|
О двигателях внутреннего сгорания
Михаил Соколон
Зашёл в форум, посмотрел, что пишут. Хотел ответить, но многовато получилось ;), не хочет размещаться на общих основаниях.
Вот текст ответов:
Раз уж пошла дискуссия относительно моих скромных замечаний, то мне следует ответить на некоторые вопросы. :)
Итак, "турбо+мех.привод компрессора" = "турбокомпаунд". Штука не самая простая в доводке, склонная к генерации вибраций. Ничитожный прирост КПД при использовании постоянного передаточного отношения между валом нагнетателя (он же компрессор) и коленвалом. Введение изменяемого (автоматически) дифференциального механизма — вопрос очень неприятный для конструктора в доэлектронную эпоху.
На авиамоторах все эти ухищрения не применялись широко, а нашли воплощение на судовых дизелях, дизелях для транспорта (например — компаунд есть у Volvo Truck и Scania).
Поэтому иногда ставили два отдельных нагнетателя: на малых оборотах работал механический, а на средних "подхватывал" турбо. Проблемка: после набора оборотов механический привод нужно отключать.
Почему? Бешенные потери мощности!!! Считайте, 20-25% отдачи!
Потому, распространение механических систем всегда было... гм-м. шагом вынужденным и многокомпромиссным. Расход топлива — космический, теплорежим — жуткий, масло жрали... Для большинства случаев решение — отключение одной или всех ступеней компрессора. Но здесь засада: наддув требует снижения степени сжатия (а это и потеря КПД, ухудшение всех параметров мотора и т.д.). Увеличиваем давление (включаем вторую "скорость" или ступень) — всё это в квадрате.
Выходили из положения при помощи сверхвысокооктанового топлива (не спасало!), или подачи (в карбы и/или впрыска через отдельные форсунки!) того самого метанола.
Он давал охлаждающий эффект, что позволяло несколько поднять без большого вреда максимальное давление наддува. Ну и чуть-чуть улутшал наполнение цилиндров и, а это главное, увеличивал антиденотационную стойкость — на чистом метаноле степень сжатия может быть на 30-40% выше, чем на бензине... А воду добавляли по простоте души: типа телоёмкость её выше, вот и будет хорошо.
А не будет... Время показало, что лучше уж над газодинамикой и формой камер сгорания бы работали — так нет, простоты им хотелось. Недоучки! У того же Микулина диплом был "по совокупности изобретений". Теории ДВС он не знал. Потому и шёл на ощупь.
О "турбояме" (т.е. недостатке энергии выхлопных газов на малых оборотах) можно сказать только одно: уменьшаем диаметр рабочего колеса турбины и для сохранения производительности увеличиваем число его оборотов. Проблема одна — подшипники вала. Их в середине века умели делать англичане и, частично, амеры. Отсюда — распространённые заблуждения. Тем более, что турбонаддув позволяет путём несложных решений ПОЛНОСТЬЮ избавиться от указанного дефекта. Например, используется ДВА агрегата компрессор/турбина, один с большим диаметром, второй — малым. Получаем отличный шанс иметь 90 % крутящего момента, практически с холостых оборотов.
При некотором желании, исключить яму можно и ещё несколькими способами — скажем, т.н. "антитурболаг" (англ.), идея, кажется (?), немецкая, времён войны, но нашла себя в металле только вот недавно в раллийных автомобильных агрегатах: отдельная форсунка подаёт топливо в ВЫПУСКНОЙ коллектор при сбросах "газа", и получившиеся газы "докручивают" турбинку компрессора... Требуется только (ха-ха!) качественный материал коллектора — он был разработан в СССР и Японии уже позже, после отказа от разработки новых поршневых ДВС для авиации. Кроме того, турбо позволяет простыми средствами реализовать последовательную работу двух и более ступеней компрессора для увеличения давления наддува. А все проблемы с турбо на авиационных агрегатах времён войны связаны с отсутствием необходимых материалов — высокотемпературных масел, керамики и сплавов. Вот и ответ на вопрос "а почему в СССР амерские моторы не выхаживали свой заявленный ресурс". Не было масел, свечей и при низкой культуре обслуживания всё это быстро "убивало" моторы...
