Способы повышения литровой мощности двигателей
ДВИГАТЕЛЕЙ
ПОВЫШЕНИЕ ЛИТРОВОЙ МОЩНОСТИ ПОРШНЕВЫХ
Форсированием двигателя обычно называют повышение его эффективной литровой мощности 
, кВт/л на номинальном режиме. Основные способы форсирования вытекают из уравнения:
(1.1)
где pe – среднее индикаторное давление; nd – частота вращения коленчатого вала, мин-1; τd – тактность двигателя.
Из анализа выражения (1.1) следует, что литровая мощность Nev может быть повышена в общем случае за счет:
· повышения удельной эффективной работы цикла, т.е повышения среднего эффективного давления pe;
· увеличения частоты вращения коленчатого вала двигателя на номинальном режиме 
, мин-1;
· перехода с четырехтактного (
= 4) на двухтактный (
= 2) цикл.
Следует иметь в виду, что пропорционального изменения литровой мощности при изменении каждого из показателей, входящих в уравнение (1.1) не происходит, так как они взаимосвязаны. Например, на значение среднего эффективного давления оказывают влияние не только тактность, но и частота вращения коленчатого вала двигателя.
Осуществление двухтактного цикла при прочих равных параметрах позволяет увеличить литровую мощность в 1,5…1,7 раза по сравнению с четырехтактным циклом. Однако при переходе на двухтактный цикл возникает ряд проблем. Основными из них являются:
· ухудшение качества протекания процесса газообмена;
· повышение тепловых и механических нагрузок на детали двигателя;
· увеличение содержания вредных веществ в отработавших газах.
Вследствие сложности решения этих проблем на автомобильном транспорте и тракторах двухтактные двигатели применяются редко.
Повышение частоты вращения коленчатого вала на номинальном режиме является сравнительно простым способом увеличения литровой мощности, так как позволяют сохранить массовые и габаритные показатели двигателя.
Главными факторами, ограничивающими предел форсирования двигателей этим способом, являются:
· заметное увеличение затрат мощности на преодоление трения;
· сокращение времени протекания цикла, что приводит к некоторому ухудшению качества процессов газообмена, смесеобразования и сгорания.
Применение электронных систем управления процессами газообмена и смесеобразования в сочетании с другими достижениями новых технологий позволили к настоящему времени надежно обеспечить частоты вращения на номинальном режиме бензиновых двигателей до 7800…8000 мин-1, а дизелей до 4500…5000 мин-1.
Пути повышения среднего эффективного давления pe (отношение эффективной работы на валу двигателя к единице рабочего объема двигателя) вытекают из анализа уравнения
, (1.2)
где Hu – низшая теплота сгорания топлива; 
– коэффициент избытка воздуха; Lo – теоретически необходимое количество воздуха для сгорания топлива, кмоль возд./кг топл.; ηi – индикаторный КПД; ηv – коэффициент наполнения; 
м – механический КПД; – средняя за цикл плотность воздуха перед впускными органами (во впускном ресивере объёмом ); – давление и температура воздуха на впуске; Rμ – универсальная газовая постоянная, кДж/(кмоль К).
Из уравнения (1.2) следует, что наибольшее влияние на повышение удельной работы pe оказывает плотность воздуха . Принудительное увеличение плотности воздуха вне цилиндра обеспечивает его большее массовое наполнение. Это позволяет сжигать большее количество топлива и получать соответствующий прирост удельной работы и мощности. При этом необходимо учитывать, что повышение массы воздуха, поступившего в цилиндр, происходит не только из-за роста плотности , но и качества наполнения, характеризуемого коэффициентом наполнения . Это объясняется уменьшением относительных потерь давления во впускных органах. В итоге, повышение массы воздуха, поступившей в цилиндр, зависит от увеличения произведения .
При газотурбинном наддуве относительные затраты работы на насосные ходы снижаются и, следовательно, увеличивается механический КПД ηм, а при механическом наддуве он уменьшается, так как возрастают затраты мощности на привод вспомогательных агрегатов (на величину необходимую для привода нагнетателя).
