9.6. Наддув типа "Компрекс"

Очень интересный способ наддува "Компрекс", разработанный фирмой "Браун энд Бовери", Швейцария, заключается в использовании давления отработавших газов, действующих непосредственно на поток воздуха, подаваемого в двигатель. Получаемые при этом показатели двигателя такие же, как и в случае использования турбокомпрессора, но турбина и центробежный компрессор, для изготовления и балансировки которых требуются специальные материалы и высокоточное оборудование, отсутствуют.

Схема системы наддува типа "Компрекс" представлена на рис. 88. Главная деталь - это лопастный ротор, вращающийся в корпусе с частотой вращения, втрое большей частоты вращения коленчатого вала двигателя. Ротор установлен в корпусе на подшипниках качения и приводится в движение клиновым или зубчатым ремнем. Привод компрессора типа "Компрекс" потребляет не более 2 % мощности двигателя. Агрегат "Компрекс" не является компрессором в полном смысле слова, поскольку его ротор имеет только каналы, параллельные оси вращения. В этих каналах поступающий в двигатель воздух сжимается давлением отработавших газов. Торцовые зазоры ротора гарантируют распределение отработавших газов и воздуха по каналам ротора. На внешнем контуре ротора расположены радиальные пластины, имеющие небольшие зазоры с внутренней поверхностью корпуса, благодаря чему образуются каналы, закрытые с обеих сторон торцовыми крышками.

Рис. 88. Схема наддува 'Компрекс'

В правой крышке имеются окна а для подачи отработавших газов от двигателя в корпус агрегата и г - для отвода отработавших газов из корпуса в выпускной трубопровод и далее - в атмосферу. В левой крышке имеются окна б для подачи сжатого воздуха в двигатель и окна д для подвода свежего воздуха в корпус из впускного трубопровода е. Перемещение каналов при вращении ротора вызывает их поочередное соединение с выпускным и впускным трубопроводами двигателя.

При открывании окна а возникает ударная волна давления, которая со скоростью звука движется к другому концу выпускного трубопровода и одновременно направляет в канал ротора отработавшие газы, не смешивая их с воздухом. Когда эта волна давления достигнет другого конца выпускного трубопровода, откроется окно б и сжатый отработавшими газами воздух в канале ротора будет вытолкнут из него в трубопровод в к двигателю. Однако еще до того, как отработавшие газы в этом канале ротора приблизятся к его левому концу, закроется сначала окно а, а затем окно б, и этот канал ротора с находящимися в нем под давлением отработавшими газами с обеих сторон будет закрыт торцовыми стенками корпуса.

При дальнейшем вращении ротора этот канал с отработавшими газами подойдет к окну г в выпускной трубопровод и отработавшие газы выйдут в него из канала. При движении канала мимо окон г выходящие отработавшие газы эжектируют через окна д свежий воздух, который, заполняя весь канал, обдувает и охлаждает ротор. Пройдя окна г и д, канал ротора, заполненный свежим воздухом, вновь закрывается с обеих сторон торцовыми стенками корпуса и, таким образом, готов к следующему циклу. Описанный цикл весьма упрощен в сравнении с происходящим в действительности и осуществляется лишь в узком диапазоне частоты вращения двигателя. Здесь кроется причина того, что известный уже в течение 40 лет этот способ наддува не применяется в автомобилях. За последние 10 лет работами фирмы "Браун энд Бовери" наддув "Компрекс" значительно усовершенствован, в частности, введена дополнительная камера в торцовой крышке, обеспечивающая надежную подачу воздуха в широком диапазоне частоты вращения двигателя, в том числе и при малых ее значениях.

Наддув "Компрекс" был испытан на полноприводных автомобилях повышенной проходимости австрийской фирмы "Штейер-Даймлер-Пух", на которых были установлены дизели "Опель Рекорд 2,3D" и "Мерседес-Бенц 200Z)".

Преимущество способа "Компрекс" в сравнении с турбонаддувом состоит в отсутствии запаздывания повышения давления наддува после нажатия на педаль управления. Эффективность системы турбонаддува определяется энергией отработавших газов, зависящих от их температуры. Если, например, при полной мощности двигателя температура отработавших газов составляет 400 °С, то зимой для ее достижения требуется несколько минут. Значительное преимущество способа "Компрекс" заключается также в получении большого крутящего момента двигателя при малых частотах вращения, что позволяет применять коробку передач с меньшим числом ступеней.

Быстрый набор мощности двигателя при нажатии на педаль управления особенно желателен для гоночных автомобилей. Итальянская фирма "Феррари" испытывает способ наддува "Компрекс" на своих гоночных автомобилях, так как при использовании турбонаддува для быстрой реакции двигателя на положение педали управления при прохождении на гоночном автомобиле поворотов необходимо применение описанной ранее сложной системы регулирования.

При испытаниях системы наддува "Компрекс" на шестицилиндровых двигателях гоночных автомобилей "Феррари" класса F1 отмечалась очень быстрая реакция двигателя на перемещение педали управления.

Для получения максимального давления наддува на этих двигателях применено охлаждение наддувочного воздуха. Через ротор агрегата "Компрекс" проходит большее количество воздуха, чем требуется двигателю, так как часть воздуха используется для охлаждения агрегата наддува. Это очень выгодно для гоночных двигателей, которые и на старте работают практически с полным расходом воздуха через радиатор промежуточного охлаждения. В этих условиях двигатель с агрегатом "Компрекс" будет к моменту старта находиться в лучшем температурном состоянии для выхода на полную мощность.

Применение агрегата наддува "Компрекс" вместо турбокомпрессора снижает шум двигателя, так как он работает при более низкой частоте вращения. На начальном этапе разработок скорость ротора была причиной появления шумов такой же частоты, как и у турбокомпрессора. Этот недостаток был устранен неравномерным шагом каналов по окружности ротора.

При применении системы "Компрекс" значительно упрощается рециркуляция отработавших газов, применяемая с целью снижения содержания в них NО_х. Обычно рециркуляция осуществляется путем отбора части отработавших газов из выпускной трубы, их дозирования, охлаждения и подачи во впускной трубопровод двигателя. В системе "Компрекс" эта схема может быть существенно проще, поскольку смешение отработавших газов с потоком свежего воздуха и их охлаждение происходит непосредственно в каналах ротора.