Турбонаддув. Особенности работы двигателя с наддувом. Двигатели с наддувом


Турбонаддув. Особенности работы двигателя с наддувом.

Наддув является эффективным способом повышения мощности двигателя при сохранении его объема. Мощность двигателя с наддувом на 30-40% выше, чем у современных — без наддува.

Содержание статьи:

Принцип работы системы турбонаддува

а — турбоннадув; б- приводным компрессором; в- волновым обменником давления;

1 — форсунка подачи топлива; 2 — компрессор; 3,7 — клапан максимального давления наддува; 4 — турбина; 5 — передача  клиновым ремнем; 6 — приводной компрессор; 8 — передача зубчатым ремнем; 9 — ротор волнового обменника.

Основным агрегатом системы является турбокомпрессор, включающий турбину и компрессор, расположенные на одном валу. В турбину поступают отработавшие газы из цилиндров, имеющие повышенное давление и температуру, в результате чего турбина вращает компрессор. Компрессор засасывает воздух из окружающей среды и сжимает его, то есть подает к цилиндрам двигателя с повышенным давлением (избыточное давление порядка 0,10-0,15 МПа). Чтобы создать даже такое небольшое давление, колесо компрессора должно иметь частоту вращения 80000-120000 мин-1, а в некоторых турбокомпрессорах для двигателей малого объема — даже до 180000 мин-1.

Давление наддува всегда ограничивают максимальной величиной порядка 0,15-0,25 МПа из-за опасности повреждения деталей двигателя. С этой целью на турбокомпрессоре устанавливают клапан, открывающий дополнительный канал и перепускающий часть выхлопных газов мимо турбины на выхлоп в случае превышении максимального давления наддува. Помимо этого, перепускной клапан обеспечивает устойчивую работу двигателя на режимах больших нагрузок и частот вращения.

Двигатели с турбонаддувом как правило оснащены системой впрыска топлива, так как карбюраторное смесеобразование плохо сочетается с наддувом и не позволяет реализовать всех возможностей форсирования двигателя.

Поскольку количество топливовоздушной смеси увеличивается при сохранении рабочего объема, то увеличивается и количество выделившегося при сгорании тепла. Это приводит к необходимости усиливать детали двигателя, так как возрастает температура и давление в цилиндрах. В первую очередь увеличивают толщину стенок поршня и, особенно, его днища, изменяют головку блока цилиндров, фазы газораспределения, применяют клапаны из более жаропрочных материалов, а подшипники коленчатого вала увеличенной ширины и диаметра. Чем выше давление наддува, тем больше изменений требует конструкция. Применяются радиаторы системы охлаждения увеличенного объема и площади, а также масляное охлаждение поршней, для чего приходится ставить масляный насос повышенной производимости и радиатор в системе смазки.

Очень высокая частота вращения ротора и теплонапряженность турбокомпрессора приводят к тому, что он становиться «слабым» элементом двигателя. Именно при турбонаддуве приходиться применять специальные сорта масел, в том числе синтетические, обеспечивающие эффективную смазку подшипников ротора и их работу в тяжелых условиях. И если в случае неисправности системы смазки или некачественного масла у обычных двигателей в первую очередь выходят из строя, как правило, шатунные подшипники, то в двигателях с наддувом — подшипники ротора турбокомпрессора. Разрушение подшипников ротора практически сразу приводит к потере герметичности его масляных уплотнений. Из-за чего масло под давлением может попасть во впускной трубопровод. Если масла окажется много, то в одном из цилиндров может произойти гидроудар, в результате которого разрушается шатун со всеми вытикающими отсюда последствиями.

Intercooler (Интеркулер)

Воздух на выходе из компрессора имеет не только повышенное давление, но и температуру, снижающую плотность заряда, что неблагоприятно отражается на наполнении и, следовательно, мощности двигателя. Поэтому на многих двигателях с турбонаддувом с целью повышения плотности воздуха и улучшения наполнения цилиндров, применяют промежуточное охлаждение наддувочного воздуха — интеркулер.  Для этого, после компрессора, воздух направляется в специальный «воздухо-воздушный» радиатор. Обычно, он устанавливается рядом с радиатором системы охлаждения.

razvar.ru

Основные схемы наддува судовых двигателей и их анализ

На выбор схемы наддува оказывает влияние тип двигателя, уровень его форсировки, тип используемого турбонагнетателя, традиции дизелестроительных фирм. При выборе той или иной схемы стремятся удовлетворить ряд требований:

  1. Ообеспечить достаточное воздухоснабжение двигателя на всех эксплуатационных режимах его работы (при пуске, разгоне, на маневрах, при волнении моря) и в аварийных ситуациях;
  2. Обеспечить эффективное использование энергии газов — получить максимальную мощность турбины и максимальный кпд компрессора на основных эксплуатационных режимах работы;
  3. Работа компрессора должна быть устойчивой в отношении помпажа срыва потока воздуха, вызывающего вибрацию рабочего колеса, корпуса ГТН, шум и ряд других отрицательных явлений;
  4. Система наддува не должна быть излишне сложной по конструкции и в эксплуатации, должна предусматривать возможность корректировки характеристик турбокомпрессора и двигателя в процессе доводки на стенде и в эксплутационных условиях.

На рис. №1 даны шесть основных схем наддува, применяемых в судовых ДВС.

Схема одноступенчатого чисто газотурбинного наддува с импульсной турбиной и холодильником воздуха (рис. №1 — А) получила большое распространение в 4-тактных дизелях и в 2-тактных двигателях с прямоточными системами продувки (Бурмейстер и Вайн, Докс- форд, Сторк). Как правило, рядные 4-тактные дизели оснащаются одним ГТН, V-образные двумя ГТН. В 2-тактных двигателях устанавливается несколько нагнетателей на агрегат (один нагнетатель на 2-4 цилиндра). Схема отличается эффективностью использования энергии газов, простотой, устойчивостью работы на всех эксплуатационных режимах, достаточным воздухоснабжением, однако сравнительно трудоемка в настройке, не позволяет корректировать характеристики в эксплуатации. При выходе из строя газотурбонагнетателя воздухоснабжение 4-тактного дизеля обеспечивается всасывающим ходом поршня; в 2- тактном двигателе работой оставшихся исправных нагнетателей или автономной воздуходувкой. Во всех случаях мощность двигателя снижается.

Разновидностью схемы “А” является использование ГТН с наддувом при P=const. Такое решение, обладая всеми перечисленными выше достоинствами, позволяет уменьшить количество турбонагнетателей на 2-тактном двигателе. Схема более эффективна при высоких степенях наддува, однако при снижении нагрузки ниже 25-30% требует применения в 2- тактных ДВС автономного нагнетателя воздуха. В большинстве случаев это — электрический компрессор с автоматическим запуском.

Схема 2-ступенчатого чисто газотурбинного последовательного наддува (рис. №1 — Б) состоит из двух турбокомпрессоров и предусматривает охлаждение воздуха после каждой ступени наддува. Как правило, первая турбина по ходу газов импульсная, вторая турбина — постоянного давления. Схема удовлетворяет требованиям эффективности использования энергии газов, обеспечивает большие расходы воздуха по сравнению с 1- ступенчатой схемой при повышенных уровнях форсировки и прочих равных условиях, устойчива в отношении помпажа. Схема прошла опытную проверку на двигателях Бурмейстер и Вайн типа К 98FF, Сторк типа SW, Зульцер RND 105, MAH 4V 38/40 и др., однако пока не получила широкого распространения из-за своей сложности и трудности настройки системы на всем диапазоне эксплуатационных режимов работы двигателя. Схема применялась на серийно выпускавшихся двигателях Митсубиси тип ИЕС-Е, двигателях 20ЧН26/26 Коломенского тепловозостроительного завода.

Схема 2-ступенчатого последовательного комбинированного наддува (рис. №1 — В) включает в себя газотурбонагнетатели постоянного давления в качестве Бой ступени наддува и механического нагнетателя с приводом от коленчатого вала в качестве 2-ой ступени наддува. Как правило, механические нагнетатели — поршневого типа, с автоматическими клапанами. Схема применялась на двигателях фирм Гетаверкен, GMT (Фиат) и на отечественных двигателях завода им. Малышева. Как и все прочие системы последовательного комбинированного наддува, схема весьма устойчива в отношении помпажа на всех режимах эксплуатации, надежна, однако по эффективности использования энергии выпускных газов уступает системам чистого ГТН с импульсными турбинами.

Рис. 1 Основные схемы наддува судовых ДВС
  • А — одноступенчатый и Б — двухступенчатый чистый газотурбинный наддув;
  • В, Г, Д — последовательный комбинированный и Е — параллельный комбинированный наддув.

