К современным транспортным двигателям с наддувом предъяв­ляют требование возможности работы в широком диапазоне ско­ростных и нагрузочных режимов, чтобы наряду с высокой форсировкой номинального режима обеспечивались повышенные значения крутящего момента на малых и средних скоростных режимах при удовлетворительном удельном расходе топлива.

Выполнение такой задачи связано с рядом трудностей. Дей­ствительно, путем коррекции цикловой подачи топлива при работе по внешней характеристике можно создать со стороны топливоподачи условия, необходимые для получения желаемого коэффи­циента приспособляемости. Однако реализация этих условий возможна только в том случае, когда на всех рассматриваемых режимах цикловая подача топлива будет обеспечена соответ­ствующей цикловой подачей воздуха. Следовательно, кроме при­способляемости к названным условиям работы топливоподающей аппаратуры, необходимо еще приспособить и систему наддува.

Обычно турбокомпрессор подбирают так, чтобы на заданном (расчетном) режиме работы двигатель имел наилучшие мощностные и экономические показате­ли. Отклонение от такого рас­четного режима приводит к рассогласованию гидравличе­ской характеристики двигателя и пропускной способности тур­бины и компрессора, к сниже­нию их КПД.

В связи с этим на нерасчетных режимах снижается давление наддува, появляется неполнота сгорания топлива и, следовательно, снижается мощность (рис. 47, а) и увеличивается расход топлива (рис. 47, б).

Для улучшения работы комбинированного двигателя в этих условиях наиболее целесообразно применение регулируемых тур­бины (см. рис. 36) и компрессора (см. рис. 35).

Путем воздействия на их органы управления можно перена­строить турбокомпрессор в соответствии с изменяющимися ре­жимами работы двигателя и, таким образом, существенно улуч­шить условия их совместной работы. При верно подобранных автоматических регуляторах регулируемый наддув может обес­печить работу двигателя в соответствии с характеристиками 1 (см. рис. 47). Эти характеристики строятся в виде огибающих, проходящих через экстремальные значения мощности и расхода топлива. Такие экстремумы можно получить при соответствую­щей настройке турбокомпрессора на эти режимы. Положения лопаток соплового аппарата и диффузора в регулируемом турбо­компрессоре должны устанавливаться автоматически в зависи­мости от режима работы двигателя таким образом, чтобы послед­ний развивал необходимый крутящий момент, компрессор работал устойчиво, а рабочие параметры (температура отработавших газов, давление сгорания, частота вращения ротора турбокомпрес­сора, удельный расход топлива) оставались в пределах заданных ограничений.

Каждому режиму работы двигателя соответствует определен­ный диапазон возможных положений лопаток соплового аппарата турбины при условии, что всякому из этих положений соответ­ствует свой диапазон положений лопаток диффузора компрессора, в пределах которого выполняются все приведенные граничные условия совместной работы двигателя и турбокомпрессо­ра.

Следовательно, каждому режиму работы двигателя соответствует некоторый диа­пазон сочетаний положений названных выше лопаток, при которых система работает удовлетворительно. Такие диапа­зоны сочетаний положений лопаток соплового аппарата турбины и диффузора компрессора и представляют собой возможные зоны регулирования турбокомпрессора. Эти зоны можно представить графиком (рис. 48). Так, для определения зоны регулирования турбокомпрессора при смене скоростного режима двигателя не­обходимо выбрать постоянную нагрузку (например, постоянное значение крутящего момента двигателя) и диапазон изменения относительной угловой скорости, например от 1 до 0,5. Затем для определенных нагрузочного (выбран постоянным) и скорост­ного режимов двигателя (например, ? = 0,75) находят соответ­ствующее положение соплового аппарата турбины h_тА и, сле­довательно, точку А на рис. 48.

