*112645*

Технические науки / 4.Транспорт

Канд. техн. наук С.А. Глинкин, канд. техн. наук М.С. Драгомиров,

канд. техн. наук С.А.Журавлев

Научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический

институт электромашиностроения (НИПТИЭМ), г.Владимир, Россия

Перспективы развития нагнетателей

с высокоскоростным электроприводом

для автомобильных поршневых двигателей внутреннего сгорания

Современный этап развития автомобилестроения и в частности двигателестроения характеризуется использованием электропривода основных узлов и агрегатов, что обусловлено несколькими причинами – стремлением повысить уровнь комфорта пассажиров и улучшить динамические свойства автомобиля и ужесточением норм токсичности.

На сегодняшний день двигатель внутреннего сгорания (ДВС) достиг предельных значений показателей удельной мощности, экономичности и экологичности. В частности, это стало возможно благодаря использованию электропривода насоса охлаждения, термостата, вентилятора системы охлаждения и других агрегатов ДВС. В то же время, дополнительный прирост в динамике автомобиля можно получить с использованием электропривода нагнетателя. При этом увеличивается крутящий момент на низких частотах вращения при сохранении номинальной мощности.

Такой нагнетатель представляет собой электродвигатель с установленной на валу крыльчаткой компрессора. Питание нагнетателя осуществляется от аккумуляторной батареи. Агрегат устанавливается во впускной коллектор двигателя после воздушного фильтра (рис.1)

Когда электроника фиксирует нажатие на педаль газа, соответствующее полному открытию дроссельной заслонки, электромотор начинает раскручивать нагнетатель, который повышает степень наполнения цилиндра топливовоздушной смесью, что приводит к увеличению крутящего момента развиваемого двигателем. Время работы такого нагнетателя ограничивается временем разгона двигателя и не превышает, как правило, 10…20 с, тогда как частота вращения вала нагнетателя с высокоскоростным электроприводом может достигать при этом 150 000 мин^-1.

.

Рис.1 Схема установки нагнетателя с электроприводом во впускной коллектор ДВС

Конструкция нагнетателя достаточно проста, в то же время, он обладает рядом эксплуатационных преимуществ. Основным из них является повышение динамических качеств автомобиля, что сразу же почувствует автовладелец при использовании маневров на дороге.

Как известно, при использовании турбонаддува, колесо турбины приводится во вращение отработавшими газами. При этом существует задержка при разгоне, называемая «турбоямой», которая обусловлена временем разгона турбины. Нагнетатель с электроприводом лишен этого недостатка, т.к. время его разгона до максимальных оборотов составляет менее 1 с.

Установка нагнетателя на безнаддувный двигатель позволит существенно повысить крутящий момент на низких оборотах (рис.2) и сократить тем самым время разгона автомобиля.

Также стоит отметить, что за счет более полного сгорания топливовоздушной смеси при использовании нагнетателя улучшаются экологические показатели ДВС в целом.

Рис.2 Смоделированная внешняя скоростная характеристики отечественного серийного двигателя с использованием нагнетателя с электроприводом и без него

На момент выхода статьи уже известны некоторые выпускаемые модели нагнетателей с электроприводом (рис.3 а,б).

Зарубежные аналоги выпускаются как с осевым рабочим колесом, так и с центробежным. Первые позволяют достичь относительно невысокой степени повышения давления во впускном тракте ДВС – p_к<1,2, тогда как вторые позволяют достичь показателей p_к>1,2.

а)	б)
Рис.3 Современные нагнетатели с электроприводом: а – осевое исполнение; б – центробежное исполнение

Однако стоит отметить, что средняя цена выпускаемых нагнетателей также отличается в зависимости от типа - цена на осевой нагнетатель находится в диапазоне от 10…20 тысяч рублей, тогда как центробежный нагнетатель предлагается по цене от 15..45 тысяч рублей.

Несомненно, те преимущества, которые были указаны выше, позволяют нагнетателям с электроприводом конкурировать с турбокомпрессорами. Но все же основное их преимущество – цена или соотношение прирост мощности к цене. Рассматривая одни из самых популярных моделей автомобилей в России (это автомобили марок Lada Kalina и Renault Logan), можно сделать вывод: доплата за 10% прироста мощности путем установки двигателя большего рабочего объема составляет порядка 45…50 тыс. рублей. В то же время эквивалентный прирост динамики автомобиля можно обеспечить установкой электронагнетателя, цена которого в 2…3 раза ниже. Также немаловажно, что двигатель меньшего рабочего объема с электронагнетателем будет иметь меньшие выбросы CO₂ и расход топлива.

Наблюдая за развитием рынка электронагнетателей, можно сделать вывод, что в дальнейшем доля ДВС с установленным электрическим приводом нагнетателя вместо турбокомпрессора будет расти. На сегодняшний день над созданием электронагнетателей работают ведущие автопроизводители: BMW, Mazda, Nissan, Daewoo и др.

В настоящее время в городе Владимире в Научно-исследовательском проектно-конструкторском и технологическом институте электромашиностроения (НИПТИЭМ) совместно с Владимирским государственным университетом имени А.Г. и Н.Г. Столетовых проводятся опытно-конструкторские и научно-исследовательские работы и подготовка к испытаниям макетных образцов нагнетателей с высокоскоростным электроприводом перспективной конструкции для автомобильных поршневых ДВС.

Литература

1. Very High Speed Slotless Permanent magnet motors: Analytical modeling, optimization, design and torque measurement methods // Pierre-Daniel Pfister, and Yves Perriard, IEEE Transaction Industrial Electronics, vol.57, no.1, January 2010.

2. Development of Electric Supercharger to Facilitate the Downsizing of Automobile Engines // Yukio Yamashita, Seiichi Ibaraki, Kunio Sumida,Mitsubishi Heavy Industries Technical Review, Vol. 47, No. 4, December, .

3. http://www.nationaltradeshowreporter.com