Схема 2-ступенчатого последовательного комбинированного наддува с импульсными газовыми турбинами, подпоршневыми полостями в качестве II-й ступени и индивидуальными ресиверами II-й ступени на каждый цилиндр изображена на рис. №1 — Г. Такая схема применена на двигателях Зульцер типа RD, широко использовавшихся на отечественном флоте. Конструкция укороченного поршня и желание уменьшить потерю заряда на IV-й фазе газообмена потребовали установки на выпуске управляющих заслонок, предотвращающих перетекание воздуха в выпускной коллектор при нахождении поршня в верхней части цилиндра.

В момент открытия выпускных окон поршень сжимает воздух во II-й ступени до давления Р = (1,30-1.35) РК, что предотвращает заброс газов, интенсифицирует продувку цилиндра. После НМТ воздух подается непосредственно из ресивера I-й ступени в ресивер II-й ступени (без сжатия в подпоршневой полости). Поэтому параметры в точке “а” цикла определяются давлением и температурой в продувочном ресивере I-й ступени.

По эффективности и устойчивости в отношении помпажа система примерно равноценна схеме “В”, однако конструкция II-й ступени у нее проще, поскольку нет необходимости в специальном насосе. Недостатками схемы является снижение эффективности II-й ступени при увеличении нагрузки двигателя (на режиме полного хода в двигателях в подпоршневой полости сжимается лишь часть воздуха — порядка 50% по объему и 75% по весу, а также наличие такого ненадежного узла, как заслонка на выпуске.

Указанных недостатков лишена схема с турбиной постоянного давления, примененная фирмой Зульцер в двигателях серии RND и последующих модификациях малооборотных машин (рис. №1 — Д). В этой схеме применен удлиненный поршень, перекрывающий выпускные окна при нахождении в ВМТ, что позволило отказаться от заслонок (правда, это не-сколько увеличило потерю заряда).

Эффективность использования II-й ступени повышена применением байпассируемого подвода воздуха через автоматически управляемые клапаны из ресивера I-й ступени непосредственно в местные ресиверы цилиндров II-й ступени, минуя подпоршневые полости. Сжимаемый в подпоршневой полости воздух предотвращает заброс газов, участвует в продувке и способствует балансировке мощности турбины и компрессора. Фирма МАН применяла аналогичную схему с импульсной газовой турбиной (при последовательно-параллельном комбинированном наддуве в двигателях KZ).

Система параллельного комбинированного наддува (рис. №1 — Е) применялась фирмой МАН с турбиной импульсного типа. Схема имеет высокие энергоэкономические показатели. По опытным данным, она обеспечивает лучше

sea-man.org

Модификации двигателей при применении наддува

При наддуве двигателя модификация его конструкции не ограничивается только установкой турбокомпрессора. Очевидно, что в той или иной степени требуется изменение систем топливоподачи, охлаждения, смазки, впуска и выпуска отработавших газов, камеры сгорания, клапанов, фаз газообмена, системы пуска.

Как отмечено выше, возможны принципиально две разные цели применения наддува. Если он применяется для повышения экономичности и улучшения экологических показателей, т. е. не происходит повышения мощности, то не требуется модификация системы топливоподачи, да и большинства других систем. Если же происходит повышение мощности двигателя, то приходится проводить модернизацию, модифицировать разные системы. Прежде всего, при повышенном наддуве штатный топливный насос, как правило, не может обеспечить необходимой производительности, поэтому приходится заменять штатный ТНВД насосом с большей производительностью. Как правило, при наддуве дизеля требуется уменьшать (на 1 — 2 градуса) угол опережения впрыскивания топлива для снижения жёсткости сгорания.

Установка турбокомпрессора приводит к росту температурной напряжённости всего двигателя, сам ТК имеет повышенные температуры, смазка ТК требует более тонкой очистки масла. В результате этого необходимо изменять систему смазки, необходимо устанавливать дополнительные фильтры тонкой очистки масла, повышать производительность масляного насоса (с целью увеличения скорости смены масла), выполнять дополнительные отстойники или холодильники масла.

Наибольших изменений при применении наддува требуют впускные и выпускные трубопроводы двигателя.

Рис. Силовая установка, с дизелем с газотурбинным наддувом:ТК — турбокомпрессор,М — подвод масла к турбокомпрессору,ТМ — трубопровод слива масла из турбокомпрессора в картер двигателя.

На рисунке ниже показано сравнение внешнего вида выпускных коллекторов двигателя без наддува и с наддувом. В последнем случае выпускной коллектор становится сложнее. Выпуск из первых трёх цилиндров и остальных разделён на два канала. Это делается для сохранения энергии выпускных газов, т. е. для повышения мощности, развиваемой турбиной. Для рассмотренного 6-цилиндрового двигателя с порядком работы цилиндров 1-5-3-6-2-4 такое разделение коллектора позволяет организовать поступление волн давления выпускных газов в коллектор из цилиндров через 240 градусов поворота коленчатого вала.

Рис. Шестицилиндровый дизель до модернизации (1) и после модернизации (2) установкой турбонаддува:А — выпускной коллектор,ВХ — вход сжатого воздуха,Ф — фильтр масляный,Охл — вход воды охлаждения головки цилиндров.

В результате волны давления (импульсы) не накладываются на соответствующие волны снижения давления, не усредняются, энергия газов сохраняется высокой.

Для сохранения импульса давления в этом случае объём коллектора должен быть достаточно мал. Газовая турбина получается импульсной, наддув называют импульсным. Если же коллектор не разделяют, специально повышают его объём, то давление газов в коллекторе усредняется, становится практически постоянным, наддув называют наддувом при постоянном давлении. Система становится проще, но эффективность газовой турбины снижается.

Впускные коллекторы также претерпевают определённые изменения, поскольку по ним теперь приходится подавать большее количество воздуха. В коллекторах приходится устанавливать холодильники воздуха и т. д. Выпускные системы могут включать в себя также элементы преобразования импульсов давления выпускных газов (преобразователи импульсов, рисунок ниже), позволяющие сохранить высокую импульсность газов и поднять мощность газовой турбины.

Рис. Схема преобразователя импульсов:А — каналы выпуска отработавших газов из головки цилиндров,В — зона повышения скорости газов,С — вход газов в газовую турбину,D — компенсатор термических расширений.

Камера сгорания дизеля при применении наддува низкого уровня может и не изменяться. Однако при достаточно высоком наддуве, когда при исходной степени сжатия чрезмерно повышается максимальное давление в цилиндре, приходится идти на уменьшение конструктивной степени сжатия (е). Чрезмерное повышение максимального давления (Pz) в цилиндре приводит к росту нагрузок на подшипники, на сам коленчатый вал. А значит, нужно практически полностью менять конструкцию дизеля. Чтобы этого избежать, приходится увеличивать объём сжатия Vc для уменьшения степени сжатия и снижения максимального давления. Несмотря на снижение степени сжатия в поршневой части машины, что в соответствии с термодинамикой должно привести к потере экономичности, к. п. д. дизеля с таким наддувом возрастает, т. к. можно сохранить суммарную степень сжатия, т. е. в турбокомпрессоре, а затем в поршневой части. Кроме того, благодаря сжиганию в цилиндре большего количества топлива сохраняется достаточно высоким максимальное давление, т. е. возрастает степень повышения давления при сгорании и растёт экономичность двигателя. Увеличение камеры сгорания приводит к увеличению «мёртвого» пространства над поршнем, увеличивается количество остаточных газов, ухудшается очистка цилиндра, снижается его наполнение. Необходимо оптимизировать фазы газообмена.

Поскольку в двигателе с наддувом в цилиндрах сжигается повышенное количество топлива, то термонапряжённость двигателя возрастает, возрастают температуры клапанов, особенно выпускного. Повышенный расход воздуха и газа требует большего времени на очистку, продувку, наполнение цилиндра. Необходимо увеличивать время перекрытия клапанов для лучшего охлаждения выпускного клапана, а также для лучшей продувки камеры сгорания, на что, конечно, затрачивается дополнительное количество воздуха. Фазы перекрытия клапанов должны быть согласованы с давлениями перед клапанами, чтобы избежать возможного выброса выпускных газов во впускной коллектор. Как правило, у двигателей с наддувом открытие впускных клапанов надо проводить раньше, а закрытие выпускных — позже, чем у двигателя без наддува. При этом закрытие впускных клапанов надо делать более поздним, а открытие выпускных — существенно более ранним. Всё это требует изменения профилей кулачков механизма привода клапанов. Аналогичные изменения надо проводить и в фазах газообмена двухтактных двигателей, что требует существенного изменения конструкции дизеля.

