позволяет получить более высокие параметры наддува, но требует отбора мощности от двигателя или питания от источника электроэнергии, который также должен подзаряжаться;

  • если система турбонаддува настроена на совместную работу с двигателем в области малых частот вращения коленчатого вала, то при повышении частоты вращения двигателя бóльшая часть располагаемой энергии отработавших газов просто выбрасывается в атмосферу вместе с газами. При этом расчетная избыточная энергия отработавших газов, перепускаемых в атмосферу, эквивалентна дополнительной мощности на турбине ТКР 0,2–0,3 мощности двигателя.

Проблему рекуперации и использования этой избыточной энергии можно решить применением турбокомпрессора с электрическим регулированием (турбоэлектрокомпрессор – ТЭК, рис. 20). В отличие от традиционного турбокомпрессора, на роторе ТЭК устанавливается обратимая электрическая машина (ОЭМ). На режимах работы двигателя, где энергия отработавших газов является избыточной, часть ее рекуперируется с помощью ОЭМ, работающей в режиме генератора. На режимах, где необходимо увеличить параметры наддува, например, при трогании с места и разгоне транспортной машины, – ОЭМ работает в режиме двигателя за счет рекуперированной энергии и раскручивает ротор ТКР. Помимо питания ОЭМ, аккумулированная энергия может использоваться для питания других бортовых систем.

Внешний вид образца ТЭК, разработанного и изготовленного в НПО «Турботехника», показан на рис. 20 (справа).


Рис. 20. 3D модель в разрезе (слева) и внешний вид образца турбоэлектрокомпрессора производства НПО «Турботехника» (справа)

Образец прошел безмоторные испытания. Достигнутая мощность ОЭМ – 7 кВт, потенциальная – 20 кВт при охлаждении статора ОЭМ.

Схема системы наддува с ТЭК и пример внешней скоростной характеристики двигателя с ТЭК представлены на рис. 21.

Применение ТЭК в составе комбинированных двухступенчатых систем наддува взамен электроприводных компрессоров позволит исключить затраты мощности двигателя на привод приводного компрессора, сохраняя все остальные преимущества этих систем.

Рис. 21. Схема системы наддува с турбоэлектрокомпрессором (слева); пример изменения характеристики крутящего момента двигателя с ТЭК (справа)

Сравнительный анализ различных схем двухступенчатых систем наддува по данным зарубежных источников. При анализе использованы материалы различных источников [1, 2, 4, 8].

В табл. 1 показано сравнение двухступенчатых систем наддува в различной комплектации по показателям эффективности. Двухступенчатая система наддува в сочетании с электрическим компрессором и турбокомпрессором является наиболее «выгодной» при работе двигателя в области низких частот вращения, на переходных режимах, по экономичности и условиям монтажа.

Таблица 1

Сравнение вариантов систем двухступенчатого наддува

В табл. 2 показаны преимущества и недостатки системы наддува в зависимости от расположения электрического компрессора в системе. Расположение электрического компрессора зависит от конкретных требований к системе наддува и двигателю в целом. Mitsubishi Heavy Industries рекомендует схему 1, где электрический компрессор устанавливается в качестве ступени низкого давления (в данном исследовании это определялось с требованиями по ресурсу и компоновкой компрессора на двигателе).

Понятно, что установка ОНВ после каждой ступени позволяет улучшить в целом характеристики двигателя, хотя и влияет на стоимость всей системы.

Результаты оценки надежности электрического компрессора в составе системы двухступенчатого наддува представлены в табл. 3. Испытания подтверждают надежность такой системы наддува.


Таблица 2

Сравнение преимуществ и недостатков двухступенчатой системы наддува в зависимости от расположения электрического компрессора и комплектации системы


Таблица 3

Результаты испытаний на надежность двухступенчатой системы наддува с электроприводным компрессором

Выводы. Наддув является одним из необходимых условий достижения высокого технического уровня современных и перспективных поршневых двигателей.

Применение комбинированных двухступенчатых систем наддува, включающих турбокомпрессор и электроприводной компрессор, позволяет устранить недостатки газотурбинного наддува, связанные с инерционностью системы, и приводного компрессора, связанные с затратами мощности двигателя на его привод.


Двухступенчатые системы наддува с электроприводным компрессором и ТКР позволяют значительно увеличить крутящий момент двигателя в области низких частот вращения двигателя и сократить время переходных процессов при разгоне по сравнению с одно- и двухступенчатыми системами газотурбинного наддува. При этом улучшаются экономичность и показатели экологической безопасности двигателя.


Применение двухступенчатых систем наддува с электроприводным компрессором в рамках концепции downsizing позволяет получить заданную мощность двигателя при меньшем рабочем объеме и улучшении его динамических показателей по сравнению с двигателями с газотурбинным наддувом.


