1. Introduction
Engine downsizing and supercharging became one of the most widely discussed approaches in Europe as soon as the European automobile manufacturers association (ACEA) made the commitment to reduce average carbon dioxide emissions to 140g/km for new passenger cars sold in Europe starting in 2008. Passenger cars in urban areas are mostly operated under part-load conditions. In these operating conditions gasoline engines inherently suffer from a lower efficiency than compression-ignited engines since the load is controlled by throttling the engine’s mass flow, i.e., by reducing the pressure in the intake manifold. This method is simple and entails excellent dynamic behavior, but it induces pumping losses. Particularly for low loads the efficiency of the engine becomes very poor. As the displaced volume directly correlates with the friction losses, it has to be reduced for better efficiency. An engine concept resulting in the same nominal power as the standard engine described above requires either the pressure in the intake manifold or the rotational speed of
the engine to be increased. Since high rotational speeds are not accepted well by consumers, the only practicable way is to increase the pressure before the engine. This approach is known as the downsizing and supercharging concept. In the 1970s and 1980s research about supercharged SI engines mainly focused on power performance. In the 1990s, however, supercharged SI engine applications reappeared as a feasible solution for reducing fuel consumption. The potential downsizing and supercharging concept has then been demonstrated experimentally in the SmILE engine concept (Guzzella & Martin, 1998; Guzzella, Wenger, & Martin, 2000) as well as later in several series production cars. In such an engine system, the maximum engine torque reduced by a smaller displaced volume is recovered by a higher density of the air mass flow through the engine. The efficiency of the downsized engine for a set of typical operating points, such as the European driving cycle (MVEG-95), is higher than that of the naturally aspirated engine with a similar maximum torque. Thus, the cumulative fuel consumption at the end of the cycle is lower. Three main types of superchargers are in use today with the purpose of achieving a higher intake manifold pressure: mechanical superchargers (MSC), turbochargers (TC), and pressure-wave superchargers (PWS). Whereas MSC such as
blowers, compressors, or pumps are driven by the crank shaft or by an electric motor, for TC and PWS some of the exhaust gas enthalpy is transmitted to the air mass flow entering the engine to raise the intake manifold pressure above the ambient level. For turbocharging, a turbine in the exhaust path is used to drive a radial compressor, which pumps air into the intake manifold. In contrast, the core of the PWS is the so-called cell wheel, a set of open-ended channels arranged on a rotor between two casings. During a cycle, a cell is passing the exhaust manifold, where the entering gas triggers a shock wave that runs through the cell and compresses the fresh air. This compressed air then leaves the cell in the direction of the intake manifold (Gyarmathy, 1983). Exhaust gas recirculation (EGR) is a phenomenon often encountered in PWS since in a PWS fresh air and exhaust gas are in direct contact in the cell wheel. Depending on the concept, EGR has to be reduced (in spark-ignited engines) or forced (in compression-ignited engines). Flow resistances in the exhaust system, i.e., where the exhaust gas is released to the ambient, have to be minimized since the pressure-wave process only works with very low back pressures. Moreover, the problem is exaggerated during the engine warm-up since much of the energy in the exhaust gas is transferred to the walls. Although the PWS concept of boosting diesel engines lost out to turbocharged engines in the 1990s, the PWS with its potential and advantages keeps being proposed as
a viable alternative. State-of-the-art PWS are quite different from those of earlier times. Modern devices such as the Hyprexs PWS1 have been basically redesigned, and research in materials has made considerable progress as well. More freedom in the positioning of the device and maximum efficiency can be obtained over the entire operating range if the cell wheel is driven separately using an electric motor. The cold-start behavior is improved by the reduction of the angular offset between gas and air casing. Last but not least, substantial progress has been made in the last 20 years in providing powerful computers such that even complex on-board computations are now feasible in real time. They permit effects such as those appearing in a PWS to be predicted with sufficient accuracy such that they can be controlled.