Система охлаждения двигателя с наддувом при низком уровне наддува может сохраняться без изменения. Но при повышенном наддуве, при необходимости охлаждения турбокомпрессоров, необходимости отвода большего количества тепла приходится увеличивать производительность системы.

Понижение степени сжатия приводит к проблемам с запуском дизеля, особенно при низких температурах окружающего воздуха. При пуске в камеру сгорания поступает воздух при параметрах, характерных для двигателя без наддува, а значит, давление и температуры сжатия оказываются чрезмерно низкими, не обеспечивающими самовоспламенение смеси при пуске. Для повышения температуры воздуха применяют специальные пусковые нагреватели во впускном коллекторе двигателя. Это усложняет двигатель, ухудшает наполнение цилиндра при нормальной работе. Существуют и другие методы повышения эффективности пуска двигателей с пониженными степенями сжатия.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Двигатели со всасыванием из атмосферы и двигатели с наддувом

Рассмотрим два типа двигателей — двигатели с естественным всасыванием из атмосферы (или двигатели без наддува) и двигатели с наддувом (рис. схема 1 и схема 2).

Наполнение цилиндра свежим зарядом зависит от сопротивления воздушного фильтра (Ф), от длины и качества выполнения впускного канала, от размера и конструктивных особенностей впускного клапана (Кл) и т. д. Вообще, наполнение зависит от гидравлических потерь на впуске в цилиндр, от качества очистки цилиндра от отработавших газов цикла, предшествовавшего данному, от степени нагрева воздуха от стенок впускного коллектора и цилиндра, а также от рациональности выбранных фаз газообмена (моментов, законов и продолжительности открытия — закрытия впускных и выпускных клапанов).

У двигателя с наддувом для обеспечения повышения давления воздуха на впуске в цилиндр необходим компрессор (К) той или иной конструкции. При этом желательно иметь компрессоры высокооборотные для уменьшения их габаритов и массы. Компрессор создаёт в трубопроводе (Т) повышенное давление воздуха, повышает его плотность, а значит, при прочих равных условиях, повышает массовый заряд цилиндра воздухом.

Рис. Принципиальные схемы дизелей без наддува (1), то есть с естественным всасыванием из атмосферы, и с наддувом (2).На рис. обозначено:В — воздух,Ф — фильтр,КЛ — клапан впускной,К — компрессор,Т — трубопровод впускной.

Благодаря этому в цилиндре того же размера можно сжечь больше топлива, получить более высокую тепловую энергию, более высокий уровень механической работы. Иначе говоря, от двигателя с наддувом тех же размеров и той же массы, что и двигатель с естественным всасыванием, можно получить более высокую мощность, что и является важнейшим достоинством такого двигателя, особенно при применении его на автомобильном транспорте. При сравнении двух двигателей с одинаковой мощностью двигатель с наддувом имеет преимущество в существенном уменьшении габаритов и массы.

Системы наддува могут иметь различные конструктивные оформления. Как мы увидим далее, выигрыш в размерах и массе двигателя при наддуве существенно зависит от применяемой системы наддува. Часто для повышения эффективности наддува приходится существенно усложнять, например, систему впускных и выпускных трубопроводов.

Рис. Сравнение габаритов двух дизелей одинаковой мощности:1 — двигатель без наддува, имеющий 8 цилиндров,2 — двигатель с наддувом, имеющий 5 цилиндров.

В результате загромождается подкапотное пространство автомобиля. Но выигрыш в массе и габаритах всегда достигается.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Если двигатель с наддувом

Расскажем о работе двигателя с турбокомпрессором и что делать для продления его ресурса.

Технические нюансы

Увеличить мощность бензинового и дизельного двигателя внутреннего сгорания без изменения рабочего объёма можно принудительной подачей (наддувом) в его цилиндры большего объёма воздуха, необходимого для полного сгорания дополнительной дозы топлива. Наиболее часто для этой цели используется турбокомпрессор (ТКР). Существуют турбокомпрессоры низкого и высокого давления. Первые сжимают воздух до 0,2-0,8 атм., делая 110-130 тыс. об./мин. Вторые — до 0,8-2,2 атм. при 150-210 тыс. об./мин. Прирост мощности, обеспечиваемый турбонаддувом, составляет 25-80%.

Эксплуатация

Турбокомпрессор при неправильной эксплуатации очень быстро выходит из строя. Поломка ТКР может быть вызвана использованием моторного масла, не рекомендованного заводом-изготовителем, нарушениями в работе систем зажигания и впрыска, низким качеством топлива, забитым катализатором и т. п. В результате происходит частичное или полное закоксовывание масла в каналах и отверстиях системы смазки вала. Это нарушает целостность масляной пленки и резко ухудшает отвод тепла от ротора. Температура вала с рабочей 80-90°С увеличивается до 400-450°С, и уже через несколько минут из-за образования задиров на поверхностях скольжения вала и подшипников происходит их заклинивание. Под действием громадных центробежных сил вал иногда изгибается и даже лопается; отламываются и лопасти крыльчаток.

Проблемы возникают и при прорыве газов в картер двигателя: избыточное давление во впускном коллекторе замедляет отток масла от вала ТКР, вызывая его перегрев. Возможно и вытеснение масла в камеру “горячей” крыльчатки. Образующийся при этом на лопастях нагар нарушает балансировку вала. В результате происходит повреждение ротора и корпуса турбины.

Укорачивает “жизнь” ТКР и несоблюдение правил эксплуатации двигателя. После запуска холодного мотора нельзя резко “газовать”, иначе остывшее масло не успеет заполнить все каналы системы смазки вала. Для “прогрева” турбокомпрессора необходима пауза в 15—30 сек. После поездки нельзя сразу выключать двигатель — необходимо дать мотору поработать несколько минут на холостом ходу, чтобы обороты турбины снизились при функционирующих системах смазки и охлаждения.

При изношенном двигателе опасна неоправданно длительная его работа на холостых оборотах: пониженное давление в системе смазки может привести к масляному “голоданию” турбины.

Ресурс

При грамотной эксплуатации двигателя с турбонаддувом ресурс ТКР составляет не менее 150 тыс. км. Некоторые “экземпляры” выхаживают до 350 тыс. км. Ресурс ТКР зависит и от состояния воздушного фильтра двигателя, который надо менять не реже, чем через каждые 10 тыс. км, а при эксплуатации в условиях повышенной запыленности даже чаще, т. к. пыль, насекомые, листья и прочий мелкий мусор могут быстро засорить фильтрующий элемент. ТКР при этом начнет “задыхаться” или порвет фильтр и станет засасывать вместе с воздухом пыль, песок и даже открутившиеся гайки. Это ускорит износ деталей цилиндро-поршневой группы и может привести к “срезанию” лопастей компрессора, что тут же выведет турбину из строя.

В случае поломки турбокомпрессор обычно заменяют новым. Тем не менее, большинство ТКР все же можно отремонтировать.

Борис МИХАЙЛОВ, R?ga автомобильная

autooboz.info

Пуск двигателя с наддувом | Турбонаддув

Известно, что для пуска двигателя необходимо его коленчатый вал привести во вращение от постороннего источника энергии и довести частоту вращения до некоторой величины, обеспечивающей удовлетворительное протекание процессов смесеобразования, сжатия и воспламенения горючей смеси. Необходимая для начала работы пусковая частота вращения зависит от способа смесеобразования, зажигания или самовоспламенения, от типа двигателя, его конструктивных особенностей, степени изношенности, от температуры воздуха и теплового состояния самого двигателя.

Конструктивной особенностью двигателя с наддувом, особенно повышенным наддувом, является пониженная, по сравнению с двигателем с естественным всасыванием, степень сжатия. Следовательно, отсюда возникают проблемы обеспечения эффективного пуска. Особые сложности эта проблема представляет при необходимости обеспечения холодного пуска (пуска непрогретого двигателя, особенно в условиях пониженных температур окружающего воздуха и особенно в условиях высокогорья, т. е. пониженных давлений окружающей среды). В сравнении с дизелем пуск бензинового двигателя можно на-звать лёгким и быстрым. И объясняется это применением внешнего смесеобразования, использованием легко испаряющегося топлива, наличием возможности обогащения пусковой смеси. Всё это позволяет иметь минимальную пусковую частоту вращения для бензиновых ДВС на уровне 50 мин-1, даже с учётом пониженных температур окружающего воздуха. Минимальная пусковая частота вращения вала автотракторного дизеля значительно выше (150 — 250 мин-1 даже при температуре окружающего воздуха 10 — 15°С для дизелей с неразделёнными и разделёнными камерами сгорания соответственно), вследствие особенностей смесеобразования и воспламенения.

