Свободно вращающийся турбокомпрессор можно рассматривать как газовую турбину, не создающую мощности, для которой двигатель образует камеру сгорания.
В последнее время под наименованием «Гипербар» стал известен способ наддува, при котором к газовой турбине помимо выпускных газов двигателя внутреннего сгорания подводится непосредственно из компрессора воздух, нагреваемый за счет сжигания топлива в камере сгорания. Такие идеи о применении камеры сгорания сами по себе не новы, но в более ранних предложениях камера сгорания использовалась либо на эксплуатационных режимах, при которых к турбине подводится слишком мало энергии с выпускными газами (в связи со слишком низкой температурой отработавших газов), либо в том случае, когда с газовой турбины снималась добавочная полезная мощность.
Как видно из рис. 9.21, при системе наддува по методу «Гипербар» поступающий из компрессора поток воздуха разделяется на наддувочный, подаваемый в двигатель, и дополнительный, проходящий через перепускной канал и смешивающийся затем с выпускными газами; этот дополнительный воздух нагревается в камере сгорания и подводится к турбине.
Система наддува «Гипербар» характеризуется следующими особенностями.
1. Дизель имеет низкую степень сжатия (? ? 1 : 7), для того чтобы несмотря на высокое давление наддува ограничить давление в цилиндре.
2. Турбокомпрессор имеет очень высокую степень повышения давления воздуха (до 5 : 1; система наддува при необходимости двухступенчатая) и может запускаться с помощью электродвигателя. За счет перепуска воздуха помимо двигателя и впрыска топлива в камеру сгорания турбокомпрессор может работать и при выключенном двигателе.
3. Для пуска двигателя охладитель наддувочного воздуха отключается, и воздух (вследствие низкой степени сжатия в цилиндре) подогревается. При эксплуатации нет необходимости в предварительном подогреве в связи с тем, что воздух нагревается в компрессоре, имеющем высокую степень повышения давления; наддувочный воздух, наоборот, охлаждается.
4. Впрыск топлива в камеру сгорания и перепуск воздуха регулируются по определенным заданным закономерностям (рис. 9.22). Небольшое запальное пламя постоянно горит в камере сгорания.
Преимуществами этого способа являются: высокое среднее эффективное давление (до 30 бар) при максимальном давлении сгорания, не превышающем 140 бар (рz/ре ? 4,65), высокая удельная мощность, умеренная тепловая нагрузка (предположительно вследствие низкого сжатия в двигателе в сочетании с высоким сжатием в компрессоре и низкой температурой наддувочного воздуха), благоприятный характер изменения крутящего момента и хорошая приемистость двигателя, так как давление наддува поддерживается высоким и на режимах малых нагрузок.
Недостатком является высокий расход топлива во всем диапазоне нагрузок, который вследствие низкой степени сжатия значительно выше, чем при обычной системе наддува, также и на тех режимах работы, при которых камера сгорания отключена или при которых горит только запальное пламя. В качестве оптимальных указываются значения ge, равные 231 г/(кВт•ч) [170 г/(л. с. ч) ] для двигателя с малыми базовыми размерами и 227 г/(кВт•ч) [167 г/(л. с.ч)] для двигателя с большими базовыми размерами (рис. 9.22), т. е. даже оптимальные значения, достигаемые при отключенной камере сгорания, примерно на 20 г/(кВт-ч) выше, чем у двигателя с обычным турбонаддувом.
|