Кроме того, для снижения теплонапряженности деталей и обеспечения полноты сгорания топлива в двигателях с наддувом коэффициент избытка воздуха имеет более высокие значения, чем у двигателей без наддува. Изменяется также протекание процессов смесеобразования и сгорания, что отражается на значении индикаторного КПД ηi.
Таким образом конечный эффект от наддува, согласно уравнения (1.2), зависит от суммарного изменения параметров м.
Средняя величина плотности воздуха во впускном ресивере (на впуске) зависит от давления наддува (на выходе из нагнетателя) pk, температуры Tk , расходов через клапаны и компрессор в течение цикла, а также, как будет показано далее, от объёма ресивера, количества подсоединённых к нему цилиндров и порядка их работы. Повышение температуры воздуха при наддуве является негативным фактором, приводящим не только к меньшему росту плотности ρk, но и к увеличению тепловой напряженности деталей цилиндро-поршневой группы двигателя. Для снижения Tk применяют охлаждение воздуха после агрегата наддува в специальных теплообменниках – охладителях наддувочного воздуха (ОНВ).
В зависимости от степени наддува принимаются следующие значения давления pk надувочного воздуха:
· при низком наддуве – 1,5 p0;
· при среднем давлении – (1,5…2,3) p0;
· при высоком наддуве – (2,2…2,5) p0.
Степень повышения мощности при наддуве можно оценить по так называемой степени наддува
πе = peк/pe = Neк/Ne,
где pe, Ne – среднее эффективное давление и мощность двигателя без наддува; peк, Neк – те же показатели двигателя с наддувом.
В настоящее время значения степени наддува находятся в диапазоне λb = 1,5…2,0 и выше.
1.2. Виды наддува. В зависимости от способа, используемого для повышения плотности свежего заряда на впуске, различают следующие виды наддува:
а). Без агрегатный (газодинамический):
· скоростной и инерционно- волновой).
б). Агрегатный:
· механический (приводной);
· с помощью волнового обменника давления (система «Comprex»);
· газотурбинный (турбонаддув);
· комбинированный.
Для понимания сущности наддува широко используется анализ термодинамических циклов. Под идеальным термодинамическим циклом двигателя понимается цикл, в котором подвод и отвод теплоты к рабочему телу (идеальный газ с постоянной теплоемкостью) осуществляется по изохоре и изобаре, сжатие и расширение по адиабатам. Эти циклы в определенной мере могут быть использованы при исследовании действительных циклов.
Как дизель победил предрассудки
21.02.2014 29050 3 2 
Создать стереотип сложно, но искоренить его – тяжело вдвойне. Одним из стереотипов российского автомобильного рынка является миф о непрестижности дизеля, породивший предвзятое отношение к премиальным и спортивным авто с такими моторами. Kolesa.Ru взялись развенчать этот миф и предлагают взглянуть на наследие Рудольфа Дизеля под необычным углом.
Дороже по сравнению с бензиновым аналогом при покупке и эксплуатации; требует качественного топлива и сервиса; вызывает трудности с зимней эксплуатацией; дорогое топливо – вот неполный перечень претензий отечественных автолюбителей к автомобилям с дизельными моторами. Все это верно, когда речь идет о сегменте массовых авто, которые в нашей стране продаются преимущественно в бензиновых вариантах. Но если внимательно взглянуть на сектор крупных внедорожников, в частности премиальных марок, то здесь доля моделей с дизельным двигателем достаточно высока и имеет устойчивую тенденцию к росту. То есть спрос на дизели есть.
Более того, дизельные двигатели становятся все мощнее и производительнее. К примеру, совсем недавно, в середине февраля, компания Renault представила компактный двигатель с невероятными для дизеля характеристиками: при объеме 1.6 литра мощность достигает 160 л.с.! Все оттого, что при его разработке применялись технологии, пришедшие из «Формулы-1″…
Обеспеченные владельцы премиальных джипов все чаще выбирают именно дизельные варианты. Так почему же при покупке второго или …цатого автомобиля, например спорткара, они останавливают свой выбор на модели с бензиновым мотором? Дизель – это недостаточно спортивно для купе или недостаточно премиально для кабриолета?
