Глава 1 основные положения

1.1. Введение в проблему наддува двс.

Из теории ДВС известно, что мощность двигателя (Р_е) определяется следующим выражением:

где низшая теплота сгорания топлива, количество воздуха, теоретически необходимое для полного и совершенного сгорания данного топлива, тактность двигателя (4 или 2) и число цилиндров, рабочий объём цилиндра, коэффициент избытка воздуха, соответственно, коэффициент наполнения, индикаторный и механический к. п. д., плотность наддувочного воздуха, частота вращения коленчатого вала, константа.

Анализ этого выражения показывает, что мощность двигателя можно увеличить, увеличивая число цилиндров при сохранении размеров цилиндра, или увеличивая рабочий объём цилиндра , т. е. его размеры, или увеличивая частоту вращения коленчатого вала , или создавая вместо четырёхтактного двигателя двухтактный, т. е. меняя , или применяя эти методы совместно. Однако, очевидно, что в этом случае меняется конструкция двигателя, меняются масса и габариты двигателя.

Усовершенствованием рабочего процесса, изменением вида применяемого топлива, усовершенствованием конструкции двигателя при тех же размерах, т. е. изменением коэффициента наполнения, механического к. п. д., индикаторного к. п. д., изменением коэффициента избытка воздуха, иначе, изменением качества рабочего процесса , конечно можно влиять на выходную мощность. Однако эти мероприятия на достигнутом уровне развития ДВС позволяют менять развиваемую мощность лишь на проценты.

Наиболее эффективным путём повышения мощности двигателя без существенного изменения его габаритов и массы, при сохранении уровня инерционных нагрузок (т. е. без повышения частоты вращения), при данной тактности двигателя, является повышение плотности воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя для сгорания топлива. Увеличивая массовый заряд цилиндра воздухом, т. е. в конечном итоге окислителем, можно пропорционально увеличивать количество топлива, которое удаётся сжечь в цилиндре для получения тепловой энергии и последующего её преобразования в механическую работу. Наддув весьма существенно влияет на повышение мощности двигателя. Действительно, в настоящее время достигнуты уровни наддува, позволяющие поднять плотность воздуха до 4 кг/м³ и более, т. е. почти четырёхкратно повысить мощность двигателя при практически тех же габаритных и массовых показателях.

Мощность двигателя через среднее эффективное давление (р_{m e}) выражается следующим образом

где константы и зависят от системы мер и тактности двигателя, S – ход поршня, - площадь поршня, - средняя скорость поршня.

1.2. Двигатели со всасыванием из атмосферы

и двигатели с наддувом.

На основании приведённой выше информации отметим возможность существования двух типов двигателей – двигатели с естественным всасыванием из атмосферы (или двигатели без наддува) и двигатели с наддувом (рис. 1.1., соответственно схема 1 и схема 2).

Рис. 1.1. Принципиальные схемы дизелей без наддува (1), т. е. с естественным всасыванием из атмосферы, и с наддувом (2). На рис. обозначено: В – воздух, Ф – фильтр, кл– клапан впускной, К – компрессор, Т – трубопровод впускной.

У двигателя без наддува количество воздуха (и соответственно кислорода) для окисления (сгорания) топлива определяется величиной наполнения его цилиндра, который имеет определённый объём (V_h). Наполнение цилиндра в данном случае зависит от сопротивления воздушного фильтра (Ф), от длины и качества выполнения впускного канала, от размера и конструктивных особенностей впускного клапана (Кл), вообще от гидравлических потерь на впуске в цилиндр, от качества очистки цилиндра от отработавших газов цикла, предшествовавшего данному, от степени нагрева воздуха от стенок впускного коллектора и цилиндра, а также от рациональности выбранных фаз газообмена (моментов, законов и продолжительности открытия – закрытия впускных и выпускных клапанов).

У двигателя с наддувом для обеспечения повышения давления воздуха на впуске в цилиндр необходим компрессор (К) той или иной конструкции. При этом желательно иметь компрессоры достаточно высокооборотные для уменьшения их габаритов и массы. Компрессор создаёт в трубопроводе (Т) повышенное давление воздуха, повышает его плотность, а значит, при прочих равных условиях, повышает массовый заряд цилиндра воздухом. Благодаря этому в цилиндре того же размера можно сжечь больше топлива, получить более высокую тепловую энергию, более высокий уровень механической работы.

Иначе, от двигателя с наддувом тех же размеров и той же массы, что и двигатель с естественным всасыванием, можно получить более высокую мощность, что и является важнейшим достоинством такого двигателя, особенно при применении его на автомобильном транспорте. При сравнении двух двигателей с одинаковой мощностью двигатель с наддувом имеет преимущество в существенном уменьшении габаритов и массы (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Сравнение габаритов двух дизелей одинаковой мощности. 1 – двигатель без наддува, имеющий 8 цилиндров, 2 – двигатель с наддувом, имеющий 5 цилиндров.