книги из ГПНТБ / Теория поршневых двигателей внутреннего сгорания Метод. пособие

нения, а это дает возможность увеличить количество заряда топ­ лива. Одновременное увеличение, при наддуве, как воздуха, так и топлива при одинаковом коэффициенте избытка воздуха, по сравнению с двигателями без наддува, обусловливает сохранение

заключаются основные свойства и особенности двигателей с над-

О 11о

2

наддува становится меньше, если нагнетатель кинематически связан с двигателем — механический наддув (рис. 93а) или бу­

210

дет такой же и даже лучше, если нагнетатель не связан кинема­ тически с двигателем и приводится в движение газовой турбиной, работающей на выхлопных газах двигателя — газотурбинный наддув (рис. 936).

двигатель превращается в генератор газа, снабжающий выхлоп­

классификация двигателей с наддувом, примерно такого порядка.

ваемый нагнетателем; в этом случае впускные органы специально констру­

ществления этого необходимо соответственно подобрать (расчетом) размеры трубопровода и фазы газораспределения; при этом наддув обеспечивается только на расчетном режиме; необходимая длина трубопровода получается сравнительно большой — I — 5 м и более.

наличие нагнетателя, подающего свежий заряд в рабочий цилиндр под давлением выше атмосферного на всем протяжении процесса наполнения. Наддув, в зависимости от давления его рк ата, при-

14* 211

пято, для современных условий, подразделять на умеренный или

Приводим пример классификации степеней наддува двигателей [1 ; 1 0 ]; в этой схеме (табл. 26) через 6 В обозначена относительная мощность наддувочного агрегата, представляющая собою мощ­ ность, потребляемую нагнетателем, отнесенную к мощности, раз­ виваемой двигателем.

Заметим, что для современных двигателей под термином наддув подразумевается только полный и высокий наддув.

Механический и газотурбинный наддув имеют свои преиму­ щества и недостатки, что и определяет область их применения, также как и необходимость комбинации обоих способов для опреде­ ленных типов двигателя.

При механическом наддуве (рис. 93а) нагнетатель, имея при­ вод от двигателя, работает сравнительно с большим собственным числом оборотов (свыше 1 0 0 0 0 об/мин), что обеспечивает как за­ пуск, так и наддув на всех режимах работы двигателя, но основ­ ным недостатком такого наддува является потребление мощности па привод нагнетателя, а следовательно понижение экономичности двигателя.

При газотурбинном наддуве (рис. 936), наддув эффективен только на расчетном режиме, а при запуске и на малых нагрузках почти отсутствует, так как количество и параметры выхлопных газов недостаточны для нормальной работы газовой турбины — она не развивает числа оборотов, необходимого для надлежа­ щей работы нагнетателя. На расчетном режиме и близком к нему газотурбинный наддув обеспечивает сохранение экономичности дви­ гателя или даже улучшает ее, если мощность турбины превышает мощность, потребляемую нагнетателем, а излишек передается на коленчатый вал двигателя.

Особенно затруднительно осуществление газотурбинного наддува в 2 -тактных двигателях как по условиям запуска, так по условиям протекания рабочего процесса и работы на разных режимах

(рис. 95).

Поэтому для 4-тактных двигателей, работающих на переменном режиме, а также для 2 -тактных двигателей, оказалось целесообраз­ ным применение комбинированного наддува — в различных вари-

212

Таблица 26

213

антах, в зависимости от условий работы. Некоторые схемы комби­ нированного наддува представлены на рис. 96.

При наддуве 2 -тактных двигателей по схеме рис. 95а наддун осуществляется приводным поршневым нагнетателем, что обеспе­ чивает как запуск, так и работу на всех режимах; выхлопные га-

Рис. 95. Схемы основных способов наддува 2-тактных поршневых двига­ телей внутреннего сгорания,

о) Механический наддув с помощью нагнетателя, приводимого самим дви­ гателем. б) Газотурбинный с жесткой связью турбины с валом двигателя. в) Газотурбинный с муфтами, отключающими газотурбокомпрессор после запуска.

1 — поршневой ДВС; 2 -• газовая турбина, питаемая выхлопными газами; 3 — центро­ бежный нагнетатель; 4 — муфта сцепления нагнетателя с валом двигателя; 5 — муфта сцепления газовой турбины с нагнетателем; 6 — вал, связанный с коленчатым -«валом двигателя; 7 — поршневой компрессор.

зы используются в газовой турбине, кинематически связанной с коленчатым валом двигателя; на малых оборотах, при запуске и реверсе газовая турбина автоматически отключается от двигателя. Такая схема громоздка из-за наличия компрессора и неэкономич­ на, так как невозможно использовать всю потенциальную энергию турбины, вследствие ее жесткой кинематической связи с двига­ телем.

Схема наддува — рис. 956, при которой газотурбокомпрессор кинематически связан с коленчатым валом, обеспечивает запуск и работу двигателя на малых оборотах от центробежного компрес­ сора, а начиная с половинной нагрузки мощность турбины стано­ вится равной мощности компрессора; при дальнейшем росте наг­ рузки турбина передает избыток своей мощности на вал двигате­ ля, но количество нагнетаемого свежего заряда поэтому уже не возрастает.

