Наддув двухтактных ДВС

Всё, что обсуждалось нами в предыдущих главах, относилось как к проблемам наддува четырёхтактных, так и двухтактных двигателей. Как правило, все возможные системы наддува четырёхтактных двигателей применимы и для двухтактных. Однако в случаях двухтактных двигателей возникают некоторые особенности в части использования газотурбинного наддува.

Ранее мы уже говорили, что при наддуве двухтактных двигателей необходимо обеспечить значительно более высокие расходы воздуха через двигатель. Очевидно, что расход воздуха в единицу времени у двухтактного двигателя должен быть теоретически в два раза больше, чем у четырёхтактного двигателя той же размерности, той же быстроходности, при том же числе цилиндров и при том же коэффициенте избытка воздуха. Расход воздуха на один цилиндр на один рабочий цикл также должен быть больше. Это определяется тем, что именно таким путём достигается улучшенная очистка цилиндра, продувка его избыточным количеством воздуха и одновременно снижаются температуры стенок камеры сгорания и выпускных органов двигателя, которые у двухтактного двигателя более высоки, чем у четырёхтактного. Вынужденное использование избыточного продувочного воздуха у двухтактного двигателя приводит к тому, что температура отработавших газов понижается, что приводит к усложнениям в применении газовой турбины.

В отличие от четырёхтактного двигателя двухтактный обязательно должен иметь нагнетатель воздуха, имеющий привод от коленчатого вала, без которого нельзя запустить двигатель. На рис. 8.3. приведена типичная схема газотурбинного наддува двухтактного дизеля.

Рис. 8.3. Схема системы наддува двухтактного двигателя. Ф – фильтр воздуха, К – компрессор газотурбонагнетателя, Х – холодильник воздуха, Н – приводной нагнетатель, д – дизель, ГЕ – газовая турбина, Г – глушитель.

В данном случае нагнетатель Н, предпочтительно объёмного типа, имеет механический привод от коленчатого вала и является второй ступенью наддува. Первой ступенью служит свободный ГТН с компрессором К. Поскольку у двухтактного двигателя при полных нагрузках располагаемая энергия отработавших газов повышена, то компрессор К может иметь повышенную степень повышения давления, а следовательно целесообразно после него провести охлаждение воздуха в холодильнике Х. Благодаря промежуточному охлаждению воздуха снижается мощность, необходимая для подачи в двигатель данного количества сжатого воздуха.

Приводной нагнетатель у двухтактного двигателя необходим не только для обеспечения пуска, но и потому, что на пониженных нагрузках, когда трудно достичь высокого коэффициента наполнения, такой нагнетатель позволяет решить эту проблему. В результате также повышается приёмистость двигателя.

Как ранее уже отмечалось, применение газотурбинного наддува повышает мощность и момент двигателя на номинальном режиме, но со снижением частоты вращения степень повышения мощности или момента снижается из – за снижения энергии отработавших газов и нарушения оптимальности скоростей на входе в турбину, если она не регулируемая. Регулирование турбины с помощью соплового аппарата и прочими средствами, конечно существенно снижает отрицательное влияние этого явления. Вообще, применение наддува, при условии одинаковой номинальной мощности, снижает приспособляемость и приёмистости двигателя, что и показано на рис. 8.4.

Рис. 8.4. Сравнение протекания характеристик крутящего момента дизеля без наддува (1) и с наддувом (2).

Видно, что коэффициент приспособляемости по моменту снижается с 1,18 до 1,09, а по частоте – возрастает с 0,75 до 0,85 при переходе от двигателя без наддува к двигателю с наддувом.

Рассмотрим теперь различные как широко применяемые, в том числе ранее рассмотренные, так и особенные системы наддува, которые обеспечивают то или иное изменение протекания кривой крутящего момента двигателей.

Дата добавления: 2014-12-26