Ю. ДИНЕЕВ, ведущийинженер НАМИ.ТурбонаддувЛопаточные нагнетатели включают в себя осевые и центробежные компрессоры. Их рабочими органами являются специально спрофилированные лопатки, которые при вращении с большими окружными скоростями разгоняют воздушный лоток до определенной скорости, т. е. сообщают ему кинетическую энергию. В центробежных компрессорах давление возрастает частично в самой крыльчатке за счет сил инерции воздушного потока и частично в результате превращения кинетической энергии движущегося воздуха в потенциальную путем •его торможения в неподвижных диффузорах или воздухосборниках. Повышение давления в осевых компрессорах достигается в основном благодаря торможению воздушного потока. Центробежные и осевые нагнетатели различаются между собой направлением воздушного потока в рабочем колесе. в первых воздух входит в рабочее колесо (крыльчатку) в осевом направлении, затем движется по радиусу (рис. 16), во втором движение его совпадает с вращением рабочего колеса (рис. 1 в). Нагнетатели могут приводиться в действие посредством шестеренчатых или ременных передач от коленчатого вала двигателя. Такие нагнетатели называются приводными. Их устанавливают на дизелях ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206. Давление воздуха перед их цилиндрами доходит до 1,5 кг/см 2 . Наддув с помощью приводного нагнетателя позволил значительно повысить мощность двигателей. Однако он в данном случае ограничен не только тепловой и динамической напряженностью деталей, но и тем, что после определенного предела роста давления перед цилиндрами снижается экономичность в результате потребления нагнетателем большей доли прироста мощности дизеля. Кроме того, при работе двигателя на небольших оборотах коленчатого вала и со значительными нагрузками объемный нагнетатель не подает необходимого количества воздуха для эффективной продувки и протекания процесса сгорания. Наиболее перспективным средством повышения литровой мощности двигателей внутреннего сгорания является применение турбонаддува, который позволяет повысить их общий к. п. д. за счет энергии отработавших газов.аддувом принято называть подачу сжатого до определенного давления воздуха в цилиндры двигателя. Что это дает? Прежде всего позволяет увеличить вес воздушного заряда, поступающего в цилиндры и, следовательно, сжигать большее количество топлива при том же весовом соотношении воздуха и топлива. Тем самым удается снять с двигателя большую полезную мощность. Как известно, для полного сгорания в цилиндрах необходимо определенное соотношение между количеством поступившего в них воздуха В (кг) и количеством подаваемого топлива С (кг), т.е. С= Д. Но это теоретически. Практически же требуется подавать несколько большее количество воздуха:Б1На)2Температура Выхлопных газоВ-750°/f\!p\l^s^f\lrТепло, поглощаемое,ir—7~- Тема, yxafympe ухоодщеегазапи-45%п±Г^уходящее,(к —\ч на преодоление трения-11 %2= А, где В — теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания топлива; Е — действительное количество воздуха, поступающего в цилиндры. Отношение А называют коэффициентом избытка воздуха, который для карбюраторных двигателей изменяется от 0,8 до 1,1 и для дизелей в пределах 1,2 — 1,3. При увеличении давления во впускном трубопроводе вес 1л воздуха возрастает, например, в К раз. Поэтому в цилиндры двигателя с наддувом подается воздуха вК раз больше, чем в цилиндры двигателя без наддува. Это возможно при одинаковых коэффициентах избытка воздуха. Вот почему за 1 сек. выделяется вК раз больше тепловой энергии. Следовательно, двигатель с наддувом развивает соответственно более высокую .мощность. Для современных серийных автомобильных дизелей с наддувом давление воздуха перед цилиндрами доходит до 1,7 кг/см 2 . При таком давлении мощность может повыситься на 35—45 проц. по сравнению с мощностью двигателя без наддува. Для сжатия воздуха двигатели с наддувом снабжаются нагнетателями. В настоящее время применяют два их вида: объемные М лопаточные. К объемным относятся поршневые насосы и роторно-шестеренчатые нагнетатели типа ЯАЗ-204 (рис. 1а). У них воздух поступает в подвижные полости, сжимается и затем нагнетается во впускной трубопровод двигателя и далее в цилиндры.Температура выхлопныхгозоЬ-8В0°-9011°Тепло, 'уходящее с Выхлопными газами—40%Тепло, поглощаемое^ бодай-24%Тепло, уходящее на преодоление трения -8% Тепло, преаБраэа ванное 6 полезнуюработу - 27 %(Рис. 2. Р аспределение тепловой энергии в современных дизелях (а) и карбюраторных двигателях (б): 1 — цилиндр; 2 — выпускной коллектор, 3 — охлаждающая вода. На рис. 2а приведена схема распределения тепла в современном дизеле со степенью сжатия 16, на рис. 26—в карбюраторном двигателе со степенью сжатия 7, работающих на полной нагрузке. Если принять количество тепла, которое выделяется при сжигании топлива в цилиндре 1 за 100 проц., то окажется, что в дизеле выходит с отработавшими газами через выпускной коллектор 2 до 45 проц. тепла, а в карбюраторном двигателе до 40 проц. от общего количества тепловой энергии. Соответственно 9 проц. и 24 проц. ее уходит е охлаждающую воду и около 11 проц. и 8 проц. расходуется на преодоление механических потерь. Доля тепловой энергии, которая может быть преобразована