Наддув 2-тактных двигателей наиболее целесообразно осу­ ществлять по схеме рис. 95в, по которой газотурбинный агрегат имеет две автоматически действующие муфты 4 и 5. Призапуске

214

и на малых нагрузках (или оборотах) -отключается муфтой 5 тур­ бина 2, а при достаточной мощности турбины муфта 4 отключает весь газотурбокомпрессор и одновременно включается муфта 5.

В комбинированной схеме рис. 96а, применяемой в 4-тактных двигателях, используется двухступенчатое сжатие свежего заряда,

а)

Рис. 96. Комбинированные схемы наддува поршневых двигателей внутреннего сгорания — двухступенчатое сжатие в комбинации механически приводимого нагнета­ теля с газотурбокомпрессором. а) 1-я схема: газотурбо­ компрессор (не связанный с двигателем— первая сту­ пень; механически приводимый нагнетатель — вторая

ступень).

б) 2-я схема: механически приводимый нагнетатель — первая ступень; газотурбокомпрессор — вторая ступень.

ре, а вторая в механическом центробежном нагнетателе. При такой схеме обеспечивается как запуск, так ,и работа на малых нагруз­ ках; при необходимости снизить наддув часть выхлопных газов вы­ пускается помимо турбины или отключается механический нагне­ татель.

В несколько усложненной комбинированной схеме, рис. 966, применяемой в 4-тактных и 2-тактных двигателях, двухступенчатое сжатие производится обратно вышеописанной схеме (рис. 96а) и, кроме того, предусмотрен автоматический клапан во впускном ре­ сивере. При запуске и на малых нагрузках с:вежий заряд поступает параллельно из обоих нагнетателей (а когда давление во второй

215

ступени превысит давление первой ступени, то автоматический кла­ пан 6 закроется и свежий заряд начнет сжиматься последовательно в двух ступенях — давление наддува возрастет; такая схема более надежна, чем первая (рис. 96а), но количество заряда на 1 оборот остается постоянным, так как имеется кинематическая связь нагне­ тателя с двигателем.

с использованием подпоршневого пространства; один из примеров дан на рис. 97.

6

Как уже отмечалось, охлаждение свежего заряда после нагнета­ теля повышает мощность и экономичность двигателя; по литератур­ ным данным, при охлаждении заряда на каждые 10°С эффективная мощность двигателя возрастает на 2,5%, но при этом усложняется конструкция и увеличивается сопротивление. Скорость свежего заряда в охладителях достигает 1 0 0 — 2 0 0 м/сек, а сопротивление при проходе через него достигает 0,015—0,05 кг/см2. Рекомендуется при высоких значениях Ян = 2 , снижать температуру свежего за­ ряда на Д^охл = 20°—60, применяя один охладитель, а при Ян > 2 применять 2 -ступенчатое охлаждение.

ОриентировочноТможно вычислить среднее индикаторное давление при наддуве р,-„ по формуле

с механическим нагнетателем и его термический к. п. д., уже раз­ бирались и представлены рис. 37 и формулой (30).

Эффективность механического наддува в основном зависит от типа нагнетателя. Мощность А^, затрачиваемая на привод нагнета­

в которой, кроме известных величин: R- =29,27; к'— 1,4; еще обозначено:

гы — общий к. п. д. нагнетателя; GB кг/сек. — расход воздуха

Расход воздуха равен

где: Vs м3 — объем рабочего цилиндра;

i, z, п, — число цилиндров, тактность и число оборотов ДВС;

217

Особенности работы нагнетателей определяют область их приме­ нения при механическом наддуве и выбор давления наддува рк. Объемные нагнетатели обеспечивают повышение литровой мощности

р'к —давление воздуха за нагнетателем, ата.

р 'к = рк -г ДРк.

Арк — величина сопротивления впускного тракта;

Арк — 0,05 — 0,3 кг/смг\

к = 1,40;

v0 — удельный объем воздуха,

218

Значение коэффициентов т]ад#, т)мк> y]vk— приведены в таблице 27; коэффициентов ®«, сра — в табл. 2 0 .

Таблица 27

Коэффициенты к)ад , Чмк, Ч™

4. ГАЗОТУРБИННЫЙ НАДДУВ ДВИГАТЕЛЕЙ

Газотурбинный наддув двигателей осуществляется посредством агрегата, состоящего из газовой турбины и центробежного нагне­ тателя, но при этом возможны три различных принципиальных

(рис. 32) обеспечивается тем, что выхлопные газы ДВС собирают­ ся перед турбиной в ресивере, объем которого значительно больше объема рабочих цилиндров, поэтому давление газов перед тур­ биной практически будет постоянным рт = const, но по длине вы­ пускного трубопровода, в процессе выпуска давление не будет постоянным — возникают волны давления. По этой схеме наддува

разом, чтобы обеспечить продувку цилиндров и использование волн давления. Исходя из этих соображений, увеличивают период перекрытия выхлопа и впуска (до 90— ISO' поворота коленчатого вала для 4-тактных ДВС) и объединяют в общий выхлопной тру­ бопровод те цилиндры, выхлопы которых не совпадали бы с перио­ дом продувки каждого из этих цилиндров (цилиндры не должны

219