Возможные положения h_к лопаток диффузора компрессора, соответствующие положению h_тА лопаток соплового аппарата турбины, находят путем поворота лопаток диффузора в сторону открытия до границы помпажа (точка A₂), а затем в сторону за­крытия до предельно возможной температуры Т_т отработавших газов (точка А₁). Следовательно,

?h_кА = h_кА2 – h_кА1

есть возможный диапазон перемещения лопаток диффузора для выбранного положения h_тА лопаток соплового аппарата турбины.

Затем выбирают еще несколько положений соплового аппарата (для тех же нагрузочного и скоростного режимов двигателя) вблизи от точки А, например, положения h_тВ и h_тС (на рис. 48 точки В и С условно расположены на наклонной прямой для большей наглядности изображения зоны регулирования лопаток диффузора). Для каждого из вновь установленных положений соплового аппарата (например, h_тВ) по той же методике опреде­ляют возможные положения лопаток диффузора, ограниченные точками В₁ и В₂, и, следовательно, возможный диапазон пере­мещений этих лопаток ?h_кВ. По графику видно, что ?h_кВ < ?h_кA. Чем больше отклоняется координата h_т, от h_тА, тем меньше диапазон ?h_к.

Аналогичные построения проводят и для других скоростных режимов при выбранной нагрузке (например, при ? = 1,0 и ? = 0,5). Зоны промежуточных положений лопаток можно ориен­тировочно найти путем соединения прямыми линиями крайних точек, соответствующих средним точкам диапазона соплового аппарата (штрихпунктирные и штриховые линии на рис. 48).

Конечно, нет необходимости использовать все эти возможные сочетания положений лопаток для одного и того же режима ра­боты двигателя. Для большей надежности работы системы обычно выбирают примерно средние значения в пределах зон каждого режима и этим достигают определенной связи положений h_к и h_т регулируемых лопаток с режимом работы двигателя.

Зависимость зон регулирования от конкретных свойств дви­гателя и турбокомпрессора не позволяет разработать универ­сальную систему регулирования, пригодную для всех двигателей. В связи с этим иногда используют методы регулирования, устра­няющие лишь часть недостатков, свойственных двигателям с нере­гулируемым наддувом при работе на нерасчетных режимах.

С этой целью применяют различные способы регулирования наддува: дросселирование воздуха при подаче его к нагнетателю; дросселирование газа при поступлении его к турбине; перепуск части сжатого воздуха на вход в нагнетатель; выпуск части газа перед турбиной; применение поворотных лопаток на входе в ком­прессор; использование регулируемого лопаточного диффузора компрессора; применение регулируемого соплового аппарата турбины; использование турбокомпрессора с поворотным сопло­вым аппаратом турбины и поворотным лопаточным диффузором компрессора.

Первые пять способов регулирования наддува используют в тех случаях, когда необходимо простыми конструктивными средствами улучшить снабжение двигателя воздухом на малых скоростных режимах и не допустить излишней подачи воздуха на режимах, близких к номинальному.

Наиболее эффективными способами регулирования наддува являются последние три. Для реализации этих способов (в осо­бенности последнего) применяют управление лопатками соплового аппарата турбины и диффузора компрессора в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя; регули­рование коэффициента избытка воздуха; регулирование давления наддува р_к с корректировкой по положению рейки топливного насоса и др.

Наличие системы автоматического регулирования или управ­ления наддувом двигателя существенно расширяет возможные режимы его работы и улучшает коэффициент приспособляемости. Однако применение регулируемого наддува усложняет конструк­цию двигателя, повышает его первоначальную стоимость, обусловливает дополнительные требования к обслуживанию. Поэтому необходимость применения автоматического регулирования наддува всегда должна выявляться путем сопоставления пара­метров двигателя, которые можно получить при нерегулируемом и регулируемом наддуве. Использовать регулируемый наддув следует лишь в тех случаях, когда другие средства (подбор систе­мы воздухоснабжения, настройка турбокомпрессора на промежу­точные скоростные режимы и т. п.) не дают желаемого результата.