2. Наддув двигателей внутреннего сгорания

2.1. Виды наддува

На сегодняшний день образовалось четыре основных вида наддува:

• динамический наддув;

• наддув приводным нагнетателем;

• «Компрекс»;

• газотурбинный наддув.

Динамический наддув

Позволяет увеличить мощность двигателя с помощью давления волн во впускном трубопроводе. Для повышения плотности свежего заряда, подаваемого в цилиндры двигателя, используются колебательные волны в системах впуска и выпуска. Колебания в трубопроводах образуются благодаря циклическому следованию процессов в цилиндре.

Для динамического наддува необходимо задать впускному тракту такие геометрические параметры, чтобы в момент закрытия впускного клапана около него была волна сжатия. То же самое происходит в выпускном тракте, только там нужно создать волну разрежения, что бы улучшилась очистка цилиндров.

При правильном выборе геометрических параметров с помощью динамического наддува, можно увеличить эффективную мощность двигателя на 5…12%.

Наддув приводным нагнетателем

Является одним из эффективных способов повышения мощности. Данный вид наддува в основном используется на судовых и стационарных двигателях, но благодаря развитию современных технологий он всё чаще используется на бензиновых автомобильных двигателях.

Приводной нагнетатель (ПН) – это агрегат, который обеспечивает быструю передачу воздуха, создавая при этом повышенное давление, необходимое для наддува. Отличительная особенность всех ПН в том, что они имеют жёсткую связь с коленчатым валом двигателя и приводится в работу через ременной привод или звёздную передачу. Имея жёсткую связь с коленчатым валом, приводной нагнетатель обеспечивает более высокое давление наддува на небольших частотах вращения двигателя, что улучшает динамические качества транспортных средств, при этом уменьшаются выбросы сажи в окружающую среду. Мощность компрессора при его механическом приводе непрерывно растёт с ростом давления наддува, что также является преимуществом таких агрегатов наддува. Наибольшее распространение среди приводных нагнетателей получили объёмные и центробежные компрессоры.

Объёмные компрессоры. Компрессоры с вращающимися рабочими частями, называемые ещё роторными. Объёмные компрессоры делятся на несколько типов.

П ластинчатые компрессоры. Агрегаты такого типа часто применяются для наддува бензиновых ДВС. Применение таких компрессоров для наддува дизельных двигателей ограничивается максимально достижимой частотой вращения, проблемой смазывания и охлаждения.

Достоинствами таких компрессоров являются возможность подавать воздух мгновенно в начале вращения вала двигателя, пропорциональное увеличение производительности компрессора с ростом потребности в надувочном воздухе двигателя. Конструкция компрессора сравнительно проста и дёшева, а его габариты приемлемы для двигателей с наддувом. Пластинчатые компрессоры обеспечивают повышение давления наддува до 0,5…0,6 бар.

Лопастные компрессоры. Наиболее широко, в сравнении с другими объёмными компрессорами, применяются в ДВС для наддува. Компрессор такого типа был предложен ещё в XIX веке англичанином Roots. Поэтому такие компрессоры получили название «Рутс».

Достоинством компрессора типа «Рутс» является то, что его роторы в корпусе и друг относительно друга работают с зазорами. Благодаря этому в роторах отсутствуют силы трения, не требуется смазывание и охлаждение роторов. Следствие этого – высокая надёжность и долговечность таких машин. Материалы компрессоров «Рутс» более дёшевы, так как не должны иметь высокой термической и механической прочности.

С ледует принять во внимание, что из-за механической связи с коленчатым валом, такие компрессоры предпочтительны для наддува бензиновых двигателей, благодаря высоким показателям ускорения, которые они обеспечивают двигателю. Частота вращения компрессоров «Рутс» достигает 18 000 мин^-1.

При частоте вращения порядка 1 500 мин^-1 роторы компрессора такого типа, переносят порядка 9 000 м³ в час.

В интовые компрессоры. Конструктивно винтовые компрессоры близки к лопастным компрессорам. В сравнении с компрессорами типа «Рутс» винтовые компрессоры имеют более высокий КПД (включая механические потери на трение до 82%) и допускают более высокие степени повышения давления воздуха.

К преимуществам винтовых компрессоров относится их компактность, достигаемая высокой быстроходностью, а также отсутствие систем охлаждения (имеется только воздушное охлаждение) и смазывания.

Ц ентробежные компрессоры. Центробежный компрессор является одной из частей турбокомпрессора (более подробное описание в главе «Газотурбинный наддув»). Ротор центробежного компрессора может вращаться со скоростью от 15 000…200 000 мин^-1, в зависимости от размеров компрессора.

Преимуществом центробежных компрессоров является их низкая масса и малые габариты. Механический привод компрессора обеспечивает приёмистость двигателя. В то же время размещение на двигателе механического привода является сложной и дорогостоящей проблемой.