Сложности холодного пуска хорошо известны. К ним относятся проблемы проворачивания вала с достаточно высокой частотой, когда масло из-за низких температур является чрезмерно вязким и создаёт большие сопротивления прокрутке вала. Но ещё более сложна для решения проблема самовоспламенения топлива. Низкая начальная температура заряда, а также низкая степень сжатия не обеспечивают получения достаточно высокой температуры сжатия. Холодные стенки цилиндров дополнительно отводят тепло от сжатого заряда, ещё более снижая его температуру.

По мере усовершенствования систем пуска дизелей пришлось столкнуться с необходимостью предварительного прогрева двигателя, с необходимостью иметь аккумуляторные батареи повышенной ёмкости и мощности, а следовательно повышенной мощности электрогенераторы.

В автотракторных высокооборотных двигателях проблема самовоспламенения топлива решается применением высокой степени сжатия, которая часто составляет 20 и более. Малоразмерные автомобильные дизели ранее выполнялись преимущественно с разделёнными камерами сгорания, и поэтому не составляло больших сложностей установить в камере свечу накаливания, которая и обеспечивала после предварительного прогрева достаточный уровень температуры заряда (в сравнительно малом объёме камеры сгорания). Двигатели с неразделёнными камерами требуют более мощного источника прогрева, больших размеров свечи накаливания и больших источников электропитания.

Все эти средства дают хороший эффект для дизелей без наддува. Однако для дизеля с наддувом проблема пуска усложняется. Как отмечено ранее, у такого двигателя часто приходится уменьшать степень сжатия. При степени сжатия 13 (очень низкой для безнаддувного двигателя и достаточно высокой для двигателя с наддувом) температура сжатия достигает 630°С на режиме полной нагрузки, но значительно ниже на режимах частичных нагрузок, когда турбокомпрессор имеет малую или даже нулевую производительность. (Двигатель без наддува в тех же атмосферных условиях при степени сжатия 16 обеспечивает получение температуры сжатия, равной 720°С). Очевидно, что у дизеля с наддувом на режиме пуска компрессор не работает, и в результате температура сжатия получается очень низкой. Ситуацию улучшает применение электронагревателей масла. Такой нагреватель обычно устанавливается в картере двигателя совместно с охладителем масла, и в режиме длительной стоянки автомобиля (двигателя) прогревает масло и двигатель, чем и обеспечивается повышение эффективности пуска.

Другим методом может служить установка нагревателей воздуха на впуске в дизель, как это было показано, например, в первой главе. Нагреватель воздуха подключается к аккумуляторной батарее двигателя и включается за несколько секунд до начала пуска дизеля. Воздух, проходя через спираль нагревателя, нагревается, что обеспечивает повышение температуры сжатия и облегчение пуска. Если пуск не состоялся, то необходимо выждать одну-две минуты перед очередной попыткой пуска, чтобы не иметь затем проблем с аккумуляторной батареей.

Рис. Схема системы облегчения пуска дизеля из холодного состояния:1 — бак дизельного топлива, 2 — свеча накаливания, 3 — соленоидный клапан, 4 — топливоподкачивающий насос, 5 — топливный фильтр, 6 — аккумулятор, 7 — выключатель, 8 — впускной коллектор двигателя.

Система работает следующим образом. При необходимости холодного пуска выключателем 7 включают подачу электрического тока на свечу накаливания 2 и одновременно на соленоидный клапан 3. Последний открывает доступ небольшого количества топлива на свечу накаливания. В результате происходит испарение топлива и затем вход паров в цилиндр двигателя. Этим облегчается смесеобразование и самовоспламенение смеси при циклах пуска. При неудавшейся попытке пуска соленоид 3 автоматически перекрывает подачу топлива и выключает спираль нагрева 2. Через одну-две минуты можно повторить попытку пуска.

Одним из наиболее эффективных способов холодного пуска является способ подачи на всасывании в цилиндры горючих смесей на базе специальных легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ). Простейшим из них является применение аэрозольных баллонов с ЛВЖ, из которых горючая смесь подаётся на впуск двигателя. Недостатком такой системы в частности является невозможность достаточно точно дозировать подаваемую смесь, что приводит к чрезмерным нагрузкам на детали двигателя и проч.

Системы CAV и BOSH имеют специальную ёмкость с ЛВЖ, расходом из которой управляет водитель, дозируя горючую смесь более точно и эффективно.

На рисунке показана система обеспечения холодного пуска дизеля с помощью подачи испарённого топлива на впуске в цилиндры.

Недостатком всех систем внешнего смесеобразования по пусковой жидкости является возможность чрезмерно раннего самовоспламенения смеси в цилиндре, т. е. существенно до ВМТ. Это происходит, если температура двигателя или окружающего воздуха оказывается несколько выше, чем предусмотрено инструкцией на применение данной ЛВЖ. Или если после первого неудачного запуска вскоре проводится вторая попытка, а двигатель уже несколько прогрелся. Т. е. при сжатии горючей смеси, содержащей ЛВЖ, происходит слишком раннее самовоспламенение, возникают высокие механические нагрузки на детали цилиндро-поршневой группы, удары в цилиндрах, возникают отрицательные крутящие моменты и даже возможности проворачивания вала в обратном направлении.

Устранение такого недостатка возможно, если ЛВЖ подавать внутрь цилиндра, т. е. организовать внутреннее смесеобразование по пусковой жидкости. В этом случае самовоспламенение пусковой смеси происходит вблизи ВМТ, исключаются возможности появления отрицательных крутящих моментов на валу, исключаются возможности опасных ударов в цилиндрах. Более того, появляется возможность подавать ЛВД уже во время работы двигателя, с тем чтобы контролировать его разгон и выход на устойчивую частоту вращения без самопроизвольной остановки, «заглохания». Для реализации такого метода целесообразно применять систему топливоподачи с так называемым клапаном регулирования начального давления (РИД) 6, установленным между источником ЛВЖ 8 и линией высокого давления (ЛВД) 3 топлива.

Рис. Схема системы топливоподачи с клапаном регулирования начального давления (РИД) для ввода в дизельное топливо легковоспламеняющейся жидкости (ЛВЖ):1 — плунжер ТНВД, 2 — нагнетательный клапан с разгрузочным объёмом, 3 — линия высокого давления ЛВД, 4 — ограничитель хода клапана РНД, 5 — возвратная пружина, 6 — клапан РНД, 7 — вентиль, 8 — источник ЛВЖ, 9 — направляющий хвостовик клапана, 10 — седло клапана РНД, 11 — форсунка (закрытого типа), 12 — дизель.

Клапан РНД 6 имеет направляющий хвостовик 9 и может перемещаться в седле 10. Его ход ограничен величиной hpнд благодаря ограничителю хода 4. Возвратная пружина 5 определяет перепад давления, при котором клапан РНД 6 открывается. Вентиль 7 регулирует величину подачи ЛВЖ. Клапан РНД (по существу, обратный клапан) открывается в периоды между циклами впрыскивания топлива, и ЛВЖ подаётся в ЛВД вблизи форсунки 11, где смешивается с дизельным топливом. В очередном цикле нагнетания топлива плунжером 1 ТНВД через натетательный клапан 2 полученная смесь ЛВЖ с дизельным топливом впрыскивается в цилиндр дизеля 12.

Некоторые фирмы — производители двигателей с наддувом идут на сохранение повышенной степени сжатия, т. е. на повышение механических нагрузок на детали ЦПГ, с целью решения проблемы пуска. Очевидно, что применимость этого метода ограничена как уровнем применяемого наддува, так и запасом прочности двигателя, его надёжностью и долговечностью.

ustroistvo-avtomobilya.ru

Двигатели с наддувом - Цилиндры - Давление газов

В двигателях с наддувом вес заряда свежего воздуха в цилиндре примерно в 1,2—1,7 раза больше, чем без наддува. Давление и температура выхлопных газов в двигателях также выше р = 1,2 4-1,6 кГ/см и t = 500 -4- 600° С.  [c.53]

Комбинированный двигатель, одна из широко распространенных схем которого показана на рис. 2, состоит из поршневой части 1, в качестве которой используется поршневой двигатель внутреннего сгорания, газовой турбины 2 и компрессора 3. Выпускные газы из поршневого двигателя, имеющие еще высокие температуру и давление, отдают свою энергию лопаткам рабочего колеса газовой турбины, приводящей в действие компрессор. Компрессор засасывает воздух из атмосферы и под определенным давлением нагнетает его в цилиндры поршневого двигателя. Увеличение наполнения цилиндров двигателя воздухом путем повышения давления на впуске называют наддувом. При наддуве плотность воздуха повышается и, следовательно, увеличивается свежий заряд, заполняющий цилиндр при впуске, по сравне-нению с зарядом воздуха в том же двигателе без наддува.  [c.10]

