Рис. 1. Схема турбонаддува дизеля:
1 – компрессор; — турбива; — цилиндр дизеля

Привод во вращение вала компрессора может производиться от коленчатого вала двигателя с помощью механической передачи. При этом некоторая часть мощности, развиваемой двигателем, будет расходоваться на сжатие и нагнетание воздуха. Можно также осуществить привод компрессора с помощью турбины, работающей на выходящих из цилиндров двигателя газах, имеющих достаточно высокое давление и температуру, — газотурбинный наддув. В этом случае удается не только увеличить мощность двигателя, но и улучшить его экономичность за счет использования части обычно теряемой энергии с отработавшими газами.

Для газотурбинного наддува дизелей применяют объединенные в одном агрегате компрессор и турбину лопаточного типа, рабочие колеса которых установлены на общем валу, — турбокомпрессор.

На протекание рабочего цикла четырехтактного дизеля с турбонаддувом оказывают влияние повышенные давления и температура поступающего в цилиндр воздуха, а также противодавление газовой турбины выходящим из цилиндра отработавшим газам.

В соответствии с начальными параметрами повышаются параметры воздуха в конце такта сжатия. В некоторых случаях, особенно когда используется высокое давление наддува, для понижения максимального давления несколько уменьшают степень сжатия, доводя ее значение до 13—14.

Сгорание топлива при наддуве происходит с меньшей динамичностью вследствие сокращения периода задержки воспламенения, обусловленной высокой температурой воздуха в конце такта сжатия.

Максимальное давление и максимальная температура цикла повышаются вследствие увеличения количества сгорающего топлива. Для обеспечения приемлемых значений максимального давления подбирают характеристику подачи топлива с увеличенной продолжительностью подачи и несколько уменьшают против оптимального значения угол опережения начала подачи топлива.

Ограничение максимального давления, которое необходимо для предотвращения механической перегрузки деталей двигателя, приводит к увеличению степени предварительного расширения и к повышению температуры газов в конце расширения.

Процесс выпуска отработавших газов происходит при повышенном давлении вследствие торможения потока, создаваемого турбиной турбокомпрессора. Обычно средняя величина давления в выпускном коллекторе перед турбиной на режиме полной мощности дизеля оказывается несколько ниже (на 0,1—0,15 кПсм2) давления воздуха во впускном коллекторе.

Эффективный к. п. д. дизеля, работающего с турбонаддувом, выше, чем у дизеля, работающего без наддува. Это связано главным образом с более благоприятным отношением среднего индикаторного давления к среднему давлению механических потерь. Удельный расход топлива у дизелей, работающих с турбонаддувом, при сравнении с дизелем без наддува оказывается на 5—7 г/л. с. ч ниже.

Эффективность работы системы турбонаддува связана с возможно более полным использованием энергии отработавших в цилиндрах дизеля газов. Поток газов, выходящих из цилиндров дизеля, по своему характеру является импульсным. Импульсы давления возникают в выпускном коллекторе при периодическом открытии выпускных клапанов и вытекании газов из каждого цилиндра дизеля с большой скоростью.

Когда все цилиндры дизеля объединены общим коллектором, соединенным с турбиной турбокомпрессора, импульсы накладываются один на другой и гасятся. В этом случае кинетическая энергия отработавших в цилиндрах дизеля газов в турбине турбокомпрессора не используется;—

Для использования энергии импульсов потока отработавших газов выпускной коллектор разделяют на два независимых канала, каждый из которых связывают с группой цилиндров дизеля так, чтобы возникающие от связанных с ним цилиндров дизеля импульсы давления следовали через достаточно большие интервалы по углу поворота коленчатого вала. При общепринятом порядке чередования рабочих ходов четырехцилиндрового дизеля 1—3—4—2 объединяют в одну группу 1-й и 4-й цилиндры и в другую группу 2-й и 3-й цилиндры. У шестицилиндрового дизеля с порядком чередования рабочих ходов 1—5—3—6—2—4 объединяют в одну группу 1, и 3-й цилиндры и в другую группу 4, и 6-й цилиндры. При этом стремятся к уменьшению длины трубопроводов, соединяющих цилиндры дизеля с турбиной турбокомпрессора. При такой (импульсной) системе применяют турбокомпрессор с парциальной турбиной с двумя независимыми входными улитками, связанными с разделенным на две части направляющим аппаратом, каждая часть которого охватывает половину окружности рабочего колеса.

Аналитические расчеты и экспериментальные исследования показывают, Что при применении импульсной системы турбонаддува энергия, используемая в турбине турбокомпрессора, увеличивается примерно на 30% у четырехцилиндровых и на 20% у шестицилиндровых дизелей. У дизелей с большим (8—12) числом цилиндров импульсная система не дает существенного выигрыша.