34-36 Физическая сущность наддува

Повысить весовое наполнение цилиндра двигателя (вместимость цилиндра свежем зарядом) и на основе этого мощность двигателя можно увеличением давления воздуха у всасывающих клапанов. Такое повышение обычно называют наддувом, а сами двигатели – двигателями с наддувом или турбированными двигателями (в этой связи двигатели без наддува можно называть «атмосферными»).

Повышение мощности за счет наддува оценивают степенью наддува _н:

. (1)

По величине _н отличают дозарядку цилиндра (_н=1,05…1,1) и собственно наддув (_н1,1).

Если _н<1,5, то наддув называют низким, 1,5…2,2 – средним и выше 2,2…2,5 – высоким.

При наддуве мощность на 20…30% можно повысить, практически ничего не меняя в двигателе.

В принципе наддув может применяться как в ДсИЗ (устанавливая агрегат наддува как до карбюратора, так и после), так и в дизелях.

Однако в настоящее время наддув в основном применяется в дизелях. В автомобильных ДсИЗ его используют в редких случаях, в частности в спортивных машинах. Ограниченное распространение наддува здесь объясняется тем, что возрастание общей степени сжатия (при наддуве) приводит к резкому увеличению вероятности возникновения детонационного сгорания.

Возможные схемы наддува

Возможны механический, газотурбинный и резонансный наддувы.

Механический наддув - нагнетатель воздуха имеет механический привод от коленчатого вала двигателя (рисунок 1).

Рисунок 1 Схема ДВС с механическим наддувом

При этом нагнетатели могут быть поршневыми, полостными (ЯАЗ-204) и коловратными (шиберными). Жесткая связь между нагнетателем и коленчатым валом обеспечивает большее давление на впуске, чем на выпуске и более высокое давление воздуха на малых частотах вращения.

Недостаток механического наддува – большие затраты мощности на привод и конструктивная сложность.

Рисунок 2 Схема двигателя с нагнетателем типа Рутс

Газотурбинный наддув - центробежный компрессор приводится турбиной, работающей от энергии выхлопных газов. Он был запатентован в 1905 г. швейцарским инженером Альфредом Бью. Практическое его применение началось в 30х годах. Преимущество такого наддува – простота конструкции наддувочного агрегата и высокая экономичность работы двигателя.

В четырехтактных двигателях, например, при внедрении газотурбинного наддува, минимальный удельный расход топлива снижается на 8…14 г/(кВтч).

Рисунок 8 Схема работы двигателя с ТКР (при перепуске газов): 1 - цилиндр; 2 - мембрана; 3 - пружина; 4 - перепускной клапан; 5 - турбина; 6 - компрессор

Резонансный наддув представляет определенный интерес ввиду простоты схемы осуществления. Он основан на резонансных колебательных явлениях в системе газообмена.

При наддуве, естественно, возрастают максимальные температура и давление газов в цилиндре.

С целью снижения температуры используют промежуточное охлаждение воздуха (применяя воздухо-воздушные – при наличии встречного потока, например, в автомобилях или жидкостно-воздушные – в тракторах и др. охладители с установкой их перед масляным или жидкостным радиторами двигателя). Промежуточное охлаждение способствует и дальнейшему повышению весового наполнения цилиндров воздухом.