Турбоэлектрокомпрессор может заменить систему двухступенчатого наддува с электроприводным компрессором при умеренных значениях необходимой степени повышения давления, а также может успешно работать и в составе комбинированной системы при повышенных требованиях к параметрам наддува. При этом ТЭК позволяет более полно использовать остаточную энергию отработавших газов, рекуперируя ее при работе обратимой электрической машины в режиме генератора и используя для раскрутки ротора в области малых частот вращения двигателя и при переходных процессах, при работе ОЭМ в режиме двигателя, а также для обеспечения питания других потребителей. Это позволяет прогнозировать дальнейшее повышение экономичности двигателя.


Комбинированные системы наддува, включающие турбокомпрессоры и электроприводные компрессоры, в том числе ТЭК, имеют большие перспективы в плане дальнейшего улучшения эксплуатационных и экономических показателей поршневых двигателей и требуют особого внимания как разработчиков систем наддува, так и потребителей – производителей двигателей.


Литература

  1. An B. Development of two-stage electric turbocharging system for automobiles // Mitsubishi Heavy Industries Technical Review. 2015. Vol. 52. No. 1 (March). Pp. 71–76.

  2. Byeongil A. Development of Two-Stage Turbocharger System with Electric Supercharger, 2012 FISITA World Congress, F2012-A01-026.

  3. Hoecker P., Jaisle J.-W., Münz S. Der eBoosterTM von BorgWarner Turbo Systems Schlüsselkomponente eines neuen Aufladesystems für Pkw. Mai. 2001 [Электронный ресурс]. URL: https://www.turbos.borgwarner.com/press/knowledgeLibrary.aspx.

  4. Kazuwaki N. Development of High Speed Motor and Inverter for Electric Supercharger, 2013 SAE World Congress. DOI:10.4271/2013-01-0931.

  5. Morris G., Criddle M. Transient Torque Enhancement and Emissions Reduction Potential of a Highly Dynamic Supercharger / Lehrstuhl Verbrennungsmotoren, Institut fur Automobiltechnik Dresden – IAD Technische Universitat Dresden, 2008.

  6. Munz S., Schier M., Schmalzl H. P., Bertolini Th. Der eBooster Konzeption und Leistungsvermögen eines fortgeschrittenen elektrischen Aufladesystems. Sept. 2002 [Электронный ресурс]. URL: http://www.turbos.bwauto.com.

  7. Schmitt F., Schmalzl H. P., Descamps P. Neue Erkenntnisse bei der Entwicklung von Aufladesystemen für Pkw-Motoren, Feb. 2003 [Электронный ресурс]. URL: https://www.turbos.borgwarner.com/press/knowledgeLibrary.aspx.

  8. Yamashita et al. Development of Electric Supercharger to Facilitate the Downsizing of Automobile Engines // Mitsubishi Heavy Industries Technical Review. 2010. Vol. 47 N. 4.

  9. The new C 250 CDI BlueEFFICIENCY Prime Edition. A masterclass in efficiency: информ.-аналит. журн. TurboNews. The info magazine the BorgWarner Turbo&Emissions Systems. 2008 [Электронный ресурс]. URL: https://www.turbos.borgwarner.com/press/knowledgeLibrary.aspx.

  10. Diesel Power: информ.-аналит. журн. TurboNews. The info magazine the BorgWarner Turbo & Emissions Systems. 2007, январь [Электронный ресурс]. URL: http://www.turbos.bwauto.com/service/ default.aspx.

  11. The TurboFlow™ for Automotive Applications [Электронный ресурс]. URL: http://www.turbodyne.com/index.php?Option=com_con tent&task=view &id =17&Itemid=12.

  12. Use of a Low-Cost Electric Supercharger Could Significantly Reduce Smoke from Turbocharged Diesel Engines [Электронный ресурс]. URL: http://www.greencarcongress.com/2009/04/vtes-smoke-20090427.html.

Авторы:

В. Н. Каминский, доктор технических наук, профессор, председатель совета директоров, АО «НПО «Турботехника», Протвино, Московская область

С. В. Сибиряков, главный конструктор, АО «НПО «Турботехника»

Т. И. Терегулов, кандидат технических наук, инженер-конструктор 1 категории, АО «НПО «Турботехника»

Р. В. Каминский, кандидат технических наук, генеральный директор, АО «НПО «Турботехника»

И. Н. Григоров, начальник КБ Газодинамики, АО «НПО «Турботехника»

А. В. Лазарев, ведущий инженер-конструктор АО «НПО «Турботехника»


Публикация: Журнал «Наукоград Наука Производство Общество». 2017. № 2(12). С. 7-18

Избранные новости
Лента новостей
Архив новостей
Похожие новости

РЕЖИМ РАБОТЫ

ПН – ПТ    08:00 – 17:00

ОБЕД        12:00 - 13:00

Материалы сайта защищены авторским правом. Копирование только с разрешения администрации сайта. За нарушение авторских и смежных прав наступает гражданская, уголовная и административная ответственность в соответствии с законодательством РФ

© 2020 АО "ТУРБОКОМПЛЕКТ"    |   WWW.KAMTURBO.RU