При работе двигателя с нагнетателем в процессе впуска в цилиндры поступает горючая смесь или воздух с избыточным давлением, поэтому весовое наполнение двигателя увеличивается примерно пропорционально давлению наддува и в процессе сгорания сжигается большее количество топлива. Следствием этого является повышение всех давлений цикла, что подтверждается развернутыми индикаторными диаграммами (рис. 125), полученными при разных давлениях наддува р,,>700. Повышение максимального давления газов неизбежно сопряжено с увеличением нагрузок на поршни и подшипники двигателя, и если не приняты специальные меры, то износы этих деталей могут сильно увеличиться.  [c.180]

И весь газ начинает подаваться к турбине только через одну половину соплового аппарата. Одновременно возрастает число оборотов турбины и обеспечивается повышение давления наддува до необходимой величины. Направление газа от цилиндров двигателя 2 через два коллектора или через один регулируется шибером 3, поворот которого осуществляется реечным механизмом гидравлического сервомотора. Когда шибер опускается вниз, прикрывая конец нижнего коллектора 4 и перекрывая при этом 50% проходного сечения соплового аппарата, весь газ идет по верхнему коллектору 5 в оставшуюся свободную вторую половину соп.чового аппарата (регулирование компрессора осуществляется в этой системе одновременно с регулированием турбины).  [c.130]

Оценивая работу двигателя с двухфазным процессом, нужно указать, что данное мероприятие может быть более эффективным в двигателях, работающих без наддува или с малым давлением наддува. В двигателях же с высоким наддувом, чтобы избежать слишком высоких термических напряжений в поршневой группе и клапанах, приходится работать с коэффициентом избытка воздуха а, повышенным до 1,8—2,2, хотя по условиям сгорания можно было бы несколько снизить значение а и без двухфазного процесса. Это обстоятельство препятствует применению двухфазного процесса в комбинированных двигателях с высоким наддувом, так как поршневая группа и клапаны из-за слишком высокой температуры газов в цилиндре не обеспечивают их продолжительной работы.  [c.21]

Стенки выпускных трубопроводов двигателей с газотурбинным наддувом обычно делают неохлаждаемыми. Конструкция выпускного трубопровода зависит от принятой системы наддува. Наиболее простую конструкцию выпускного трубопровода имеют двигатели без наддува или с наддувом при постоянном давлении перед турбиной турбокомпрессора. В последнем случае объем трубопровода достаточно велик. При использовании импульсной системы наддува давление газов перед турбиной переменное. Поперечное сечение и объем выпускного трубопровода делают минимально допустимыми для обеспечения лучшего использования энергии выпускных газов в газовой турбине. Наилучшие показатели двигателя при такой системе наддува получаются в том случае, если в один трубопровод происходит выпуск не более чем из трех цилиндров. Поэтому выпускной трубопровод двигателя с импульсной системой наддува по конструкции более сложный, чем выпускной трубопровод дизеля с наддувом при постоянном давлении перед турбиной.  [c.256]

Действительно, при работе на земле температура воздуха, поступающего в двигатель, при турбокомпрессорном наддуве значительно меньше, чем при ПЦН снижение мощности двигателя, вызываемое увеличением противодавления на выпуске газов из цилиндров двигателя, меньше мощности, затрачиваемой на вращение крыльчатки нагнетателя. Таким образом, на земле при одинаковых давлениях наддува мощность двигателя с ТК получается большей, чем для того же двигателя с ПЦН. С увеличением эффективной мощности при том же давлении наддува возрастает механический к. п. д. двигателя, а следовательно, уменьшается удельный расход топлива, т. е. возрастает экономичность двигателя.  [c.181]

Применение газотурбинного наддува на двухтактных двигателях улучшает их характеристики по расходу топлива, так как уменьшает потери мощности, затрачиваемой двигателем на приводной компрессор для сжатия воздуха. О диа ко энергия выпускных газов, определяемая уровнем их температур и давлений, оказывается недостаточной для обеспечения воздухом необходимых параметров при работе двигателя по скоростной тепловозной характеристике во всем диапазоне нагрузок и на холостом ходу. Температура выпускных газов перед турбиной у двухтактного двигателя ниже, чем у четырехтактного, вследствие более высокого коэффициента продувки цилиндров и суммарного коэффициента избытка воздуха давление газов перед турбиной на всех режимах работы должно быть ниже давления воздуха перед впускными органами двигателя. Поэтому в качестве второй ступени наддува применена механическая связь компрессора с двигателем.  [c.92]

При внутреннем смесеобразовании в цилиндр через впускные органы поступает чистый воздух, а газовое топливо подается непосредственно в цилиндр через газовые клапаны или форсунки. Причем различают системы с подачей газового топлива в начале и в конце процесса сжатия, В первом случае газовое топливо за время сжатия успевает образовать с воздухом достаточно гомогенную смесь. Однако для исключения детонации в этом случае, как и при внешнем смесеобразовании, необходимо ограничивать величину степени сжатия в пределах 11-12 ед. для двигателей без наддува. При втором способе смесеобразования с подачей газового топлива в конце процесса сжатия имеются большие резервы по повышению мощности и улучшению экономичности двигателя за счет более рациональной организации подачи газа, исключающей его потери. Однако реализация такого способа сталкивается со значительными трудностями, связанными прежде всего с организацией эффективного перемешивания для создания гомогенной воздухо-топливной смеси, подготовленной к воспламенению за короткое время. Это требует создания в цилиндре в конце процесса сжатия эффективного вихревого движения воздушного заряда, согласованного с направлением топливного факела, вытекающего под большим давлением из газовой форсунки.  [c.10]

Процесс очистки цилиндра во многом определяется давлением газа в выпускном коллекторе. Для двигателя без наддува давление в выпускном коллекторе равно давлению в выпускной системе рв 1п- Для двигателя с газотурбинным наддувом давление в выпускном коллекторе рг определяется режимом работы газовой турбины.  [c.112]

При системе импульсного наддува газ выпускается в отдельные трубопроводы из небольшого числа цилиндров, у которых процессы выпуска чередуются без перекрытия, т. е. имеют сдвиг по фазе не меньше, чем продолжительность выпуска (у четырехтактных дизелей 220—240° угла поворота коленчатого вала). Так, у шестицилиндрового рядного дизеля типа Д50 с порядком вспышек 1—3—5—6—4—2 объединяются в один трубопровод выпуски из 1, 4 и 5-го цилиндров, а в другой — из 2, 3 и 6-го цилиндров. Сдвиг фаз выпусков из цилиндров одной секции составит 240°. Объединение выпусков двигателей с числом цилиндров, кратным 3, например, 12-цилиндровых или 18-цилиндровых, производится аналогично. В момент открытия выпускного клапана давление в отдельном трубопроводе резко возрастает, достигает максимума, а затем падает до тех пор, пока не начнется выпуск из следующего ци-  [c.22]

Изобарный наддув осуществляется выпуском газов из всех цилиндров дизеля в общий трубопровод, откуда газы подводятся ко всему направляющему аппарату турбины по одному каналу. Потери энергии больше при изобарной системе газотурбинного наддува, но она наиболее проста в конструктивном отношении. Выпускные патрубки всех цилиндров объединены общим выпускным коллектором, объем которого должен быть не менее чем в 15 раз больше рабочего объема одного цилиндра. Особенно это важно при малом числе цилиндров, так как при относительно небольшом объеме коллектора наблюдается пульсация давлений, еще более снижающая эффективность изобарной системы наддува. При большом относительном объеме выпускного коллектора У Ун 15) происходит демпфирование колебаний давлений перед направляющим аппаратом турбины. Даже при равномерно чередующихся процессах выпуска у шестицилиндрового двигателя с меньшим объемом коллектора давление газов перед турбиной оказывается пульсирующим с относительной амплитудой А 0,10.  [c.23]

По уравнению (109) определяется среднее давление газов в выпускном коллекторе, и, считая для четырехтактных двигателей процесс выталкивания проходящим при постоянном давлении, определяем среднее давление в цилиндре на линии выталкивания (с учетом превышения его над давлением в выпускном коллекторе на величину газодинамических потерь). Таким образом определяется приближенная величина потерь на газообмен для четырехтактных и двухтактных дизелей с импульсной системой наддува.  [c.60]