1. บทนำเครื่องยนต์ downsizing และ supercharging เป็นหนึ่งในวิธี discussed กันอย่างแพร่หลายในยุโรปเป็นสมาคมผู้ผลิตรถยนต์ยุโรป (ACEA) ทำกับลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เฉลี่ย 140 กรัม/กิโลเมตรสำหรับรถยนต์ใหม่เพื่อขายในยุโรปเริ่มต้นในปี 2008 รถยนต์ในเขตเมืองเป็นส่วนใหญ่ดำเนินการภายใต้เงื่อนไขการโหลดส่วน ในนี้ทำน้ำมันสภาพ เครื่องยนต์มีความประสบจาก efficiency ต่ำกว่าเครื่องยนต์บีบอัดลุกเนื่องจากการโหลดถูกควบคุม โดยควบคุมปริมาณ flow โดยรวมของเครื่องยนต์ เช่น โดยการลดความดันในการบริโภคอเนก วิธีนี้ง่าย และมีลักษณะการทำงานแบบยอดเยี่ยม แต่มันก่อให้เกิดความสูญเสียที่สูบ Efficiency ของเครื่องยนต์จะไม่ยากโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานต่ำ เป็นปริมาณหน่วยโดยตรงคู่กับการสูญเสียแรงเสียดทาน มันมีการลดลงใน efficiency ดีกว่า แนวคิดเครื่องยนต์การเกิดพลังงานระบุเหมือนกันเป็นข้างเครื่องยนต์ต้องการแรงดันในการบริโภคอเนกอย่างใดอย่างหนึ่งหรือความเร็วในการหมุนของเครื่องยนต์ที่จะเพิ่ม เนื่องจากความเร็วในการหมุนสูงไม่ยอมรับกัน โดยผู้บริโภค แบบ practicable เท่านั้นเป็นการ เพิ่มความดันก่อนเครื่องยนต์ วิธีการนี้เรียกว่าการ downsizing และ supercharging แนวคิด ในปี 1970 และทศวรรษ 1980 การวิจัยเกี่ยวกับเครื่องยนต์ SI supercharged ที่เน้นประสิทธิภาพการใช้พลังงานส่วนใหญ่ อย่างไรก็ตาม supercharged เครื่องยนต์ SI reappeared งานเป็นแก้ปัญหาเป็นไปได้สำหรับลดการใช้เชื้อเพลิงในปี 1990 ศักยภาพ downsizing และ supercharging แนวคิดได้แล้วการแสดง experimentally ในแนวคิดเครื่องยนต์สไมล์ (Guzzella และมาร์ติน 1998 Guzzella, Wenger และ มาร์ติน 2000) รวมทั้งภายหลังหลายชุดผลิตรถ ในเช่นมีระบบเครื่องยนต์ แรงบิดเครื่องยนต์สูงสุดที่ลดลงโดยมีขนาดเล็กหน่วยควบคุม โดยความหนาแน่นสูงของ flow มวลอากาศผ่านเครื่องยนต์ Efficiency ของเครื่องยนต์ downsized สำหรับชุดปกติจุดปฏิบัติ เช่นยุโรปรอบ (MVEG-95), ขับรถจะสูงกว่าที่เครื่องยนต์มีแรงบิดสูงสุดคล้ายธรรมชาติ aspirated ดังนั้น ปริมาณเชื้อเพลิงสะสมในตอนท้ายของรอบจะต่ำกว่า สามชนิดหลักของ superchargers