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.

Температура и давление воздуха после турбокомпрессора

При наддуве воздух предварительно сжимается до давления р_к. При этом температура его возрастает до Т_к.

Давление во впускном трубопроводе оказывается несколько ниже из-за потерь в нем.

При расчетах р_к принимают в соответствии со степенью наддува (_н), а температуру Т_к определяют по выражению:

, (2)

где п_к – показатель политропы сжатия воздуха в компрессоре (1,4…2,0

при центробежном компрессоре);

Т_о и р_о – температура и давление окружающей среды.

При наличии промежуточного охлаждения за р_к и Т_к принимают их значения за холодильником.

37 Анализ процесса сжатия с использованием его индикаторной диаграммы

Процесс сжатия фактически начинается после закрытия всех газораспределительных клапанов.

Рисунок 1 Индикаторные диаграммы процесса сжатия

В реальном двигателе сжатие происходит по политропе с переменным показателем (рисунок 1). Переменность показателя объясняется тем, что в процессе сжатия происходит теплообмен между газом и стенками камеры сгорания, стенками цилиндра и его головки и поршня и др. В начальном участке сжатия тепло переходит от стенок цилиндра к

заряду (п₁>к) и только затем при достаточно большом сжатии (повышении температуры газов) начинается переход тепла от заряда к стенкам указанных деталей (п₁<к). Истинное значение показателя политропы находится в пределах п₁=1,11,5 и зависит от многих факторов - частоты вращения коленчатого вала, компактности камеры сгорания, утечек газа через кольца и т.д.

Указанный характер изменения п₁ приводит к тому, что истинная диаграмма сжатия протекает круче, чем адиабата в начале сжатия, и положе ее в конце сжатия (рисунок 1).

В целом в процессе сжатия через стенки деталей камеры сгорания передается охлаждающей жидкости (воздуху) (5…10)% от всего (за весь цикл) передаваемого тепла.

Для расчетов принимают некоторое усредненное значение показателя политропы сжатия (из опытных данных или по эмпирическим формулам).

Усредненное значение показателя политропы сжатия в быстроходных ДВС п₁=1,33…1,38. Его можно найти из условия – площадь индикаторной диаграммы под условной штриховой кривой должна быть равна площади под фактической политропой сжатия (рисунок 2).

Часто величину п₁ определяют по эмпирическим формулам В.А. Петрова:

Рисунок 2 Схема к методике определения фактического значения показателя политропы сжатия

п1=1,41- - для ДсИЗ при п30003200 мин-1; п1=1,41- -0,02 – для дизеля. Здесь =п/30 угловая скорость вращения коленчатого вала. Если известна диаграмма сжатия, то показатель политропы сжатия на участке от V1 до V2 можно найти и следующим образом (рисунок 2): т.к. , то

и и .