 Дальше! Roots — это самый популярный в довоенную и военную эпоху тип приводного (от коленвала) компрессора. Выглядел (и выглядит сейчас) как эдакий сплюснутый с боков бочонок, иногда — с оребрением. Отличается довольно приличным развиваемым избыточным давлением — до 4,5 бара (!).
Объёмный нагнетатель создающий избыточное давление почти в выпускном канале. Внутри корпуса с небольшим постояным зазором работает связанная между собою пара роторов (форма их - два цилинра, слитых боками ;)).
Да, конечно, инерционность (яма) у турбо больше в сравнении с механическими системами, но отношение расход топлива (а это — и теплонагруженность ещё!)/отдача показывает, что механика — это суррогатное решение.
О "чистом турбо". Не нашёл применения?!!!!!! Просто не все УМЕЛИ его делать. Вот и всё. Но кое-кто делал — см. информацию, касающуюся интереса всех и всяк к удачным образцам двигателей.
Динамика — она и есть динамика. Скорость изменения числа оборотов. И набор, и сброс. Кроме того — циклы "набор-сброс-набор". И как двигатель реагирует на изменение подачи топлива ("газ"), как принимает нагрузку на разных оборотах, и есть во многом результат ДОВОДКИ систем питания и зажигания.
Любой неустановившийся режим - нестационарный. Иными словами, всё, что сопровождается изменением числа оборотов и/или нагрузки на двигатель — это оно и есть.
Авиационные моторы, вообще-то, проектировались как будто они вообще однорежимные — набрал 2,300 и пилит... А в воздухе всё уже не так: сектором газа играли часто...
Проблема мне видится в том, что мало кто из конструкторов моторов летал сам "по взрослому". А испытатели не конструировали и не возились с моторами. С собственно самолётами — это не так, а с двигателями — очень похоже на правду.
И ещё, в догонку. Сочетание наддува (любого типа) с карбюраторами — это ОЧЕНЬ высокий расход топлива. Механический наддув — там часто сжимали вообще уже готовую смесь после карбов — затруднял применение интеркулёров (промежуточных охладителей), что снижало плотность заряда смеси и приводило к непомерному росту теплонаряжённости мотора. Потому и наддув были непостоянным — включил наддув/его вторую ступень/скорость — догнал/убежал и... всё! Вновь лети на слабом моторе. Турбо этих недостатков лишён. Немцы ведь на самых лучших своих моторах отказались от карбов — на непосредственный впрыск бензина (именно) перешли. Разработка R. Bosch AG. Потому и юзали мех.компрессоры без особого интереса к турбо.
Ну и последние (утомил всех!): о закиси азота. Это простое и очень эффективное решение для кратковременного форсирующего эффекта. Можно, конечно, просто топливо типа нитрометана (top fuel, так называемые) использовать, но это и дорого, да и самолёт будет состоять из бака и мотора... А вот охлаждать всё это добро тогда не умели! Опять же, масло не выдерживало температур и нагрузок. При использовании воздушного охлаждения, между прочим, вообще-то крайне затруднительно получить приемлемую форсировку и ресурс моторчика. А как его любили!.. Жидкостное, решало большинство проблем. И вызывало новые (живучесть, обслуживание, технологические допуски для использования резервов по форсировке и т.д.).
Всё, что я сказал — старьё. Ничего нового не открыл, просто почитайте НЕ ТОЛЬКО об авиационных моторах. Тот же впрыск рассекретили в 1955 на Mercedes 300 SL, почти без принципиальных изменений использовали. Наддув — с 20-х годов в гонках применяли (авиационные двигатели Bugatti, Hispano-Suisa, Napier, DB aka Mercedes, BMW, Lycoming — Вы все знаете).
И все они применяли массу одинаковых решений на гоночной технике — автомобильной и авиационной.
P.S. Napier и некоторые другие моторы были не V-образные, а W-образные: три ряда цилиндров, и по три шатуна на одной шейке вала — для увеличения крутящего момента. Исправьте, где нужно. Рисунок — это и есть тот самый агрегат.
Подробно
Возврат в Форум
| 