จะใช้วันนี้กับวัตถุประสงค์บรรลุความดันความหลากหลายนับปริมาณสูง: เครื่องกล superchargers (หลัก), turbochargers (TC), และ superchargers คลื่นความดัน (PWS) ในขณะที่หลักเช่นblowers, compressors หรือปั๊มถูกขับ โดยเพลา crank หรือมอเตอร์ไฟฟ้า TC และ PWS ของความร้อนแฝงก๊าซไอเสียถูกส่งไปยัง flow มวลอากาศเข้าเครื่องยนต์เพื่อเพิ่มแรงดันบริโภคความหลากหลายนับจากระดับล้อมรอบ สำหรับ turbocharging กังหันในเส้นทางของไอเสียจะใช้ขับคอมเพรสเซอร์รัศมี ที่ปั๊มอากาศเข้าไปในการบริโภคอเนก ในทางตรงกันข้าม หลักของ PWS เป็นเซลล์ที่เรียกว่าล้อ ชุดจัดเรียงบนใบพัดระหว่าง casings 2 ช่องแบบเปิด ระหว่างวงจร เซลล์จะผ่านมากมายไอเสีย ที่ใส่ก๊าซก่อให้เกิดคลื่นกระแทกที่รันผ่านเซลล์ และการบีบอัดอากาศ ด้วย ลมนี้แล้วออกจากเซลล์ในทิศทางของการบริโภคอเนก (Gyarmathy, 1983) ไอเสียก๊าซ recirculation (EGR) เป็นปรากฏการณ์ที่มักจะพบใน PWS ตั้งแต่ PWS สูดอากาศ และก๊าซไอเสียจะติดต่อโดยตรงในเซลล์วงล้อ ตามแนวคิด EGR ได้ลดลง (ในประกายลุกเครื่องยนต์) หรือบังคับ (ในลุกรวมเครื่องยนต์) กระแสความต้านทานในระบบไอเสีย เช่น ซึ่งก๊าซไอเสียออกไปล้อม ต้องถูกย่อให้เล็กสุดเนื่องจากคลื่นความดันกระบวนการทำงานเฉพาะกับแรงดันย้อนกลับมากขึ้น นอก ปัญหาคือปรับสมดุลของแสงระหว่างอุ่นเครื่องยนต์เนื่องจากพลังงานในก๊าซไอเสียมากจะโอนย้ายไปผนัง แม้ว่าแนวคิด PWS ดีเซลส่งเสริมหายออกไปเครื่องยนต์ turbocharged ในปี 1990, PWS กับศักยภาพและข้อได้เปรียบทำให้การเสนอเป็นทางเลือกทำงาน สมัยของ PWS นั้นค่อนข้างแตกต่างจากของ อุปกรณ์ทันสมัยเช่น Hyprexs PWS1 ได้รับโดยทั่วไปการออกแบบใหม่ และวิจัยวัสดุได้ทำความก้าวหน้ามากเช่นกัน สามารถได้รับอิสระมากขึ้นในการจัดตำแหน่งของอุปกรณ์และ efficiency สูงสุดทั้งปฏิบัติช่วงถ้าล้อเซลล์ถูกขับเคลื่อนโดยมอเตอร์ไฟฟ้า ลักษณะการทำงานเย็นเริ่มจะดีขึ้น โดยการลดออฟเซ็ตแองกูลาร์ระหว่างแก๊สและท่ออากาศ สุดท้ายแต่ไม่น้อย ความคืบหน้าพบได้ใน 20 ปีที่ผ่านมาในการให้บริการมีประสิทธิภาพคอมพิวเตอร์ให้ประมวลผลเหลือเฟือซับซ้อนแม้แต่ก็เป็นไปได้ในเวลาจริง พวกเขาอนุญาตให้ผลเช่นที่ปรากฏใน PWS การทำนายแม่นยำ sufficient เช่นที่พวกเขาสามารถควบคุม
การแปล กรุณารอสักครู่..

