Главное меню

Ежедневная аналитика обзор рынка форекс от сайта Maximarkets
Главная Двигатели внутреннего сгорания Наддув двигателей внутреннего сгорания Способы наддува в двигателях внутреннего сгорания
Способы наддува в двигателях внутреннего сгорания

По сравнению с четырехтактным двигателем со свободным вса­сыванием или с двухтактным, имеющим только продувку, в двигателе с наддувом благодаря сжатию заряда увеличивается его количество, вследствие чего повышается и мощность. Наддув есть сжатие всего или части заряда за пределами рабочего цилин­дра с целью увеличения наполнения цилиндра. Таким образом, при наддуве заряд сжимается как за пределами цилиндра, так и в цилиндре.

Для комбинированного способа характерно связанное с полу­чением полезной мощности двух- или многоступенчатое расширение, в то время как сжатие не обязательно должно быть многоступенча­тым. Однако в практике всегда встречаются комбинированные двигатели с наддувом, т. е. имеющие многоступенчатое сжатие.

Смысл и цель наддува заключаются в повышении мощности при данных размерах двигателя без увеличения частоты вращения. Как посредством наддува, так и вследствие более высокой частоты вращения в двигатель подается большее количество воздуха или заряда в единицу времени, мощность при этом приблизительно пропорциональна расходу воздуха. В обоих случаях повышение мощности наталкивается на определенные границы, которые обус­ловлены уровнем развития. Мощность двигателя внутреннего сго­рания

при этом константы С1 и С2 зависят от системы мер и тактности двигателя. Здесь Nе — эффективная мощность; z — число цилин­дров; Vh — рабочий объем цилиндра; ре — среднее эффективное давление; п — частота вращения; S — ход поршня; Fп — площадь поршня; ст — средняя скорость поршня.

У данного двигателя, для которого z, Fп и S неизменны, мощ­ность можно повысить увеличением п или ст, а также увеличением ре. При повышении частоты вращения п или соответственно сред­ней скорости поршня ст возрастают вызванные силами инерции напряжения пропорционально ст2. Повышение среднего эффектив­ного давления ре путем наддува приводит к росту газовых сил (максимального давления сгорания), последние возрастают ли­нейно с увеличением количества заряда, т. е. с повышением мощ­ности; при этом индикаторная диаграмма благодаря наддуву становится полнее. Начиная с определенного уровня воздействие сил от давления газов легче преодолимо, чем сил инерции.

Термическая напряженность повышается как. с увеличением частоты вращения, так и с увеличением степени наддува примерно в равном соотношении с повышением мощности. Высокие средние скорости поршней обусловливают необходимость иметь небольшую массу деталей кривошипно-шатунного механизма, что достигается хорошо отработанной конструкцией и высококачественными мате­риалами. Наддув же выдвигает требование усиления конструкции для воспринятая повышенных давлений газов. Несмотря на то, что при наддуве удельная масса, как правило, уменьшается, — мощность возрастает сильнее, чем соответственно требуемое при­ращение общей массы, — это приводит к созданию более надежных в эксплуатации двигателей.

Обратное воздействие увеличения мощности посредством над­дува с одной стороны и посредством форсировки по частоте враще­ния с другой стороны может быть пояснено следующим упрощен­ным сравнением. Средние эффективные давления от 10 бар (четы­рехтактные двигатели с принудительным зажиганием без наддува) до 12 бар (четырехтактные дизели с умеренным наддувом), равно как и средние скорости поршней, от 10 м/с (дизели на грузовом автотранспорте) до 14 м/с (карбюраторные двигатели на легковых автомобилях), характеризуют технический уровень современных двигателей. А средние скорости поршней от 20 м/с и выше встре­чаются лишь на двигателях гоночных автомобилей, т. е. на двига­телях, которые отдают высокую мощность кратковременно и кото­рые могут иметь небольшие межремонтные периоды. В то же время средние эффективные давления от 18 до 20 бар и выше при умерен­ных значениях средней скорости поршня применяются на четырех­тактных дизелях, имеющих наиболее высокие длительные нагрузки (в частности, на судовых дизелях).

Преимущества наддува при заданной мощности:

1) меньшие габариты: двигатель короче из-за меньшего числа цилиндров;

2) меньшая масса двигателя и соответственно меньшая удель­ная масса на единицу мощности;

3) более высокий к. п. д. двигателя при турбонаддуве;

4) меньшая стоимость на единицу мощности, особенно у высо­комощных двигателей;

5) холодильники меньших размеров, поскольку при одинаковой мощности необходимо отводить меньше тепла, чем у двигателя без наддува;

6) газовая турбина сама по себе заметно снижает шум выхлопа;

7) меньшее падение мощности при понижении плотности окру­жающего воздуха;

8) лучшее качество отработавших газов при неизменном спо­собе организации рабочего процесса.

К недостаткам наддува относятся:

1) более высокие механические и тепловые нагрузки, чем у двигателей без наддува;

2) при определенных условиях менее благоприятное протекание кривой крутящего момента двигателя, особенно при высоких сте­пенях наддува;

3) при определенных условиях худшая приемистость.Последние два недостатка характерны только для турбонаддува.

Системы наддува можно классифицировать по:

1) виду привода нагнетателя;

2) конструкции нагнетателя;

3) типу связи между над­дувочным агрегатом и двигателем;

4) принципу действия двигателя.

Привод нагнетателя может осуществляться:

а) от постороннего источника (вспомогательный двигатель, электродвигатель) — по­сторонний наддув;

б) от самого двигателя (мощность отбирается от коленчатого вала) — механический наддув;

в) от турбины, приво­димой выпускными газами — турбонаддув;

г) без нагнетателя по­средством обменника давления — способ «Компрекс».

Конструкция нагнетателя:

а) объемные нагнетатели: поршне­вые и роторные, например воздуходувка типа Рут, винтовой ком­прессор и др.;

б) лопаточные нагнетатели: радиальные, осевые или полуосевые.

Тип связи между наддувочным агрегатом и двигателем и способ отбора мощности:

а) нагнетатель соединен с валом двигателя, тур­бина отсутствует, отбор мощности от коленчатого вала — механи­ческий наддув;

б) нагнетатель соединен с турбиной, наддувочный агрегат свободный, т. е. не имеющий механической связи с двига­телем, отбор мощности от коленчатого вала — свободный турбо­наддув;

в) нагнетатель, турбина и коленчатый вал двигателя меха­нически связаны, отбор мощности от коленчатого вала — комбини­рованный двигатель; г) нагнетатель соединен с коленчатым валом двигателя, отбор мощности от вала турбины — генератор газа.

Принцип действия двигателя: а) двигатель с принудительным зажиганием; дизель; б) четырехтактный; двухтактный.

Очень многие из приведенных выше комбинаций, например комбинированная установка, состоящая из двухтактного дизеля, компрессора объемного типа и газовой турбины, были опробованы экспериментально, однако лишь немногие варианты оказались выгодными для практического применения. Особенно удачным яви­лось соединение поршневого двигателя с наддувочным агрегатом, включающим в себя радиальный компрессор и газовую турбину, так как поршневая машина хорошо приспособлена для малых объемов и высоких давлений, а лопаточные машины наоборот — для больших объемов и низких давлений.