Крутящий момент двигателя напрямую зависит от поступления свежей топливной смеси в камеру сгорания. Для увеличения крутящего момента нам необходимо изменить количество подаваемой топливной смеси, а то есть увеличить ее. Поэтому для лучшего наполнения цилиндров воздухом нам необходимо сжать его. Для этого производят установку на двигатель дополнительных агрегатов, в роли которых выступают механические компрессоры и турбокомпрессоры.
А как же добиться лучшего наполнения цилиндров воздухом, не используя вышеупомянутые устройства? Оказывается можно!
Работа поршня на такте впуска, в момент открытия впускного клапана приводит к образованию волны противодавления, вследствие чего у впускного трубопровода возникают колебания давления, которые можно использовать для лучшего наполнения цилиндров. Это явление основано на динамических свойствах воздуха. Именно это стало толчком к применению на двигателях динамического наддува.
На карбюраторных двигателях и у двигателей с одноточечным впрыском для лучшего распределения смеси предпочтительнее использовать короткие отдельные патрубки, также желательно, что бы они были одинаковой длинны. Что касается двигателей с многоточечным впрыском, то здесь поле действий значительно шире, нежели у двигателей с вышеперечисленными системами. Все это благодаря тому, что форсунки впрыскивают топливо уже непосредственно перед его подачей в цилиндр, на впускные клапана, а по впускному трубопроводу движется один лишь только воздух. Это говорит о том, что здесь можно применять различные конструкции для впускного трубопровода, так как на его стенках топливо практически не оседает. Поэтому в системах с многоточечным впрыском нет проблем с равномерным распределением топливовоздушной смеси по цилиндрам.
Инерционный наддув.
Инерционный наддув применяется на двигателях с многоточечным впрыском. В его основе лежит использование отдельных резонаторных труб 3, соединенных между собой сборной камерой 2. Эффект надува в данной системе зависит от геометрии резонаторных труб и частоты вращения коленчатого вала.
Рис 1 – Инерционный наддув.
1 – Дроссельная заслонка. 2 – Сборная камера. 3 – Резонаторная труба. 4 – Цилиндр.
Диаметр и длинна резонаторных труб рассчитывается таким образом, что бы волна сжатия отражающаяся, на конце резонаторной трубы вернулась через открытый впускной клапан цилиндра в требуемом диапазоне вращения коленчатого вала, тем самым обеспечив лучшее наполнение цилиндра. Короткие и широкие резонаторные трубы при инерционном наддуве, дают больший эффект на высоких оборотах коленчатого вала. На низких же оборотах эффективнее применять длинные и тонкие трубы.
Перед конструкторами встала задача, как добиться эффекта динамического наддува на всех режимах работы двигателя. Выкрутились они из данной ситуации следующим образом, создали впускной трубопровод с изменяемой геометрией в зависимости от режима. То есть при помощи специальных заслонок во впускном коллекторе появилась возможность изменять длину и диаметр резонаторных труб.
Рис 2 – Изменение геометрии впускного трубопровода при инерционном наддуве.
На низких оборотах коленчатого вала, заслонка закрыта, поэтому воздух подается к цилиндрам в обход по длинной резонирующей трубе. На высоких оборотах заслонка открывается, и путь воздуха проходит через короткую широкую трубу. Таким образом, получается, что на всех режимах работы двигателя достигается максимально эффективное наполнение цилиндров, что положительно сказывается на характеристиках крутящего момента.
Резонансный наддув.
При определенной частоте вращения коленчатого вала и при движении поршня вверх вниз, во впускном коллекторе возникают резонансные колебания, что в результате приводит к увеличению давления и дополнительному эффекту наддува.
Для получения эффекта резонансного наддува, ряд цилиндров, объединен короткими трубками с общей резонансной камерой. Резонансные камеры в свою очередь через впускные трубы связаны с атмосферой или, как изображено на рисунки 3, объединены со сборной камерой. Данная схема позволяет предотвратить перекрытие процессов наддува в двух соседних по порядку зажигания цилиндров.
Рис 3 – Резонансный наддув.
1 — Дроссельная заслонка. 2 – Сборная камера. 3 – Резонансный впускной трубопровод. 4 – Резонансная камера. 5 – Короткая впускная труба. 6 – Цилиндр.
Для достижения высоких показателей резонансного наддува на определенных оборотах коленчатого вала, производится расчет длины и диаметра труб, а также самих резонансных камер.
Для получения эффекта резонансного наддува на низких и высоких оборотах, также как и в системе инерционного наддува, стала применяться система с изменяющейся геометрией впускного трубопровода. В этой системе с открытием резонансной заслонки подключается дополнительный резонансный трубопровод, в результате чего происходит изменение частоты колебаний системы впуска, что способствует лучшему наполнению цилиндров на низких оборотах коленчатого вала.
Помимо инерционной и резонансной системы наддува существует комбинированная включающая в себя обе вышеупомянутые системы.
Рис 4 – Изменение геометрии впускного трубопровода при скомбинированной системе (инерционного и резонансного) наддува.
На высоких оборотах коленчатого вала используется эффект инерционного наддува. Заслонка 7 открыта, что в свою очередь приводит к образованию общей камеры для коротких резонирующих трубок, характеризующихся высокой частотой собственных колебаний.
На средних и низких оборотах, заслонка 7 закрывается, образую систему с резонансным наддувом.