1 . การปรับลดขนาดเครื่องยนต์และแนะนำ
supercharging เป็นหนึ่งในมากที่สุดอย่างกว้างขวาง กล่าวถึงแนวทางในยุโรป ทันทีที่ สมาคมผู้ผลิตรถยนต์ยุโรป ( ร่วมกัน ) ทำให้ความมุ่งมั่นที่จะลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เฉลี่ย 140g / กม. สำหรับรถยนต์ใหม่ที่ขายในยุโรปเริ่มต้นใน 2008 ผู้โดยสารรถยนต์ในเขตเมืองเป็นส่วนใหญ่ภายใต้เงื่อนไขที่โหลดส่วนในเงื่อนไขเหล่านี้เครื่องยนต์เบนซินรวมประสบการลดประสิทธิภาพการบีบอัดมากกว่า EF จึงติดไฟเครื่องยนต์เนื่องจากภาระของเครื่องยนต์จะถูกควบคุมโดยการอุดมวลสารflโอ๊ยคือโดยการลดความดันในท่อไอดี วิธีนี้เป็นวิธีที่ง่ายและใช้พฤติกรรมทางพลศาสตร์ที่ยอดเยี่ยม แต่มันก่อให้เกิดการสูญเสียโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโหลดตัวต่ำประสิทธิภาพของเครื่องยนต์จึงกลายเป็นที่ยากจนมาก เป็นผู้ตรง มีความสัมพันธ์กับปริมาณแรงเสียดทานขาดทุน มันก็ต้องลดลง ประสิทธิภาพจึงดีกว่า EF . เครื่องยนต์แนวคิดที่เกิดในพลังชื่อเดียวกับเครื่องยนต์มาตรฐานที่อธิบายข้างต้นต้องให้ความดันในท่อไอดี หรือความเร็วใน การหมุน
เครื่องยนต์ต้องเพิ่มขึ้นเนื่องจากความเร็วในการหมุนสูงจะไม่ได้รับการยอมรับจากผู้บริโภค วิธีเดียวที่สามารถปฏิบัติได้ คือ เพื่อเพิ่มความดันก่อนที่เครื่องยนต์ วิธีการนี้เป็นที่รู้จักกันเป็น downsizing supercharging และแนวความคิด ในช่วงปี 1970 และ 1980 วิจัยเกี่ยวกับเครื่องยนต์ SI supercharged เน้นหลักในการแสดงพลัง ในปี 1990 , อย่างไรก็ตามศรี supercharged เครื่องยนต์โปรแกรมก็เป็นคำตอบที่เป็นไปได้เพื่อลดการใช้เชื้อเพลิง การลดศักยภาพและแนวคิดได้ถูกแสดง โดยซูเปอร์ชาร์จในรอยยิ้มเครื่องยนต์แนวคิด ( guzzella &มาร์ติน , 1998 ; guzzella เวนเกอร์& , มาร์ติน , 2000 ) รวมทั้งในภายหลังในการผลิตรถยนต์หลายชุด . เช่นในเครื่องยนต์ระบบแรงบิดสูงสุดของเครื่องยนต์ลดลง โดยปริมาณขนาดเล็กพลัดถิ่นได้ความหนาแน่นของมวลอากาศflโอ๊ยโดยผ่านเครื่องยนต์ การถ่ายทอดประสิทธิภาพของ EF downsized เครื่องยนต์สำหรับชุดของจุดปฏิบัติการ ทั่วไป เช่น วงจรขับรถยุโรป ( mveg-95 ) จะสูงกว่าของโดยธรรมชาติ aspirated เครื่องยนต์ที่มีแรงบิดสูงสุดที่คล้ายคลึงกัน ดังนั้นปริมาณเชื้อเพลิงสะสมในตอนท้ายของวัฏจักรลดลง สามประเภทหลักของซุปเปอร์ชาร์จเจอร์ในการใช้งานในวันนี้กับวัตถุประสงค์ของการบรรลุสูงกว่าความดัน : เครื่องจักรกล ท่อไอดี เทอร์โบซุปเปอร์ชาร์จเจอร์ ( MSC ) ( TC ) และซุปเปอร์ชาร์จเจอร์ คลื่นความดัน ( PWS ) ส่วนด้าน เช่น
