Преимущества и недостатки систем импульсного наддува

Более предпочтительным способом является подача большего количества топлива в единицу времени, однако при этом необходимо и количество подаваемого в двигатель воздуха увеличить. Поэтому одним из наиболее эффективных способов повышения мощности двигателя является наддув, в основе которого лежит простой принцип: чем больше кислорода попадет в цилиндр двигателя, тем больше получится в нем сжечь топлива, соответственно, удастся выработать больше мощности, не увеличивая размеры и вес самого двигателя.

Схема работы

В двигателе без наддува топливо поступает в цилиндры под давлением, которое несколько меньше атмосферного из-за многочисленных помех, встречающихся на пути потока. При наддуве же перед впускным клапаном давление сильно повышается.

Для наддува используются компрессор (приводной нагнетатель), турбокомпрессор или и то, и другое одновременно (при комбинированной системе). По способу подвода газа к турбине от цилиндров различают изобарную систему и импульсную систему.

Импульсная система предполагает, что газы к турбине подводятся сразу от нескольких групп цилиндров, которые объединены одним общим трубопроводом. Цилиндры объединены таким образом, чтобы фазы пуска у них не перекрывались. От каждой группы цилиндров газы проводятся к определенной части окружности колеса турбины, а в выпускном коллекторе для уменьшения сложности выталкивания создаются колебательные импульсы.

Преимущества и недостатки

Каждая из систем, как изобарная, так и импульсная, имеют свои преимущества и недостатки. Так, потери энергии во время перетекания газа при импульсной системе меньше, при этом совокупность работы газа за один цикл – больше. Зато из-за пульсации давления на входе в турбину КПД ее снижается. По этой причине эффективность импульсных систем выше на малых частотах вращения и относительно низком наддуве, при условии, что давление в выпускном коллекторе равняется 0,16 МПа или ниже.

В то же время на фоне повышения КПД турбокомпрессора и повышения давления в компрессоре становятся очевиднее и недостатки турбины относительно наддува с постоянным давлением газа. Во-первых, это сложность и дороговизна выпускного коллектора. Во-вторых, необходимость устанавливать на один двигатель несколько турбин. В-третьих, турбина с импульсным наддувом предлагает значительно более низкий КПД по причине непостоянства скорости газа и давления при входе в турбину, а также перетекания газов из-за разделенного соплового аппарата.

Что же касается воздействия на сам турбокомпрессор, то, безусловно, больше преимуществ в данном случае будет иметь принцип постоянного давления, при котором турбина обладает меньшими размерами, благодаря большей пропускной способности соплового аппарата, а также повышенной степени надежности из-за понижения вероятности поломки лопаток. Благотворно влияет на турбину повышенный КПД при отсутствии изменяющегося парциального или импульсного подвода газа.

Говорить о преимуществах системы импульсного наддува для четырехтактных двигателей можно лишь в случае пуска при пониженных частотах вращения, а также при малых нагрузках. На всех этих режимах у двухтактных двигателей используют всевозможные вспомогательные устройства, которые способны компенсировать недостаток воздуха, отчего на двухтактных двигателях все преимущества импульсного наддува утрачиваются. И наоборот, у крупных судовых двухтактных двигателей именно при низких частотах вращения и низких нагрузках проявляются преимущества системы постоянного давления, в отличие от четырехтактных двигателей.

Однако система импульсного наддува обладает и немалым количеством преимуществ. Так, двигатель при таком варианте наддува обладает лучшей приемистостью из-за того, что:

• Во-первых, при частичных нагрузках энергия газов оказывается выше, благодаря наличию импульсов давления.
• Во-вторых, для заполнения выпускных коллекторов большого объема газом необходимо меньше времени.
• В-третьих, на фоне частичных нагрузок и низких частот вращения не происходит увеличения коэффициента остаточных газов по причине их заброса, происходящего из выпускного коллектора, как это происходит при системе постоянного давления.

Таким образом, наполнение цилиндра воздухом не снижается, предел дымления наступает позже, а избыток мощности, требующийся для разгона, не уменьшается.

Следующим преимуществом импульсной системы наддува является то, что для более качественной продувки при одинаковом перекрытии клапанов в случае системы импульсного наддува необходимо меньше воздуха, то есть в цилиндр осуществляется большая подача воздуха.

Кроме того, среди достоинств импульсной системы наддува стоит отметить повышение коэффициента избытка воздуха и пониженные температуры ОГ перед турбиной в результате большего расхода воздуха.

Еще одно несомненное преимущество импульсной системы состоит в том, что при системе постоянного давления достигнуть равенства между давлением наддува и противодавлением возможно лишь при высоких нагрузках, при малых же нагрузках возникает обратный поток газов. При импульсной системе такая проблема не стоит.

Таким образом, видно, что система импульсного наддува имеет как преимущества, так и недостатки и может применяться для достижения наилучшего результата в зависимости от поставленных задач и условий работы.