Замедление роста цикловых подач топлива, безусловно, приведет к чрезмерной затяжке переходного процесса, так как быстрое увеличение частоты вращения ротора турбокомпрессора возможно только при быстром увеличении теплосодержания газов перед турбиной за счет роста температуры и давления перед турбиной. Увеличение давления газов перед турбиной в переходном процессе, особенно при системе наддува с постоянным давлением в выпускном коллекторе, происходит медленно, так как зависит от давления и расхода наддувочного воздуха, а для их увеличения требуется в свою очередь увеличение частоты вращения ротора турбокомпрессора. Тот факт, что турбина и компрессор работают при переходных процессах на нерасчетных режимах, а следовательно, с низкими к. п. д., усугубляет замедление роста давления наддува. В то же время низкий коэффициент избытка воздуха определяет значительный рост температуры газов перед турбиной и увеличение давления перед турбиной, опережающее рост jOg, что ведет к уменьшению отношения pjp т, а в результате к ухудшению рабочего процесса за счет ухудшения продувки и уменьшения вихревого движения в цилиндре. Радикального улучшения качества переходных процессов только за счет связи топливоподачи с давлением наддува без мероприятий по улучшению воздухоснабжения достигнуть невозможно. Более перспективно направление, предусматривающее регулирование с двумя управляющими воздействиями на рейку топливного насоса и величину заряда в цилиндрах двигателя.  [c.258]

Давление смеси в цилиндре газового двигателя в конце впуска (Рд) зависит главным образом от сопротивления во впускной системе. Вследствие этого сопротивления Р без наддува будет меньше единицы. Так, в двигателе, работающем с газогенераторной установкой, поступающий в цилиндр газ должен преодолеть гидравлическое сопротивление слоя топлива в газогенераторе, сопротивление системы очистки и охлаждения, а смесь — сопротивление смесителя, впускного трубопровода и клапана.  [c.29]

Энергия выпускных газов, в особенности при малых и средних давлениях наддува, используется более эффективно при установке импульсной турбины. Кроме того, применением импульсной турбины можно несколько улучшить очистку цилиндров двигателя. Но это вызывает значительные конструктивные осложнения в связи с тем, что приходится устанавливать большее количество турбин (в основном одна турбина на два цилиндра) и в различных местах выпускной системы. В настоящее время имеется значитель-28  [c.28]

Температура воздуха при входе в цилиндр при высоком наддуве гораздо выше, чем в нормальных двигателях, поэтому подвода тепла за счет соприкосновения воздуха с нагретыми поверхностями в начальный период может и не быть. Если принять давление наддува р =4 ата, то температура воздуха перед цилиндром при адиабатном сжатии в нагнетателе будет 155° С, а температура заряда в цилиндре двигателя в конце закрытия продувочных и выпускных клапанов (или окон в двухтактных двигателях) после смешения с остаточными газами будет около 180° С при р =6 ата получим соответственно 206°С и 230° С. В то время как для предохранения деталей двигателя от коробления максимальная температура нагрева головки цилиндра при современных материалах не должна превышать 240—270° С, допустимая температура внутренних поверхностей гильзы цилиндра во избежание разложения масла и залипания поршневых колец не должна быть выше 140—170° С. Отсюда видно, что уже при давлении наддува р >4 ата, если нет глубокого промежуточного охлаждения воздуха перед цилиндром двигателя, температура заряда может превышать температуру стенок гильзы, приближаясь к температуре головки.  [c.102]

Если по каким-либо причинам (например, вследствие подъема на высоту) давление, создаваемое нагнетателем, станет меньше расчетного, то анероидная коробка 1 под действием давления заключенного в ней газа и внутренней пружины 15 расширится и переместит золотник из нейтрального положения вниз (рис. 63,6). При перемещении золотника откроется доступ масла из нагнетающей магистрали двигателя по каналам 9, 8 ц 11 в полость цилиндра 12. Под действием давления масла поршень начнет перемещаться влево, сжимая пружину 13. Это вызовет открытие заслонки нагнетателя и постепенное увеличение давления наддува. С увеличением давления наддува анероидная коробка начнет  [c.144]

Работа, затрачиваемая в четырехтактном двигателе на газообмен, также возрастает с повышением давления наддува что объясняется относительно более быстрым увеличением работы, затрачиваемой на выталкивание газов, но сравнению с ростом полезной работы поступающего в цилиндр све кего заряда. Вместе с тем с повышением давления наддува относительная величина давления насосных потерь уменьшается. Для быстроходных четырехтактных двигателей среднее давление насосных потерь  [c.233]

При определенном значении давления продувочного воздуха указанное ограничение перепада давлений не дает возможности повысить давление отработавших газов до значения, необходимого для обеспечения баланса мощности турбины и компрессора. При этом следует учесть, что давление отработавших газов, необходимое для соблюдения условия равенства мощности турбины и компрессора при равных с четырехтактным дизелем давлением наддува, треб ется большее, так как температура отработавших газов в двухтактном дизеле существенно ниже, чем в четырехтактном, за счет разбавления отработавших газов воздухом, проходящим в период продувки транзитом через цилиндр двигателя. Наддув двухтактных дизелей осуществляется путем установки системы так называемого комбинированного газотурбинного наддува, при которой воздух в компрессоре частично сжимается за счет энергии отработавших газов, частично за счет привода от коленчатого вала.  [c.26]

Получение высокого к. п. д. турбокомпрессора всегда является желательным, однако получение высоких к. п. д. иногда ведет к удорожанию двигателя или увеличению габаритов агрегата, что не всегда приемлемо. В таком случае необходимо знать нижний предел обеспечивающий удовлетворительную работу двигателя с наддувом. Поскольку влияние на расход топлива (особенно при умеренных давлениях наддува) незначительно, то минимальные значения к. п. д. следует принять исходя из обеспечения удовлетворительного наполнения цилиндра, т.е. значение Т1уд., обеспечивающее возможность продувки в момент нахождения поршня вблизи в. м. т. для четырехтактных дизелей и к. п. д., обеспечивающий работу без дополнительных продувочных средств, для двухтактных дизелей. Величина к. п. д., отвечающая поставленным выше требованиям, зависит от организации продувочно-выхлопного тракта, температуры выхлопных газов, сопротивления на выходе из турбины, разрежения на входе в компрессор и давления наддува. Наиболее не требовательным к к. п. д. ТК является четырехтактный дизель с разделенным выхлопным трубопроводом. В связи с существенным улучшением использования энергии при низких Рк удается осуществить продувку и иметь удовлетворительные Т1у при умеренных значениях В этом случае, при Гу = 500—550° С удовлетворительная продувка камеры сжатия еще обеспечивается при следующих значениях  [c.362]

В 1942 г. завод Зульцер (Швейцария) на базе ряда исследовательских работ по высокому наддуву для получения максимальной мощности в определенных габаритах построил экспериментальный двигатель с наддувом и газовой турбиной. Двигатель был двухтактный, горизонтальный, рядный, с противоположно движущимися поршнями, в каждом цилиндре имелись две форсунки, располо- женные на диаметрально противоположных сторонах. Выпускные газы использовались в одноступенчатой газовой турбине, мощность которой передавалась коленчатому валу через шестеренчатый редуктор. Воздух для продувки и зарядки цилиндров подавался поршневым компрессором, присоединенным к коленчатому валу двигателя. Давление наддуво 1ного воздуха составляло 2 кг1см , а среднее эффективное давление при максимальной нагрузке, включая турбину и компрессор, достигало 12 Kzj M .  [c.34]

При наддуве воздух (или топливовоздушную смесь в двигателях с внешним смесеобразованием) вводят в цплиндр после предварительного сжатия его в компрессоре. Схема газотурбинного наддува показана на рис. 27. Отработавшие газы при открытии выпускного клапана подводятся к газовой турбине, приводяш,ей в действие компрессор. При работе двигателя с наддувом, когда давление выше, чем р,. (рис. 27, б), перекрытие кланапов используют для продувки цилиндра воздухом, что улучшает его очистку от остаточных газов, а та) же снижает тепловую напряженность поверхностей, образующих камеру сгоранпя (днище иоршня, стенки цилиндра, головки клапанов и головка блока цилиндров).  [c.69]

Анализируя эту зависимость видно, что аф зависит лишь от двух параметров ацил и бф. Зоной устойчивого воспламенения смеси в форкамере является диапазон по коэффициенту избытка воздуха аф = 0,8—1,3. Приведенная система питания форкамеры газом обеспечивает необходимый аф в достаточно широком диапазоне коэффициента избытка воздуха в цилиндре и подачах газа в форкамеру. Применение многоцилиндровых газовых двигателей с наддувом, имеющих протяженные впускные и выхлопные коллектора, приводит к тому, что продувка и наполнение цилиндров различны. В результате этого в некоторых цилиндрах в форкамерах образуется смесь с коэффициентом избытка воздуха, не обеспечивающим надежное воспламенение. В других же цилиндрах при том же давлении форкамерного газа сгорание происходит нормально. Проведенные во ВНИИгазе замеры пределов давления форкамерного газа в частности для 6,10 и 16-цилиндровых двигателей показали, что практически каждый из цилиндров имеет свои отличные границы по воспламеняемости в зависимости от частоты вращения и нагрузки. Суммарная же граница по пределам представляет достаточно узкий диапазон, который даже при легком сбое в регулировках может быть превышен, что в свою очередь приведет к отказу  [c.117]

