Только для вас китайский магазин сладостей на выгоднейших условиях.
Главная Двигатели внутреннего сгорания Наддув двигателей внутреннего сгорания Группировка выпускных коллекторов при различных числах цилиндров и промежутках между вспышками
Группировка выпускных коллекторов при различных числах цилиндров и промежутках между вспышками

Первая успешно примененная в практике система турбонаддува имела общий выпускной коллектор, т. е. являлась системой наддува с постоянным давлением газов перед турбиной, однако широкое использование турбонаддува началось только с осуще­ствлением идей Альфреда Бюхи, изложенных в швейцарском патенте № 122664 от 30.11.1925 (патент DRР 568855). Согласно этому патенту размеры выпускного коллектора и входного се­чения газовой турбины при соответствующем выборе фаз газорас­пределения должны быть такими, чтобы давление в выпускном коллекторе после открытия выпускных органов (предварение выпуска) было выше давления в трубопроводе наддувочного воз­духа, но в конце процесса газообмена, т. е. во время периода продувки, становилось ниже давления наддува. У четырехтакт­ных двигателей выпускной клапан в зависимости от частоты вра­щения и степени наддува должен открываться за 40—70° п. к. в. до н. м. т. для того, чтобы давление в цилиндре перед ходом вы­талкивания понизилось в достаточной мере (уменьшилась затра­чиваемая поршнем работа). Для обеспечения достаточно боль­шого проходного сечения при продувке выпускной клапан у дви­гателей с наддувом закрывается через 40—60° п. к. в. после в. м. т., вследствие чего суммарная продолжительность выпуска составляет 260—310° п. к. в. Чтобы не мешать продувке, выпуск отработавших газов из следующего цилиндра с примерно та­кими же фазами газораспределения может производиться в эту же ветвь трубопровода только при определенном промежутке между вспышками. К счастью, этот промежуток можно умень­шить, так как, во-первых,- между открытием выпускных органов и сильным возрастанием давления в коллекторе проходит неко­торое время, и, во-вторых, следует учитывать также время про- бегания волны давления от цилиндра, осуществляющего вы­пуск, к цилиндру, в котором протекает процесс продувки. Для сгруппированных в один выпускной коллектор цилиндров хо­рошие результаты достигаются при интервалах между вспыш­ками 240° п. к. в. для четырехтактных двигателей и 120° п. к. в. для двухтактных. Так, например, для шестицилиндрового дви­гателя с импульсным наддувом требуются две ветви трубопро­вода, а для девятицилиндрового двигателя—три.

На рис. 8.1 показаны диаграммы изменения давления в вы­пускном коллекторе, замеренного у патрубка цилиндра № 1, а также графически изображенные фазы газораспределения. Из приведенного графика видно, что возрастание давления про­исходит с некоторым замедлением после начала открытия вы­пускного клапана. Волна давления выпускного импульса от цилиндра № 3 достигает цилиндра № 1 примерно через 240+30° п. к. в. после начала выпуска в этом цилиндре, т. е. через значительно больший интервал, чем 240° п. к. в. Хотя в на­чале повышения давления в трубопроводе от выпуска из цилин­дра № 3 выпускной клапан цилиндра № 1 еще не полностью закрыт, однако заброса газов в цилиндр не происходит, так как давление в цилиндре становится равным давлению в выпускном коллекторе лишь к моменту закрытия выпускного клапана. Возрастание давления в цилиндре во время периода продувки обусловливается поступлением наддувочного воздуха.

Как будет более подробно показано ниже, симметричная группировка по три цилиндра (три цилиндра с равными интер­валами между вспышками 240° п. к. в. присоединены к одному выпускному коллектору) является наиболее благоприятной для импульсного наддува, хотя при интервале между вспышками, равном, например, 360° п. к. в. (или соответственно 180° п. к. в. для двухтактных двигателей) был бы обеспечен более длительный период продувки.

Из сказанного выше для минимального интервала между вспышками следует, что четырехцилиндровому двигателю для осуществления импульсного наддува требуется два, а восьми­цилиндровому — четыре выпускных коллектора с разделением газоподводящего корпуса турбины (при наличии одного турбо­компрессора) соответственно на два или четыре сегмента. Пяти­цилиндровому двигателю с симметричным расположением колен требуется три, а семицилиндровому двигателю — четыре кол­лектора, причем в обоих случаях все цилиндры, кроме одного, сгруппированы попарно.

