Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского Факультет ракетно-космических летательных аппаратов Кафедра 401

А.М. Грушенко

НАДДУВ ДВИГАТЕЛЕЙ

ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Учебное пособие

по курсам “Агрегаты наддува ПДВС” и

“Автомобильные двигатели и их системы”

Харьков 2008.

У Т В Е Р Ж Д Е Н О

РИС Учёного совета

Российского университета

дружбы народов.

Р е ц е н з е н т ы:

доктор технических наук, профессор Н. А. Иващенко,

кандидат технических наук Е. Г. Пономарёв.

Патрахальцев Н. Н.

Наддув двигателей внутреннего сгорания: Учебное пособие. - М.: Изд-во РУДН, 2003.-319 с., ил.

ISBN 5-209-01501-7

В пособии содержится лекционный материал, читаемый студентам первого курса магистратуры направления “Энергомашиностроение”, а также практические задачи и упражнения, необходимые для лучшего усвоения материала.

В пособии изложены основные положения форсирования двигателей внутреннего сгорания путём использования различных систем наддува. Рассмотрены основные схемы комбинированных ДВС, основные схемы применяемых для наддува компрессоров. Проанализированы мероприятия, проводимые при модернизации двигателей оснащением их разными системами наддува, проводится анализ систем наддува как дизелей, так и двигателей с принудительным зажиганием, рассматривается влияние системы наддува на тяговые характеристики двигателей.

Материалы пособия могут быть полезны при изучении курсов “Теория рабочих процессов ДВС”, Теория комбинированных ДВС, “Установки с ДВС”, “Конструирование ДВС”, “Эксплуатация установок с ДВС”.

Подготовлено на кафедре комбинированных ДВС (двигателей внутреннего сгорания) Российского университета дружбы народов.

В данном электронном учебном материале изложен конспект лекций по дисциплине «Теория комбинированных ДВС».

Практическая часть учебного материала изложена в сборнике задач и решений « Наддув ДВС, задачи и решения», также выложенном в электронном виде.

……………………………………..

Издательство Российского университета дружбы народов, 2003 г.

Н. Н. Патрахальцев , 2002 г.

Издательство Российского университета дружбы народов, 2006 г.

Н. Н. Патрахальцев , 2006 г.

Введение

Для стационарных дизелей, т. е. таких, которые не связаны с автомобильным транспортом, тракторами, вообще транспортными, т. е. подвижными, мобильными установками, параметры веса или даже габариты не играют существенной роли. У таких установок ни весовые, ни габаритные ограничения как правило, практически не существуют. Поэтому повышение их мощности с одновременным увеличением габаритов и веса, насыщение установок тяжёлым вспомогательным оборудованием не составляют особой проблемы.

Иначе обстоит дело с установками транспортного назначения, установками, требующими высоких динамических качеств, когда возникает необходимость не только снижения массы двигателя, но и уменьшения его габаритов при высокой мощности и низкой инерционности. Создатели автомобилей требуют всё более мощных двигателей при пониженных весовых и габаритных показателях. Конечно, использование более прочных материалов при более низкой их плотности, применение вспомогательных механизмов и в целом двигателя более рациональных конструкций позволяют снизить массу установки. Но наиболее радикальным средством улучшения удельных мощностных показателей (массовых или габаритных) является всё же наддув двигателя. Под наддувом понимается зарядка цилиндров двигателя повышенным количеством воздуха, подаваемым от того или иного источника давления, что обеспечивает сжигание в нём повышенного количества топлива, а значит получение повышенной мощности в практически тех же весовых и габаритных ограничениях. Наддув дизелей широко применяется на установках военного назначения, установках различного специального назначения. Сегодня практически все современные даже тракторные, т. е. сравнительно дешёвые, двигатели также выполняются с наддувом.

Наддув применяется также и для бензиновых двигателей (двигателей с принудительным зажиганием), хотя и менее существенного уровня и значительно реже, чем для дизелей. Наддув может применяться не только для повышения мощности или экономичности двигателя, но и для снижения токсичности и дымности его выбросов. В соответствии с законодательством ряда стран, в условиях с ограниченным воздухообменом (парники, шахты, карьеры, тоннели и т. д.) разрешено применение лишь дизелей с наддувом, применяемым в этом случае для повышения экологических качеств установок с дизелями.

Двигатели с наддувом называют комбинированными двигателями. Под комбинированным двигателем понимается сочетание в одном агрегате поршневого ДВС, лопаточных и поршневых машин сжатия, расширения, теплообменников. Т. е. комбинированный двигатель может содержать поршневую часть, газовые турбины, компрессоры, детандеры, охладители или нагреватели рабочего тела. Причём, термодинамически в таком двигателе единое рабочее тело совершает соответствующий единый рабочий цикл. В комбинированном двигателе тепло, полученное от сгорания соответствующего топлива, преобразуется в механическую работу. Полезная механическая работа может в общем случае сниматься с коленчатого вала поршневой машины, с вала газовой турбины или с обоих валов (в последних двух случаях двигатель называют турбокомпаундным).

Следует отличать комбинированный двигатель от комбинированной силовой установки. Например, корабельная силовая установка состоит из дизеля, связанного с редуктором, к которому подсоединён также вал силовой газовой турбины. Полезная мощность поступает на винт – движитель корабля. В этом случае в цилиндрах дизеля “работает” одно рабочее тело, совершается один рабочий процесс, совершается соответствующий рабочий цикл дизеля, а в газовой турбине совершается другой рабочий цикл с другим рабочим телом. Свойства этих рабочих тел друг от друга не зависят. В комбинированном двигателе рабочий цикл совершается единым рабочим телом. После сгорания в цилиндрах двигателя горячие газы поступают на лопатки газовой турбины, она развивает полезную мощность, которая (полностью или частично) тратится на привод компрессора, сжимающего воздух, который после охлаждения в теплообменнике поступает в цилиндры поршневого двигателя. Таким образом, комбинированный двигатель (КДВС) – это двигатель прежде всего с наддувом.

Задача настоящего учебного пособия – помочь студентам, магистрантам, аспирантам разобраться с особенностями систем наддува, с особенностями возможных схем комбинированных двигателей. Оно призвано научить читателя понимать, почему для силовой установки данного типа и назначения применяется та или иная схема комбинированного двигателя, выбирать соответствующую схему комбинированного двигателя для данного эксплуатационного назначения двигателя.