5.2. Компрессия в цилиндре

К ак показано выше, увеличение плотности воздушного заряда приводит к увеличению его количества в цилиндре в начале процессов сжатия – сгорания. Следовательно, у двигателя, модернизированного наддувом, будут возникать повышенные давления и температуры конца сжатия, а следовательно и в конце процесса сгорания. Повышенные давления в цилиндре приводят к росту механических нагрузок на поршни, на поршневые кольца, подшипники верхней и нижней головок шатуна и, наконец, на коленчатый вал и его подшипники. Очевидно, что желательно было бы в двигателе с наддувом иметь такие механические и термические нагрузки, которые выдерживает двигатель исходной, базовой модификации, т. е. без наддува. Для этого необходимо, чтобы давления и температуры в цилиндре в конце сжатия были примерно равны аналогичным параметрам двигателя без наддува. Сравним, какие уровни давлений и температур могут иметь место в цилиндре двигателя, если его оснащают системой наддува того или иного уровня. На графиках рис. 5.1. показаны результаты расчётного определения давлений и температур конца сжатия в зависимости от степени сжатия () и уровня наддува (_к).

Рис. 5.1. Зависимость давления и температуры сжатия в цилиндре от степени сжатия при разных условиях на впуске.

Расчёты проведены при допущении, что показатель политропы сжатия (n) равен 1,45. Как видно из графиков, при степени сжатия, равной например, 16, в двигателе без наддува достигается давление (р_с) порядка 58 бар, а температура конца сжатия Т_с=1031 К или t_с=758 ⁰С. Следуя характеристикам графика, можем определить, что при степени наддува порядка 1,5 (р_к=1,5 бар), давление в цилиндре возрастает до 87 бар, а температура – до 1150 К или 877 ⁰С. Т. е. давление сжатия превышает уровень давления двигателя без наддува на 50%. В результате этого максимальное давление (р_z) цикла двигателя с наддувом может увеличиться от уровней порядка 110 бар, что является нормальным для двигателя без наддува, до 140 – 150 бар, что приведёт к существенным перегрузкам деталей двигателя с наддувом. (Причём, этот анализ проведён при допущении, что степень повышения давления при сгорании (=р_z/р_с) у наддувного дизеля несколько снижается, благодаря отмеченному ранее некоторому “смягчению” процесса сгорания в двигателе с наддувом). Следовательно, для того, чтобы двигатель мог выдержать эти нагрузки нужно провести соответствующие упрочнения его поршней, цилиндров, шатунных и коренных подшипников, самого коленчатого вала, системы охлаждения двигателя и т. д. Т. е. по - существу речь идёт о создании практически нового двигателя. Чтобы избежать этого осложнения, обычно идут по пути снижения давления и температуры конца сжатия модернизируемого наддувом двигателя, обычно до уровня двигателя без наддува. Достигается это прежде всего путём уменьшения степени сжатия.

Оговоримся здесь, что с точки зрения термодинамики, снижая степень сжатия в поршневой части комбинированного двигателя, мы не снижаем КПД цикла комбинированного двигателя по сравнению с двигателем без наддува, т. е. суммарная степень сжатия (и в компрессоре, и затем в поршневой части КДВС - не уменьшается).