Недостаток возрастания склонности к детонации при наддуве, имеющийся у двигателей с принудительным зажиганием, у дизелей отсутствует.
Однако и здесь наддув автомобильных двигателей до настоящего времени применялся сравнительно редко.
Для механического наддува пригодны только объемные компрессоры. Например, дизели, выпускавшиеся в больших количествах фирмой «Заурер АГ» (г. Арбон), оснащались винтовыми компрессорами, приводимыми через клиноременную передачу. Позднее клиноременная передача была заменена зубчатой (рис. 11.6), причем впоследствии между передачей и компрессором была даже включена гидравлическая муфта.
Из рис. 11.7 видно, что хотя дизель типа DIKL с наддувом имеет мощность лишь на 19% более высокую, чем дизель со свободным всасыванием типа D1K, но протекание кривой крутящего момента двигателя с наддувом значительно благоприятнее, так как, очевидно, высокое давление наддува при повышенных частотах вращения используется неполностью. При сравнении значений максимальной мощности обоих двигателей следует еще иметь в виду, что двигатель с наддувом, вероятно, для ограничения нагрузки на кривошипно-шатунный механизм, имеет меньший на 2 мм диаметр цилиндра и что двигатель без наддува допускает более высокую частоту вращения.
Замедленное по сравнению с двигателями больших мощностей внедрение турбонаддува на дизелях, предназначенных для грузового автотранспорта, связано не только с худшей разгонной характеристикой. К. п. д. компрессора и турбины, как у всех машин, использующих энергию потока, понижается с уменьшением их размеров, вследствие чего применение наддува на автомобильных дизелях не могло бы быть столь же эффективным, как на двигателях больших размеров. Потребовалось длительное время, прежде чем были созданы турбокомпрессоры малых размеров с достаточно высокими к. п. д. У высокооборотных малоразмерных двигателей достигаемое с помощью наддува уменьшение удельных (отнесенных к мощности) массо-габаритных и стоимостных показателей долгое время было менее значительно по сравнению с аналогичным уменьшением у более крупных двигателей. Кроме того, для применяемых на грузовых автомобилях дизелей важной является и их способность действовать в качестве тормоза, которая у двигателей с турбонаддувом хуже, чем у двигателей со свободным всасыванием или с механическим наддувом при равной мощности.
Так как падение мощности у двигателей с турбонаддувом при увеличении высоты значительно меньше, чем у двигателей без наддува или с механическим наддувом, то применение первых имеет особые преимущества в высотных условиях эксплуатации.
После того как фирма «Заурер АГ» завершила длительные испытания двигателей с турбонаддувом, в 1972 г. дизель типа DIKL с винтовым компрессором был окончательно заменен дизелем типа D1KT, оснащенным турбокомпрессором (рис. 11.8). Определяющим для этого решения было то, что к этому времени были созданы компактные, обладающие высоким к. п. д. и небольшой стоимостью турбокомпрессоры.
Как видно из рис. 11.8,габаритные размеры турбокомпрессора, не требущего для установки специальных кронштейнов и просто крепящегося на выпускном трубопроводе, малы по отношению к габаритным размерам двигателя. Преимуществами двигателя с турбонаддувом являются более высокая мощность и меньший расход топлива (рис. 11.9), а также отсутствие механической передачи для привода компрессора и меньшие затраты на настройку наддувочного агрегата. С точки зрения приемистости и эффекта торможения двигателем при езде под гору предпочтительнее остается двигатель с механическим наддувом. Другие примеры характеристик крутящего момента и топливной экономичности автомобильных дизелей с турбонаддувом.
На примере автомобильного дизеля фирмы MAN видно, что применение навешенного турбокомпрессора при искусном размещении трубопроводов лишь незначительно увеличивает габаритные размеры дизеля по сравнению с двигателем без наддува (рис. 11.10).
У некоторых автотранспортных дизелей степень наддува была повышена настолько, что стало целесообразным применение охлаждения наддувочного воздуха. После того как в некоторых случаях было испытано применение отдельного контура охлаждающей воды для охладителя наддувочного воздуха (отдельный контур обычно используется на тепловозных дизелях для того, чтобы поддерживать температуру воды для охладителя наддувочного воздуха ниже уровня температуры воды, идущей на охлаждение двигателя), в последнее время применяются охладители наддувочного воздуха типа воздух — воздух (рис. 11.11). Охлаждение наддувочного воздуха позволяет значительно повысить мощность без заметного увеличения термической нагрузки. У двигателя, изображенного на рис. 11.11, примечательным является благоприятное повышение крутящего момента (пропорционального среднему эффективному давлению) при снижении частоты вращения — рис. 11.12 [11.6].
Вентилятор охладителя наддувочного воздуха приводится от небольшой воздушной турбины, на вращение которой затрачивается около 5% наддувочного воздуха. Как указывает фирма БАР [11.7 ], при охлаждении наддувочного воздуха способом воздух—воздух могут быть достигнуты температуры на впуске двигателя, лишь на 15° С превышающие температуру внешнего воздуха.
Несмотря на то, что двухтактный двигатель не так хорошо подходит для наддува, как четырехтактный, встречаются отдельные автомобильные двухтактные дизели, оснащенные турбокомпрессором, правда, в сочетании с механически приводимым компрессором [11.8]. Увеличение мощности с помощью турбокомпрессора в указанном примере составляет только 13% (ре = 7,6 бар против 6,7 бар); основное преимущество от применения турбонаддува в этом случае заключается в уменьшении расхода топлива. ТК и механический компрессор сконструированы таким образом, что при высоких нагрузках двигателя отбор мощности на привод механического компрессора сильно уменьшается. Благодаря этому расход топлива улучшается примерно на 6%. При этом следует отметить, что расход топлива этого двухтактного двигателя, составляющий примерно 230 г/(кВт•ч), еще относительно высок по сравнению с четырехтактным двигателем такой же мощности. Общий вид этого двигателя с механическим и газотурбинным наддувом показан на рис. 11.13 [11.9].
|