Примеры разделения выпускного трубопровода и группировки цилиндров для четырехтактных рядных двигателей (то же и для двухтактных двигателей при равном чередовании вспышек) по­казаны на рис. 8.2, а примеры для V-образных двигателей — на рис. 8.3.

Не имея возможности рассмотреть здесь подробнее все детали, следует все же отметить, что импульсный наддув при возраста­нии неравномерности интервалов между вспышками в цилин­драх, подсоединенных к одной ветви трубопровода, и при увели­чении отношения числа ветвей выпускного трубопровода к числу цилиндров теряет свои преимущества по следующим причинам.

1. К. п. д. турбокомпрессора, представляющий собой отноше­ние работы компрессора по адиабатному сжатию воздуха к фак­тической величине располагаемой энергии выпускных газов (некажущейся энергии, определяемой из средних значений), уменьшается при увеличении изменений давления в потоке га­зов (при увеличении импульсности потока).

2. К. п. д. также существенно уменьшается при частичном подводе газов в турбину. Изменяющийся парциальный впуск газов имеет место тогда, когда подвод газов к турбокомпрессору осуществляется при переменном давлении, так как в одно и то же время в одной подводящей газ к сопловому аппарату турбины полости имеется высокое давление, а в другой — низкое.

3. К. п. д. турбокомпрессора падает особенно сильно, если через какую-то из газоподводящих полостей газ не проходит в течение некоторого времени: в этом случае возникают венти­ляционные потери в лопатках турбины, а у радиальных турбин, при известных условиях, — обратный поток.

4. Если интервал между вспышками в цилиндрах, от которых осуществляется выпуск в одну ветвь трубопровода, значительно больше, чем период выпуска из одного цилиндра, то эта ветвь опорожняется, т. е. давление в ней приближается к давлению за турбиной, причем последующий импульс давления выпускных газов должен сначала наполнить ветвь трубопровода, прежде чем будет достигнут заметный перепад давлений. Вследствие этого энергия давления, наиболее эффективная для преобразования в мощность турбины, теряется, т. е. переходит в теплоту.


На рис. 8.4 в качестве примера показана диаграмма давлений в ветви выпускного трубопровода высокофорсированного восьми­цилиндрового дизеля с двумя симметричными импульсами, т. е. с разделенным на четыре ветви выпускным трубопроводом. В эту ветвь трубопровода производится выпуск из цилиндров № 1 и 8; место измерения, так же как и газовая турбина, находится вблизи цилиндра № 1. Из этого рисунка можно вывести следую­щее:

1) пик давления выпускного импульса от цилиндра № 8 заметно выше, чем от цилиндра № 1, несмотря на то, что место измерения давления находится в выпускном коллекторе у ци­линдра № 1. Это объясняется тем, что выпускной импульс от цилиндра № 1 разветвляется на две волны давления: на идущую непосредственно к турбине и на движущуюся в другую сторону, к цилиндру № 8, и отражающуюся там от закрытого конца тру­бопровода. Выпускной импульс от цилиндра № 8, расположен­ного на конце трубопровода, не разветвляясь, попадает в трубо­провод;

2) из-за медленного понижения давления в выпускном кол­лекторе в связи с малым сечением сопловых сегментов (в отли­чие от трехканального подвода газа, см. рис. 8.1) давление в ци­линдре достигает давления наддува сравнительно поздно, для чего при оптимальной настройке потребовалось бы более позднее открытие впускного клапана, чем при трехканальном подводе газа;

3) после окончания периода продувки давление в выпускном коллекторе продолжает падать и приближается к давлению за турбиной. Легко можно экстраполировать, что при интервале между вспышками большем, чем 360°, например, 1 ?432° и. к. в. и 1 ? 288° п. к. в. при несимметричном двухканальном подводе газа или 1 ? 720° п. к. в. при подключении только одного цилин­дра к ветви выпускного трубопровода, будут иметь место периоды, когда газ вообще не будет проходить через турбину, что приведет к указанному выше отрицательному влиянию на к. п. д.

При системе, создающей три симметричных импульса в кол­лекторе, недостатки, устранимы, поэтому такая группировка является наиболее благоприятной для импульсного наддува. У двухтактных двигателей к этому добавляется еще и то, что при интервале между вспышками, равном 120° п. к. в., импульс давления на выпуске последующего ци­линдра начинается в конце периода продувки предыдущего ци­линдра, вследствие чего при симметричной диаграмме газорас­пределения имеет место определенный эффект дозарядки. По этим причинам для чисел цилиндров, кратных трем, легче достичь высокой эффективности наддува при импульсной системе, чем для других чисел цилиндров.