Краткий исторический обзор развития наддува поршневых двигателей

Идея повышения плотности свежего заряда на впуске с помощью специальных устройств появилась сразу же после создания работоспособных моделей двигателей с предварительным сжатием заряда в цилиндре.

Первые попытки применения наддува на поршневых двигателях были неудачными. Так в 1885 году Готлиб Даймлер (Gottlieb Daimier, 1834-1900) получил патент на двигатель с наддувом, работающем на газе. Однако показатели его оказались ниже, чем у двигателей без наддува. В 1896 г. на заводах МАН (Германия) под руководством Рудольфа Дизеля (Rudolf Diesel, 1858-1913) были изготовлены опытные образцы двигателей с наддувом. Однако повышение их мощности также сопровождалось заметным снижением экономичности. Причина этого заключалась в низких показателях агрегатов наддува, повышения которых не обеспечивали существующие тогда технологии их изготовления.

Базовым образцом роторно-лопастных нагнетателей для механического наддува стал шиберный нагнетатель, запатентованный в 1911 году Арнольдом Цоллером в Швейцарии (Zoller –нагнетатель).

Схема использования турбины и компрессора, закрепленных на коленчатом валу, для наддува двигателя с принудительным воспламенением была запатентована 13.11.1905 г. швейцарским инженером Альфредом Бюхи (Alfred J. Buchi). В 1915 г. им же запатентована схема турбонаддува с газовой связью, а затем предложено охлаждение наддувочного воздуха. В 1911 г. выдан патент на применение турбокомпрессора (ТК) на стационарном дизеле французскому инженеру Рено. В 1917 г. француз А. Рато, а в 1918 г. американец С.А. Мосс применили турбонаддув на авиационном поршневом двигателе с принудительным воспламенением от искры.

Серийное производство турбокомпрессоров начато фирмой Brown Boveri в 1923 г. Широкое внедрение наддува на судовых дизелях началось в 1925 году.

Определяющую роль в развитии применения наддува на автомобильных и тракторных двигателях сыграл опыт его использования на двигателях спортивных машин. На карбюраторных двигателях наддув начал применяться примерно с 1940 года на автомобилях спортивного типа (фирмы Мерседес-Бенц, Люзенберг, Грехем, Обери, Мазерати и др.). На двигатели устанавливали приводные нагнетатели типа Рутс, а впоследствии центробежные компрессоры со сложной системой привода (большая разница в частотах вращения валов двигателя и компрессора).

В 1938 г. инженер Arbon построил быстроходный дизель с турбонаддувом для грузового автомобиля. Начало серийного производства автомобильных дизелей с турбонаддувом относят к 1954 году.

Пионерами среди легковых автомобилей, оснащённых двигателем с турбонаддувом, были Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobile Jetfire, вышедшими на американский рынок в 1962 – 1963 годах. На них же сразу проявились основные недостатки турбонаддува в условиях эксплуатации. Главный из них – «турбояма». Первый серийный легковой автомобиль с дизелем, имеющим турбокомпрессор, и свободный от указанного недостатка выпущен фирмой Mersedes-Benz в 1978 г.

Успехи, достигнутые при турбонаддуве тихоходных дизелей относительно большой мощности, в частности, судовых, тепловозных и т.п., повышение качества применяемых материалов, развитие производства малоразмерных турбокомпрессоров, позволило перейти к наддуву автомобильных и тракторных дизелей. Уже в начале 60-х годов в США свыше одной трети автомобильных дизелей выпускалось с наддувом в основном для мощностей больших 180 кВт. Рост давления наддува обеспечил повышение среднего эффективного давления до 1,2 МПа, что соответствует примерно 100% повышению мощности по сравнению с безнаддувным вариантом. К настоящему времени турбонаддув получил наибольшее применение на двигателях автомобильных мощностью свыше 80 кВт, а тракторных – 55 кВт.

На бензиновых карбюраторных двигателях внедрение турбонаддува встретило значительные сложности, связанные с детонацией, количественным регулированием мощности, повышением шумности, снижением приемистости и другими проблемами. С переводом этих двигателей на впрыскивающую топливную аппаратуру интерес к турбонаддуву значительно возрос.

В отечественном двигателестроении под руководством А.А. Бессонова в 1926 г. был построен авиационный двигатель жидкостного охлаждения с центробежным нагнетателем V -12 (N_e = 610 л.с., n = 2250 мин^-1, V -образный, 12-ти цилиндровый).

В 1938 г. на двигателе АМ-34 применен газотурбинный наддув (первая ступень) совместно с центробежным нагнетателем (вторая ступень). Он был предложен проф. В.И. Дмитриевским. В это же время д.т.н. А.Д. Чаромским был спроектирован авиационный двигатель с газотурбинным наддувом.

Начало производства отечественных тепловозных двигателей с турбонаддувом относят к 1932 – 1935 г.г.

В настоящее время наддув как механический, так и газотурбинный, являются перспективным средством повышения эффективных и особенно экологических показателей двигателей (автомобильных, тракторных и другого назначения).

Дата добавления: 2014-10-17