Существует много схем комбинированных двигателей. Так, в схеме, показанной на рис. 5.2, выпускные газы из поршневого двигателя с высокой температурой и давлением расширяются в газовой турбине 2, приводящей в действие компрессор 5. Компрессор 3 засасывает воздух из атмосферы и под определенным давлением подает его через охладитель 4 в цилиндры поршневой части 1. В охладителе понижается температура воздуха, вследствие чего возрастает его плотность, а главное, понижаются максимальная и ср)едняя температура газов в цилиндре, что способствует повышению надежности работы двигателя. Увеличение наполнения цилиндров двигателя воздухом путем повышения давления на впуске называют наддувом. При наддуве увеличивается свежий заряд, заполняющий цилиндр при впуске, по сравнению с зарядом воздзоса в том же двигателе без наддува.  [c.221]

Двигатель RND90M фирмы Зульцер с петлевой схемой газообмена показан на рис, 160. Этот двигатель имеет диаметр цилиндра 900 мм ход порщня 1550 мм при частоте вращения коленчатого вала 112 об/мин в двенадцатицилиндровом исполнении он развивает мощность 28 080 кВт среднее эффективное давление 1,27 МПа давление сгорания 9,2 МПа давление наддува 0,2 МПа температура газов перед турбиной 420 С. Размеры двигателя длина 24,9 м ширина 4 м высота 12 м. Масса двигателя без воды и масла 1160 т.  [c.258]

Смешанная система регулирования подачи горючего газа в цилиндры двигателя обеспечивает количественное регулирование совместно с регулятором частоты вращения в зав1 симости от нагрузки, а также качественное регулирование в зависимости от давления наддува во всем диапазоне нагрузок. Из стационарного сборника или ресивера газ поступает к регулятору давления, который изменяет давление газа в зависимости от давления наддувочного воздуха для поддержания коэффициента избытка воздуха, обеспечивающего наиболее эф-  [c.274]

Область малых давлений, т. е. нижняя часть индикаторной диаграммы двигателя, менее выгодна для использования в поршневых машинах (для этого требуются большие объемы цилиндров, причем соответственно увеличиваются потери на трение). Следовательно, эту часть процесса сжатия и расширения при малых давлениях выгоднее осушествлять в лопаточных маш инах (центробежных, осевых компрессорах и газовой турбине), которые более эффективны для работы с большими объемами газа при относительно низких давлениях и температурах. Повышение давления и температуры выпускных газов, обусловленное работой поршневого двигателя с высоким наддувом, не является препятствием для применения турбины, так как по условию прочности лопаток современные газовые турбины могут надежно работать до температуры. 800° С.  [c.16]

Фирма MAN (Германия) осуществила ряд работ по повышению мощности двигателя с газотурбинным наддувом. В 1951 г. ею был построен четырехтактный шестицилиндровый двигатель с давлением наддуъа до 3 ата. Среднее индикаторное давление по данным фирмы доходило до 20—22 Kzj M , а к. п. д. установки достигал 42%. Газовая турбина, работающая на выпускных газах, приводила в движение осевой и центробежный компрессоры. Сжатие воздуха происходило сначала в осевом, а затем в одноступенчатом центробежном компрессоре. После осевого компрессора воздух охлаждался в специальном промежуточном водяном радиаторе, затем, после выхода из центробежного компрессора, перед поступлением в цилиндр двигателя, вновь охлаждался во втором радиаторе. Таким образом, было организовано глубокое промежуточное охлаждение воздуха, что позволило получить весьма высокое среднее индикаторное давление.  [c.34]

Д. Д. Пример установки Д. Д. с наддувом по системе Бюхи показан на фиг. 32. Двигатель— компрессорный, 4-тактный, простого действия, 6-цилиндровый. Выхлопные трубы в от отдельных цилиндров соединены в 2 группы выхлопными коллекторами /, по к-рым газы подводятся к турбине д. Воздуходувка сидит на одном валу с турбиной. Сжатый воздух поступает по трубопроводу а, через воздушный коллектор с и всасывающие клапаны й в цилиндры двигателя. При испытаниях двигатель допускал при давлении наддува 0,48 а1(1) возмоншость нагрузки до значений среднего эффективного давления = 9,4 а1, а среднее индикаторное давление = 11,2 at против обычного предела p = Ъ,О а1 в двигателе данного типа, но без наддува. Расход топлива для указанной предельной нагрузки составлял 184 г/Н е -час. Подробнее о наддуве Д. Д. и описание конструкций нагнетателей и турбин см. Нагнетатели авиационных двигателейи Турбины газовые. Высокая ценность дизельных топлив и ограниченность их ресурсов обусловили изыскание возможностей применения в Д. Д. утяжеленных дизельных топлив, получающихся после отгонки из нефти легких фракций, служащих в качестве топлива для карбюраторных двигателей. Применение тяжелых топлив (см. Дизельное топливо) вызывает необходимость устройств для подогрева топлива и более тщательной очистки, т. к. обычный отстой примесей для вязких продуктов является недостаточным. Подогрев топлива осуществляется либо отходящей из двигателя водой либо паром от котла-утилизатора. Наиболее соверщенным методом очистки топлива, обязательным при работе на утяжеленном тошпиве бескомпрессорных Д. Д., является центрифугирование при помощи центробежных сепараторов. При применении тяжелого топлива обычно имеет местО нек-рое повышение удельных расходов топлива, а также увеличение износа цилиндровых втулок двигателя за счет повышения нагаро-образований в цилиндре, загорания поршневых колец и т. в.  [c.194]

Система топливоподачи в газовом двигателе должна обеспечивать подачу необходимого количества газа, воздуха и их оптимальное соотношение на всех режимах работы двигателя, образование однородной смеси газа и воздуха, равномерное распределение газовоздушной смеси или отдельных компонентов по цилиндрам, надежный пуск двигателя и его взрывобезопас-ность. Как уже отмечалось, системы бывают с внешним и внутренним смесеобразованием. Схема топливоподачи газового двигателя с внешним смесеобразованием приведена на рис. 55. Газ из магистрали поступает в редуктор 1, который в зависимости от начальной регулировки или регулировки по обратной связи поддерживает требуемое давление. Из редуктора газ поступает в ресивер 2, предназначенный для сглаживания пульсаций. В, некоторых схемах ресивер устанавливают после смесителя и тогда сглаживаются пульсации газовоздушной смеси. Роль таких ресиверов могут играть газовые коллекторы, а также воздушные ресиверы двигателей. Из ресивера газ через запорный орган 3 поступает в смеситель 4 и далее смесь подается в цилиндры двигателя. Запорный орган может быть установлен до редуктора (схема подачи сжиженного газа на автомобилях), непосредственно между ступенями редуктора (схема подачи сжатого газа на автомобилях), иногда их может быть несколько. Запорные органы могут быть электроприводные, пневмоуправ-ляемые или с ручным управлением. Как показывает отечественный и зарубежный опыт создания газовых двигателей, в основном по такой схеме работают двигатели автомобильного типа не очень большой цилиндровой мощности и с незначительным давлением наддува. Аналогичной системой подачи газовой смеси, разработанной ВНИИгазом и Всесоюзным заочным политехническим институтом (ВЗПИ), оборудован газовый двигатель 6ГЧ15/18 мощностью 100 кВт (рис. 56)  [c.138]

При работе двигателя по нагрузочной характеристике фактором внешнего воздействия на его рабочий процесс является только количество топлива или смеси, поступаюш,их в цилиндр за цикл. В дизелях это сопровождается изменением продолжительности подачи и в большинстве случаев давления впрыска и мелкости распыливания топлива. В двигателях с газотурбинным наддувом изменяется также количество и состоянрге поступающего в дизель воздуха или смеси и газа, идущего в турбину, в результате чего изменяются коэффициент избытка воздуха и условия смесеобразования, Следствием этого является изменение рабочего процесса дизеля, турбины и компрессора (если последний объединен с турбиной в составе турбокомпрессора), что и обусловливает изменение мощности и удельного расхода при работе двигателя по нагрузочной характеристике.  [c.298]

