Главное меню

Главная Двигатели внутреннего сгорания Наддув двигателей внутреннего сгорания Преимущества и недостатки систем импульсного наддува и наддува при постоянном давлении газов перед турбиной
Преимущества и недостатки систем импульсного наддува и наддува при постоянном давлении газов перед турбиной

Первоначально преимущества импульсного наддува были столь значительными, что наддув при постоянном давлении га­зов перед турбиной, за исключением особых случаев, например при последовательном включении механического компрессора и турбонагнетателя, практически не применялся. Это было свя­зано со сравнительно низкими тогда к. п. д. турбокомпрессоров, а также в связи с низкими степенями наддува, т. е. с низкими давлениями наддува, которые в процессе развития повышались лишь постепенно. Чем выше степень повышения давления в ком­прессоре и к. п. д. турбокомпрессора, тем большими преимуще­ствами обладает наддув при постоянном давлении газов перед турбиной. В связи с этим в настоящее время этот способ находит все более широкое применение. Сопоставление расчета импульс­ного наддува и наддува при постоянном давлении газов перед турбиной.

Для двигателя наддув при постоянном давлении газов перед турбиной имеет следующие преимущества.

1. Более простую конструкцию трубопровода и поэтому бо­лее дешевый выпускной коллектор, лучшие возможности размещения трубопроводов, особенно при V-образной компоновке двигателя.

2. Меньшую работу, затрачиваемую поршнем на выталки­вание газов, так как импульс давления на выпуске быстро умень­шается и не отражается от малого сечения соплового аппарата турбины. Вследствие этого достигается несколько лучший расход топлива при высоких средних эффективных давлениях.

3. Более равномерные параметры наддува независимо от числа цилиндров и более равномерное распределение воздуха по отдельным цилиндрам и при неблагоприятных для импульс­ного наддува числах цилиндров (5, 7 или 10). Следствием этого является более равномерная тепловая напряженность.

Недостатками системы наддува при постоянном давлении га­зов перед турбиной для двигателя являются следующие.

1. Равенство между давлением наддува и противодавлением достигается намного позднее, т. е. при более высоком среднем давлении, чем в случае импульсного наддува, вследствие чего при частичных нагрузках имеет место обратный поток газов.

2. Необходимый для продувки перепад давления несколько ниже и на режиме полной мощности, так как здесь давление в выпускном коллекторе во время периода продувки не опу­скается ниже средней величины, что имеет место при импульсном наддуве. Поэтому подача воздуха в цилиндр (при одинаковом перекрытии клапанов) за счет большего его количества, идущего на продувку, будет меньше.

3. Двигатель обладает худшей приемистостью по двум причинам: а) при частичных нагрузках энергия выпускных газов, подводимая к турбине, меньше из-за отсутствия пиков давления. Заполнение выпускного коллектора большого объема требует большего времени; б) содержание остаточных газов в цилиндре вследствие заброса газов из выпускного коллектора особенно увеличивается при частичных нагрузках и низкой частоте вращения. В связи с этим при заданном давлении наддува умень­шается наполнение цилиндра воздухом, скорее достигается гра­ница дымления и умень­шается избыток мощно­сти, необходимый для разгона.

4. Меньший расход воз­духа обусловливает не­сколько повышенную тем­пературу выпускных газов. Отметим, однако,  недостаток часто компенсируется бо­лее высоким к. п. д. турбокомпрессора при равномерном подводе газа.

Для турбокомпрессора использование системы наддува с турбиной по­стоянного давления дает только; преимущества и практически никаких не­достатков. К этим пре­имуществам в основном относятся:

1) большая пропускная способность соплового ап­парата турбины, к которо­му газ подводится при постоянном давлении, вследствие чего турбина имеет меньшие размеры;

2) малое возбуждение колебаний лопаток (коле­бания тем больше, чем на большее количество под­водов разделен газоподводящий корпус турбины) и в связи с этим меньшая вероятность появления по­ломок лопаток;

3) отсутствие гироско­пических моментов, воз­никающих при импульсном подводе газа и вызывающих нежела­тельные нагрузки на подшипники;

4) более высокий к. п. д. газовой турбины без импульсного или изменяющегося парциального подвода газа.

На рис. 8.5 сравнивается изменение некоторых рабочих па­раметров 14-цилиндрового V-образного двигателя с импульсным наддувом и с наддувом при постоянном давлении газов перед турбиной. Примечательным является более низкий [примерно па 6 г/(кВт•ч)] расход топлива в случае применения системы наддува при постоянном давлении газов перед турбиной; при этом следует иметь в виду, что при названном числе цилиндров у двигателя особенно сильно проявляются недостатки, прису­щие импульсному наддуву.

Решающим для применения способа наддува при постоянном давлении газов перед турбиной является ответ на вопрос, прием­лема ли худшая приемистость двигателя для данной области его использования. Для автомобильных двигателей, требующих хо­рошей приемистости, этот способ наддува неблагоприятен, а для судовых рациональность применения наддува при постоянном давлении газов является дискутабельной. Чем меньше отношение мощности двигателя к ускоряемым массам, тем скорее можно пренебречь хорошей приемистостью. При этом время, необходи­мое для разгона двигателя, играет небольшую роль по сравне­нию с затратами времени, требуемыми для разгона всей си­стемы.

Не случайно наддув при постоянном давлении газов перед турбиной на крупных двухтактных двигателях нашел примене­ние намного раньше и используется значительно чаще, чем на четырехтактных двигателях. Это объясняется следующими обстоя­тельствами.

1. На двухтактных двигателях преимущество этого способа наддува по сравнению с импульсным сказывается уже при низ­ких значениях среднего эффективного давления.

2. При пуске, на малых нагрузках и низких частотах враще­ния (т. е. на режимах, где преимущества импульсного наддува неоспоримы) на двухтактных двигателях, как правило, приме­няется вспомогательное устройство, компенсирующее недоста­точную подачу воздуха на этих режимах.

3. На крупных двигателях приводятся в движение и разго­няются большие массы. Этот разгон в большей степени зависит от фактической полной мощности двигателя, чем от времени, затрачиваемого на достижение полной мощности.