При работе двигателя с постоянной частотой вращения (при­вод генератора) или по винтовой характеристике (винт фикси­рованного шага на судах) турбокомпрессор саморегулируется и в установившемся режиме всегда обеспечивает требуемое дав­ление наддува. Однако во многих случаях требуется больший крутящий момент, так же как и при низкой частоте вращения двигателя, например в автомобильных двигателях или в много­моторных редукторных судовых установках при отказе или от­ключении одного из двигателей.

Пока степени наддува были умеренными, например у четырех­тактных дизелей средние эффективные давления составляли около 9 ... 10 бар, то характеристика крутящего момента этих двига­телей также была еще удовлетворительной. Но чем выше степень наддува, тем менее благоприятной становится и характеристика крутящего момента у двигателей с турбонаддувом, а также дви­гателей с наддувом при постоянном давлении газов перед турби­ной, что может быть объяснено уравнениями (6.5) и (6.6) и диа­граммой рис. 6.7. Если предположить, что у четырехтактного двигателя расход G_г при пониженной вдвое частоте вращения уменьшится наполовину, то значение ?_тр₃ из уравнения (6.7) также должно уменьшиться в два раза при условии, что ?F_{т экв} и Т₃ остаются неизменными. При этом степень расширения га­зов в турбине падает приблизительно до ¹/₄, вследствие чего сте­пень повышения давления в компрессоре также уменьшается примерно до ¹/₄.

У четырехтактных двигателей с перекрытием клапанов ха­рактеристика крутящего момента несколько улучшается в связи с тем, что при уменьшенной вдвое частоте вращения расход воз­духа через двигатель больше, чем половина расхода, соответст­вующего полной нагрузке, и поэтому давление наддува падает не так резко, как предполагалось выше. Однако наиболее силь­ное влияние на протекание крутящего момента оказывает импульс­ный наддув. При низкой частоте вращения промежутки времени между отдельными выпускными импульсами больше, в связи с чем при неизменных размерах газовой турбины образуются более глубокие и длительные «впадины» давления, так как для протекания через турбину количества газа, поступившего в тру­бопровод от отдельного выпуска, до подхода следующего импульса выпуска имеется большее время.

Чем больше минимальное давление на кривой р₃ приближается к давлению p₄, тем меньше коэффициент импульсности расхода ? и тем больше коэффициент импульсности подвода энергии ?. Меньшее ? соответствует кажущемуся сужению проходного се­чения турбины, а большее ? — кажущемуся повышению к. п. д. турбины. В связи с этим давление наддува при импульсной си­стеме с уменьшением частоты вращения падает не так сильно, как в случае наддува при постоянном давлении газов перед турбиной.

Важнейшими путями улучшения характеристики крутящего момента двигателей с турбонаддувом являются следующие.

1. Применение импульсного наддува в сочетании с настрой­кой выпускного трубопровода (малое сечение, малая длина и, следовательно, малый объем). Как указывалось выше, импульс­ный наддув влияет на характеристику крутящего момента че­рез коэффициенты ? и ?.

2. Настройка характеристики турбокомпрессора. Компрес­сор и турбина должны быть подобраны так, чтобы оптимальные значения к. п. д. ?_к и ?_т достигались при расходе воздуха, соот­ветствующем низким частотам вращения, т. е. в точке М_{е mах} при 55—60% от номинальной частоты вращения. На номинальной частоте вращения турбокомпрессор работает в зоне низких к. п. д., что препятствует повышению давления наддува из-за увеличения расхода воздуха. Такая настройка связана, как правило, с тем, что при высокой частоте вращения располагаемое давление над­дува не полностью используется, т. е. топлива впрыскивается меньше, чем было бы допустимо для достижения максимально возможной мощности.

3. Перепуск выпускного газа перед турбиной или воздуха за компрессором при высоких частотах вращения. Эта мера вследствие уменьшения отношения G_г / G_в оказывает отрицатель­ное влияние на баланс мощностей турбокомпрессора. По этой причине турбокомпрессор при высоких частотах вращения дви­гателя не развивает недопустимо высокую частоту вращения, которую он в соответствии мог бы развить, так как рассчи­тан таким образом, что высокое давление наддува обеспечивается при средних частотах вращения двигателя.

Перепуск выпускного газа является термодинамически более благоприятным, чем перепуск воздуха, но его осуществление не­сколько сложнее. Оба этих способа вызывают кажущееся ухудше­ние к. п. д. турбокомпрессора.

Первых два способа улучшения характеристики крутящего момента в сочетании с соответствующей регулировкой топливо- подачи являются достаточными для обеспечения крутящего мо­мента, повышающегося при понижении частоты вращения (рис. 8.17). Двигатель, характеристики которого представлены на рисунке, оснащен устройством ограничения подачи топлива в зависимости от давления наддува, функционирующим при ча­стотах вращения двигателя ниже 1200 об/мин. Значения па­раметров, которые были бы достигнуты без этого ограничения, показаны штриховыми линиями. Как видно, значение дымности Д превысило бы 4 ед. по шкале «Бош» (40%).

При отказе от максимальной мощности может быть достигнута еще лучшая характеристика крутящего момента — рис. 8.18. Правда, в этом случае среднее эффективное давление при полной частоте вращения двигателя составляет лишь 9 кгс/см², что все же означает потерю мощности около 10—15% от полной, которая без особых затруднений могла бы быть достиг­нута при другой организации топливоподачи.

Другие пути возможного улучшения характеристики крутящего момента рассмотрены ниже совместно с проблемами приемистости.