Главное меню

Главная Двигатели внутреннего сгорания Наддув двигателей внутреннего сгорания Проблемы наддува в двухтактных малооборотных дизелей
Проблемы наддува в двухтактных малооборотных дизелей

На двухтактных двигателях с принудительным зажиганием турбонаддув практически не применяется. Из-за сравнительно узких границ детонации регулирование здесь было бы особенно сложным, так как подачу топлива нужно было бы регулировать не только в соответствии с количеством воздуха, нагнетаемым компрессором, но и в зависимости от эффективности продувки, обусловленной перепадом давления, при котором она осуще­ствляется.

Малооборотиые дизели с частотой вращения в пределах от 80 до 250 об/мин, которые применяются главным образом на судах с прямой передачей мощности на гребной винт, почти всегда вы­полняются двухтактными. Преимущества двухтактного цикла здесь связаны, в первую очередь, с низкой скоростью поршня этих двигателей (величина ст редко превышает 6,5 м/с), выпол­няемых почти всегда крейцкопфными.

Сложности газотурбинного наддува двухтактных дизелей за­ключаются в том, что, с одной стороны, всегда необходимо нали­чие положительного перепада давления на продувку (р2 > p3)> а, с другой стороны, в том, что вследствие большого коэффициента продувки температура, а вместе с ней и энергия выпускных газов при двухтактном цикле меньше. Упрощенно, т. е. пренебрегая влиянием различных теплоемкостей воздуха и выпускного газа, из баланса мощностей турбокомпрессора можно вывести, что отношение температур на входе в турбину и в компрессор Т31 должно быть больше, чем 1/?т?к?, если р2 превышает р3.

Для наддува по схеме с постоянным давлением при коэффи­циенте импульсности ? = 1 и принятом к. п. д. турбокомпрессора ?т?к = 0,5 получим Т3 >2Т1 (например, 2•293 К = 586 К = = 313° С), если должен достигаться хотя бы малый перепад давления на продувку. На режимах пуска и частичных нагрузок такое состояние равновесия между мощностями турбины и ком­прессора не достигается. Поскольку к. п. д. ТК в диапазоне малых нагрузок, как правило, значительно меньше 0,5, то температура выпускных газов должна быть значительно выше 313° С.

Этими трудностями объясняется тот факт, что турбонаддув на двухтактных двигателях был применен намного позднее, чем на четырехтактных.

Чистый газотурбинный наддув во всем диапазоне нагрузок без привлечения дополнительных источников энергии на двух­тактных двигателях возможен только при импульсной системе. Поскольку выпускные органы, как при щелевой, так и при кла­панной продувке должны открываться значительно быстрее, чем у четырехтактных двигателей (для того чтобы свободный вы­пуск завершился в короткий промежуток времени до открытия впускных органов), здесь уже при низких нагрузках в выпускном трубопроводе возникают волны давления большой амплитуды, особенно если трубопровод имеет малое сечение. Это приводит к тому, что коэффициент импульсности ? становится высоким и во много раз превышает 1. Для получения коэффициента про­дувки, обеспечивающего очистку от продуктов сгорания, при низкой частоте вращения достаточно даже небольшого перепада давления в продувочном трубопроводе.

Тот факт, что двухтактный двигатель имеет только одну рабо­чую характеристику, не зависящую от частоты вращения, не должен привести к заблуждению, будто с помощью чистого тур­бонаддува можно и при низкой частоте вращения достичь высокого давления наддува, т. е. лучшего протекания кривой крутящего момента, чем у четырехтактного двигателя. При равном перепаде давлений на продувку как при высокой, так и при низкой ча­стотах вращения через двигатель проходит равное количество воздуха. При этом, однако, его распределение на часть, остающуюся в цилиндре, и часть, затрачиваемую на про­дувку, в зависимости от частоты вращения будет различным. При неизменном состоянии наддувочного воздуха его количество, остающееся в цилиндре, было бы примерно пропорционально секундному рабочему объему, т. е. при вдвое меньшей частоте вращения двигателя оно составляло бы примерно половину (несколько больше, так как с увеличением коэффициента продувки улучшается продувка) от величины, соответствующей полной частоте вращения. Из-за большого количества продувочного воздуха снижается температура выпускных газов, так как в ко­нечном счете при вдвое меньшей частоте вращения и неизменном среднем эффективном давлении количество впрыскиваемого топ­лива было бы вдвое меньше, чем при полной частоте вращения. Поэтому и при импульсной системе чистого турбонаддува вслед­ствие низкой температуры выпускных газов при низкой частоте вращения нельзя достичь таких высоких давлений наддува, как при высокой частоте вращения.

Важнейшей областью применения малооборотных двухтакт­ных дизелей является прямой привод винта на судах с одномо­торными установками, где проблема изменения крутящего мо­мента, так же как и в стационарных дизель-электрических уста­новках, не играет решающей роли. Правда, на установках с вин­тами фиксированного шага для разгона требуется крутящий мо­мент, превышающий значения, соответствующие винтовой харак­теристике, как и на многомоторных судовых установках в случае выхода из строя одного из двигателей.

В связи с простотой размещения трубопровода, возможностью применения газовых турбин меньших размеров и лучшим к. п. д. при высоких степенях наддува двухтактные двигатели в настоя­щее время часто оснащаются системой наддува с постоянным давлением газов перед турбиной. В этом случае для обеспечения запуска и работы на долевых нагрузках обязательно требуется затрата дополнительной энергии в какой-либо форме на воздухо-снабжение, что, впрочем, часто применяется для улучшения работы двигателя на этих режимах работы и при системах импульс­ного наддува.

В зависимости от способа передачи вспомогательной энергии и схемы включения дополнительного нагнетателя возможны раз­личные варианты, которые вследствие их большого числа не могут быть здесь полностью рассмотрены. В последующих примерах выбраны некоторые типичные схемы наддува двухтактных мало­оборотных дизелей.