Работа по внешней характеристике нежелательна вследствие повышения тe шepaтyp деталей цилиндро-поршневой группы, основной причиной которой является резкое падение коэффициента избытка воздуха с уменьшением частоты вращения коленчатого вала. Особенно это проявляется в двигателях с высоким наддувом и постоянным давлением газа в выпускном коллекторе, где давление воздуха перед впускными клапанами падает наиболее резко. Уменьшение коэффициента избытка воздуха приводит к росту температуры газа в цилиндре, влияние которого преобладает над уменьшением коэффициента теплоотдачи за счет понижения скорости вихря и некоторого уменьшения плотности. Кроме того, внешняя характеристика не соответствует обычно минимальным удельным эффективным расходам топлива. Как видно из рис. 131, она проходит выше экономической. Ограничительная характеристика, которая определяется максимально допустимой температурой деталей ЦПГ, в зависимости от системы наддува, характеристик агрегатов наддува проходит в области мощностей, близких к номинальной, — обычно между внешней и экономической характеристиками, а в области малых нагрузок располагается значительно выше. Следует учесть, что характеристики двигателя обычно соответствуют нормальным атмосферным условиям.  [c.227]

Система наддува — с постоянным давлением перед турбиной, ее особенность заключается в конструктивной схеме выпускного трубопровода его поперечное сечение сделано достаточно большим, чтобы амплитуда волн давления на входе в турбину была по возможности небольшой. Выпускные патрубки от цилиндров подсоединяются в таком случае к одному выпускному трубопроводу на двигателе 16ЧН 26/26 их два, по одному на каждый ряд цилиндров, и расположены они по бокам двигателя. Выпускные газы поступают из трубопроводов в двухзаходную улитку турбины и. после расширения в турбине вытекают в атмосферу.  [c.237]

II устройства, меняющего степень нарциальностп турбины. Турбина 1 привода компрессора имеет сопловой аппарат, разделенный на две секции (две половины). Каждая половина питается газом из отдельного выпускного коллектора, к которому подключена половина цилиндров двигателя (или одного ряда, обслугкиваемого данным турбокомпрессором). Если двигатель работает на полной мощности, то в турбину 1 поступает газ из всех цилиндров 2 через оба выпускных коллектора. Прп переходе двигателя на работу с малым числом оборотов вала или с малой нагрузкой давление наддува должно уменьшиться прп этом переключается шибер 5,  [c.130]

Для зарядки и наддува используются поршневые насосы (в том числе кривошипьга-камерные насосы со вспомогательным поршнем, фиг. 24), роторно-шестеренчатые нагнетатели и коловратные нагнетатели в стационарных и авиационных двигателях, кроме того, используются еще и центробежные нагнетатели. Теоретический коэффициент зарядки 5 значительна превышает единицу, а давление продувки в авиационных двигателях и двигателях гоночных машин превышает 1 ати. Важным моментом при открытии выпускных органов является использование пульсаций потока выпускных газов. Период времени, в течение которого совершаются продувка и зарядка, должен совпадать с временем минимального давления в выпускном трубопроводе. Правильное в отношении газодинамики устройство впускной и выпускной систем является важным фактором, позволяющим снизить потери на аэродинамическое трение. К сожалению, этот фактор все еще часто упускают из виду. Примером правильного устройства выпускных трубопроводов служат трубопроводы двигателей гоночных машин на концах трубопроводов устроены особые патрубки. В многоцилиндровых двигателях надо во всех случаях согласовывать порядок работы цилиндров и устройство всего выпускного тракта, так как обычно при наивыгоднейшем в отнощении крутильных колебаний порядке работы цилиндров не получается простая по устройству выпускная система. Большей частью приходится устраивать несколько выпускных трубопроводов. Общий выпускной трубопровод могут иметь лишь такие цилиндры, в которых интервал между вспышками по углу поворота кривошипа превосходит всю фазу выпуска 2срд (симметричная диаграмма распределения) или фа, + (несимметричная диаграмма распределения).  [c.446]

Кроме ЭТОГО мероприятия по повышению экономичности возможно также осуществить повышение мощно-еги двигателей. Выше уже было отмечено, что дизели почта не допускают перегрузки против их нормальной мощности, так как в результате недостатка воздуха в цилиндре при увеличении подачи топлива последнее не может а Орать полностью. Для увеличения заряда воздуха применяют так называемый наддув, т. е. вместо всасывания воздуха поршнем заполняют цилиндр воздухом под давлением. Ориентировочно можно считать, что развиваемая двигателем мощность будет прямо пропорциональна давлению воздуха. При работе с чаддувом коэффициент избытка вдздуха остается неизменным и соответственно экономичность двигателя ЯР ухудшается, а при высоких нагрузках даже несколько улучшается за счет улучшения механического к. п. д. Подаяа воздуха может производиться воздуходувкой пли с механическим приводом от двигателя, или от отдельного электромотора, или, наконец, от газовой турбины, работающей на отходящих газах двигателя. Сле-ма газотурбинного наддува показана на фиг. 10-4.  [c.509]

В начале продувки давление в продувочном коллекторе понижается вследствие процесса вытекания из него продувочного воздуха. Давление в цилиндре продолжает падать за счет воздействия ускоренного столба газов в выхлопном трубопроводе при большой площади открытия выхлопных органов по сравнению с площадью открытия продувочных. Здесь может иметь значение также низкое давление (или часто разрежение) в выхлопном коллекторе. После достижения некоторого значения, обычно ниже атмосферного, давление в цилиндре повышается, затем опять несколько падает. Дальнейшие волны имеют меньшие амплитуды или иногда почти совсем стираются. Направляемый продувочными органами воздух стремится итти в цилиндре по определенному пути (зависящему от типа продувки, формы поршня, конструкции и размеров продувочных органов, отношения 3/0 и ряда параметров процесса), освобождая те или иные области цилиндра от продуктов сгорания. Последние продолжают вытесняться в выхлопной трубопровод вместе с некоторой частью примешивающегося к ним продувочного воздуха, к-рая увеличивается по мере течения процесса. Как и во время первой фазы процесса, протекание давления в цилиндре во время продувки является следствием течения газов через продувочные и выхлопные органы при переменных давлениях в коллекторах (в к-рые возвращаются отраженные волны давлений) при воздействии ускоренных масс газов в трубопроводах, а также при распространении волн по цилиндру. Кроме того нужно иметь в виду наличие мертвых зон в цилиндре, влияющих в свою очередь на распределение давлений по цилиндру и на качество продувки. К концу процесса давление может значительно повыситься, что связано с влиянием ускоренного столба газов в продувочном трубопроводе при известных соотношениях плои адей открытия органов распределения (в особенности при наличии фазы наддува), с влиянием волн в трубопроводе и отчасти с влиянием сшатия. Последнее обстоятельство может сказаться в том случае, если напр, рассматриваемая машина — двухпоршневая, в к-рой имеет место значительное изменение объема во время процесса. Во многих конструкциях стагщонарных двигателей закрытие выхлопных органов происходит позже закрытия продувочных, что характеризует наличие фазы дополнительного выхлопа.  [c.157]

Наряду с гидравлическим приводом для газовых клапанов в последнее время применяют приводы с использованием электромагнитов и электронных схем управления. При этом регулировка подачи газа может осуществляться от датчика на рейке топливного насоса, датчиков, установленных на распределительном валу. У двигателей, имеющих воздушный пуск, электронные датчики могут быть установлены на кулачки воздухораспреде-ления. При электромагнитном приводе клапанов может быть успешно использована в схеме управления двигателем микро-ЭВМ. Причем в систему контроля могут быть заложены параметры, являющиеся специфичными для газовых двигателей детонационное сгорание (контроль соотношения давления наддува и метанового числа), температура наддувочного воздуха, температура газа, давление в цилиндре и ряд других. Электромагнитные газовые клапаны могут быть выполнены с учетом изменения длительности открытия клапана (опытный образец двигателя 16ГЧН26/26). Это позволяет регулировать мощность изменением количества газообразного топлива  [c.137]

Системой импульсного газотурбинного наддува оборудованы дизели типов Д50, М750. При импульсной системе располагаемая мощность турбины значительно больше, чем при постоянном давлении, поэтому при одинаковых средних по времени давлениях в выпускном коллекторе можно получить более высокое давление наддува. Мощность турбины возрастает вследствие использования большей доли энергии, которую имели газы в цилиндре двигателя. Поэтому давление, создаваемое компрессором у дизелей с импульсной системой газотурбинного наддува, понижается значительно более полого (рис. 10), чем с изобарной при снижении частоты вращения.  [c.23]

mash-xxl.info