Понятие о наддуве поршневых двигателей. Идеальный действительный и расчетный циклы поршневых двигателей

Наддув автомобильных двигателей позволяет значи­тельно форсировать двигатель по давлению ру, что дости­гается при повышении плотности рв воздушного заряда и соответствующем увеличении подачи топлива. Наддув осуществляется нагнетателем, чаще всего центробежным, который устанавливается на двигателе.

Степень форсирования двигателя наддувом оценивается давлением воздуха за нагнетателем рц или степенью по­вышения давления Яд, равной отношению давления рд к давлению воздуха на входе в нагнетатель.

При наддуве карбюраторных двигателей нагнетатель может устанавливаться перед карбюратором либо за ним. В первом случае воздух в карбюратор поступает под дав­лением, вследствие чего требуется обеспечить герметич­ность полостей карбюратора. При установке нагнетателя

Рис. 194. Принципиальные схемы систем наддува:

а — с приводным нагнетателем;

6 — со свободным турбонагнетателем;

в — с механической связью нагнетателя и турбины с коленчатым валом;

г— с двух­ступенчатым наддувом;

1 — приводной нагнетатель;

2 — турбонагнетатель;

3 — турбина

за карбюратором улучшается распыление топлива при прохождении смеси через нагнетатель и несколько умень­шаются затраты мощности на привод нагнетателя вслед­ствие сжатия смеси с отводом от нее теплоты при испаре­нии топлива. Однако в этом случае при прикрытой дрос­сельной заслонке ухудшаются условия испарения топ­лива и даже возникает возможность конденсации его па­ров, а также возможна неустойчивая работа нагнетателя из-за создания перед ним разрежения. Применение над­дува в карбюраторных двигателях ограничивается усло­виями возникновения детонационного сгорания.

Более перспективным является форсирование надду­вом дизелей. Степень их форсирования ограничивается тепловой и динамической напряженностью деталей цилиндропоршневой группы, которая возрастает с увеличе­нием давления наддува. При внедрении специальных конструктивных и технологических мероприятий, обеспе­чивающих работоспособность высокофорсированного ди­зеля, давление наддува может достигать р_н = 0,5 МПа.

Различают три системы наддува (рис. 194): с привод­ным нагнетателем, со свободным турбонагнетателем — газотурбинный наддув и с турбонагнетателем, имеющим механическую связь с коленчатым валом. При высоких давлениях наддува применяется также комбинированная двухступенчатая система наддува с приводным нагнета­телем и со свободным турбонагнетателем.

К недостаткам двигателя с приводным нагнетателем относятся некоторое ухудшение экономических показа­телей, обусловленное механическими потерями в редук­торе нагнетателя, и ограниченные возможности в компоновке нагнетателя на двигателе из-за необходимости сое­динения ротора нагнетателя с коленчатым валом.; Более перспективными считаются турбопоршневые двигатели (ТПД), имеющие газотурбинный наддув. По сравне­нию с двигателем, наддув которого осуществляется при­водным нагнетателем, ТПД со свободным турбонагнетателем обладает рядом преимуществ.

Он характеризуется более высокими экономическими показателями, что обусловлено дополнительным преобразованием части тепловой энергии выпускных газов в турбине, большими воз­можностями по компоновке агрегата наддува, так как не:требуется механическая связь его с коленчатым валом.

К недостаткам ТПД со свободным турбонагнетателем относится низкая приемистость из-за инерционности ро­тора турбонагнетателя. В отличие от двигателя с приводным нагнетателем, у которого с повышением давления наддува тормозная мощность возрастает в результате увеличения мощности на сжатие воздуха в нагнетателе, у ТПД тормозные качества хуже. С повышением степени форсирования ТПД его тормозная мощность практи­чески не изменяется и остается примерно такой же, как в двигателе без наддува.

В двигателях с высоким давлением наддува при р_н ³ 0,25 МПа целесообразно охлаждать наддувочный воз­дух. Это приводит к дополнительному повышению его плотности и, следовательно, увеличению массы воздуш­ного заряда цилиндров. Понижение температуры наддувочного воздуха способствует также снижению темпе­ратуры деталей цилиндропоршневой группы.

Для охлаждения наддувочного воздуха чаще приме­няют воздуховодяные охладители с использованием охлаждающей жидкости из системы охлаждения двига­теля. Используются также воздухо-воздушные охлади­тели с охлаждением наддувочного воздуха атмосферным.