เป่าอัดหรือปั๊มที่ถูกขับเคลื่อนด้วยเพลาข้อเหวี่ยง หรือโดยมอเตอร์ไฟฟ้าสำหรับ TC และ PWS บางส่วนของก๊าซไอเสียความร้อนจะถูกส่งไปยังอากาศเข้าสู่เครื่องยนต์flโอ๊ยยกท่อไอดีความดันเหนือระดับควบแน่น สำหรับ turbocharging , กังหันไอเสียในเส้นทางที่ใช้ขับคอมเพรสเซอร์รัศมี ซึ่งปั๊มอากาศเข้าไปในท่อไอดี ในทางตรงกันข้าม หลักของ PWS เรียกว่าล้อมือถือชุดของช่อง 3 จัดใส่ใบพัดระหว่างสองปลอก . ในช่วงรอบ เซลล์ผ่าน Manifold ที่ป้อนก๊าซก่อให้เกิดคลื่นช็อกที่วิ่งผ่านเซลล์และอัดอากาศบริสุทธิ์ นี้อัดอากาศแล้วใบเซลล์ในทิศทางของท่อไอดี ( gyarmathy , 1983 )ก๊าซไอเสีย recirculation ( EGR ) เป็นปรากฏการณ์ที่พบบ่อยใน PWS ตั้งแต่ใน PWS สดอากาศและไอเสียอยู่ในการติดต่อโดยตรง ในมือถือพวงมาลัย ขึ้นอยู่กับแนวคิดที่ EGR ได้จะลดลง ( จุดประกายจุดไฟเครื่องยนต์ ) หรือบังคับ ( อัดติดไฟเครื่องยนต์ ) ความต้านทานการไหลในระบบไอเสีย เช่น ที่ไอเสียที่ถูกปล่อยออกมาให้แอมเบียนต์ต้องลดเนื่องจากคลื่นความดันกระบวนการทำงานเฉพาะกับต่ำกลับความดัน นอกจากนี้ ปัญหาเป็นที่พูดเกินจริงในเครื่องยนต์อุ่นเครื่องตั้งแต่มากของพลังงานในก๊าซไอเสีย จะถูกโอนไปยังผนัง แม้ว่าแนวคิด GUI ของพื่นเครื่องยนต์ดีเซลเทอร์โบเครื่องยนต์เสียในปี 1990 , PWS ที่มีศักยภาพและยังถูกเสนอเป็น
ข้อดีเป็นทางเลือกที่ทำงานได้ รัฐของศิลปะ PWS จะค่อนข้างแตกต่างจากครั้งก่อนหน้านี้ . อุปกรณ์ที่ทันสมัย เช่น hyprexs pws1 ได้รับการออกแบบใหม่โดยทั่วไป และงานวิจัยด้านวัสดุมีความก้าวหน้ามากเช่นกันมีอิสระมากขึ้นในการวางตำแหน่งของอุปกรณ์และประสิทธิภาพสูงสุดจึงได้ EF ในช่วงที่ผ่าตัดทั้งหมด ถ้าเซลล์ล้อขับเคลื่อน แยกใช้มอเตอร์ไฟฟ้า พฤติกรรมการเย็นเริ่มดีขึ้น โดยลดการชดเชยเชิงมุมระหว่างก๊าซและท่ออากาศ สุดท้ายแต่ไม่ท้ายสุดความคืบหน้ามากได้รับการทำในช่วง 20 ปีในการให้คอมพิวเตอร์เช่นที่ซับซ้อนบนกระดานคำนวณตอนนี้เป็นไปได้ในเวลาจริงที่มีประสิทธิภาพ พวกเขาอนุญาตให้ผลเช่นที่ปรากฏใน PWS จะคาดการณ์กับซุฟจึง cient ความถูกต้องเช่นที่พวกเขาสามารถควบคุม
การแปล กรุณารอสักครู่..