в полезную работу, составляет для дизеля 34—37 проц., для карбюраторного двигателя — 28 проц. Сжатие воздуха компрессором при турбонаддуве осуществляет турбина, благодаря которой удается использовать часть энергии, уходящей с отработавшими газами. Применение турбонагнетателей, работающих на отработавших газах двигате-—Рис. 1. Виды нагнетателей: а — роторно-шестеренчатый: 1 • вход возду— ха; 2 — ротор: 3 — выход воздуха; б — центробежный: 1 — лопаточный диффузор; 2 — крыльчатка; 3 — воз• духосборник («улитка»); в — осевой: 1 • вход — воздуха; 2 — лопатки направляющего аппарата; 3 — выход воздуха; 4 — ротор нагнетателя; 5 — лопатки ротора. в автомобильных двигателяхлей внутреннего сгорания, является первым реальным шагом к внедрению газовых турбин в автомобильной технике. К настоящему времени разработано несколько конструктивных схем турбонагнетателей как в СССР, так и за рубежом. Для автомобильных двигателей наиболее приемлема схема с применением центробежного нагнетателя и радиально-осевой турбины центростремительного типа (рис. 3). К корпусу подшипников 1 крепится с одной стороны улитка турбины 3, с другой -— воздухосборник компрессора 5. Ротор турбонагнетателя, состоящего из центробежного компрессора 6, посаженного на вал радиальной турбины 2, распорной втулки и деталей уплотнений, вращается на двух подшипниках скольжения 4 (или подшипниках качения) со скоростью 30—70 тыс. об/мин. Движение отработавших газов через турбину показано на рис. 3 стрелками А, движение зоздушного потока через центробежный компрессор — стрелками Б. Смазка подводится к подшипникам под давлением от системы смазки двигателя. Принципиальная схема турбонаддува в четырехтактном двигателе представлена на рис. 4. Отработавшие газы из цилиндра 1 двигателя по выпускному коллектору 2 поступают на турбину 3 турбонагнетателя, затем по выпускной трубе 6 выбрасываются в атмосферу. Турбина приводит во вращение центробежный компрессор 5, который засасывает свежий воздух из атмосферы через воздухоочиститель 9и сжимает его до необходимого давления. Затем он по трубопроводу 8 поступает через впускной клапан 7в цилиндр двигателя. На двухтактных автомобильных дизелях наддув можно осуществлять по комбинированной схеме. В этом случае воздух последовательно сжимается в турбонагнетателе, а затем в приводном нагнетателе. Их правильная настройка при совместной работе имеет важное значение в связи с большой чувствительностью двухтактных двигателей к противодавлению в выпускном коллекторе. Последовательное подключение турбонагнетателя позволяет значительно поднять давление воздуха перед цилиндрами и уменьшить до 50 проц. мощность, потребляемую приводным нагнетателем. При испытании в НАМИ двигателя ЯАЗ-204 с подобной системой наддува была получена мощность 173 л. с. с одновременным снижением расхода топлива до 194 г/э. л. с. ч. по нагрузочным характеристикам при 2000 об/мин коленчатого вала. К турбонагнетателю дизелей предъявляют жесткие требования в отношении габаритных размеров и веса. Кроме того, необходимо обеспечить высокие показатели его работы при значительных изменениях расхода воздуха и числа оборотов коленчатого вала, а также быструю реакцию системы наддува на изменение нагрузки двигателя при 3. «За рулем» № 1 режимах разгона, т. е. важно, чтобы турбонагнетатель подавал требуемое количество сжатого воздуха в цилиндры двигателя. Это достигается за счет высокого к. п. д. турбонагнетателя и небольшого момента инерции ротора. Помимо того, автомобильные турбонагнетатели должны допускать продолжительную работу при температуре отработавших газов до 750°С, на кратковременных режимах до 800°, иметь достаточную надежность, прочность и срок службы не менее 3000 час. Турбонаддув серийных карбюраторных двигателей до настоящего времени не нашел широкого применения из-за высоких температур и малых расходов отработавших газов, а также ввиду значительного увеличения степени сжатия. Вес двигатеJ Лнтро:вая мопд ля. прихоI ность, дящийся на I л. с./л 1 л. с . кг. При работе на бензине с ограниченным октановым числом возрастает склонность к детонационному сгоранию, вследствие чего необходимо уменьшать степень сжатия. Это снижает экономичность и мощность двигателя. Массовый выпуск высокооктанового автомобильного бензина откроет перспективы использования турбонаддува карбюраторных двигателей. Некоторые сравнительные данные дизелей без турбонаддува, с турбонаддувом и карбюраторных двигателей приведены в таблице. В последние годы благодаря достижениям в области аэродинамики и технологии металлов стало возможным из-(Окончание см. на стр. 16)ТипдвигателяКарбюраторные двигатели грузо вых автомобилей 28—31 Лучшие четырехтактные дизели) без турбонаддува! 18,5 Современный дизель с турбонаддувом i 24 Дизель с турбо-,' наддувом будущего i .т.'корпус подшипников: 2—радиальная турбина центростремительного типа; 3 — улитка турбины; 4 — подшипники; 5 — воздухосборник компрессора; 6 — центробежный компрессор.Рис. 4. Схемы турбонаддува в одноцилиндровом двигателе: 1 — цилиндр; 2 — выпускной коллектор; 3 — турбина; 4 — корпус турбонагнетателя: 5 — центробежный компрессор; б — выпускная труба; 7 — впускной клапан; 8 — впускной трубопровод; 9 — воздухоочиститель. JL.а_