Можно ли считать автомобиль мощностью 313 сил и разгоном до 100 км/ч за 5,4 секунды спортивным? Конечно, есть и более динамичные модели, но, согласитесь, темперамент очень достойный. Тем более если принять во внимание крутящий момент в 630 Нм, показатель гораздо более важный для динамичного авто, заточенного на автобанные скорости. Ну а если добавить, что все это инженерное великолепие заключено в изящном кузове «купе», то сомнений не остается – речь идет о серьезном спортивном авто. И действительно, «шестерка» BMW (а речь сейчас именно о ней) вполне заслуживает звания спорткара. При чем тут дизель, спросите вы? Да просто все приведенные характеристики относятся к модификации 640d, оснащенной рядным 6-цилиндровым дизельным двигателем BMW TwinPower Turbo. Этот же двигатель устанавливается на «четырехдверку» Gran Coupe и даже на открытый вариант шестой серии.
Еще одним не менее ярким примером спортивности дизеля служит недавняя презентация компанией BMW своего нового отделения BMW M Performance. Первым и пока единственным двигателем нового подразделения стал трёхнаддувный шестицилиндровый дизель с отдачей в 381 л.с. и 740 Нм. Этот мотор, эксклюзивно доступный только для машин серии BMW M Performance, сейчас устанавливается на кроссоверы X5, Х6 и седан пятой серии. Похоже, что баварцы на вопрос о неспортивности дизеля ответили однозначно.
Не отстают от BMW и конкуренты. Например, в гамме двигателей предлагающихся для Audi А5, также присутствует мощный трехлитровый дизель, ничуть не уступающий по динамическим характеристикам бензиновому мотору аналогичного литража. Как и в случае с «шестеркой» от BMW, 3.0 TDI предлагается не только для классического и четырехдверного купе, но и для кабриолета. Не стоит забывать и про такие знаковые модели, как Mercedes-Benz CLS и Porsche Panamera. Этим любимцам состоятельной публики тоже есть чем похвастаться. Например, родоначальник жанра четырехдверных купе, оснащенный мотором 350 CDI и полным приводом 4Matic, разгоняется до 100 км/ч за 6,4 секунды, показатель на уровне его бензинового собрата 350 BlueEFFICIENCY. Panamera ускоряется до «сотни» на 0,4 секунды медленнее, чем CLS.
Это можно было бы списать на очередную «гонку вооружений», давно идущую между германскими концернами Большой тройки, если бы не одно «но». Посмотрите на модели премиальных брендов из Англии и Италии. Аристократичный бренд Jaguar на моделях XF и XJ использует дизельный мотор, который, имея мощность 275 сил, отнюдь не является слабым звеном в моторной линейке. Вторят англичанам и итальянцы из Maserati. Их последняя новинка, седан Ghibli, также имеет версию на тяжелом топливе. А ведь в Италии Maserati называет не иначе как «Ferrari во фраке».
И не стоит считать, что все это лишь новомодные веяния в угоду экономичности и экологичности. Спортивные и роскошные авто с дизельными моторами были и раньше. Взять хотя бы модельный ряд компании Alpina начала 2000-х. Уже тогда седан BMW ALPINA D10 BITURBO с двигателем мощностью 245 сил и крутящим моментом 500 Нм разгонялся до 100 км/ч в пределах 7 секунд и имел максимальную скорость 254 км/ч. Думаете, блажь небольшой компании в попытке выделиться? Отнюдь. Модель, демонстрирующая спортивные навыки дизеля, имелась в те годы и в арсенале известного ателье AMG. Речь о Mercedes-Benz C30 CDI AMG, который, при скромной для спорткара мощности в 228 сил, обладал внушительным крутящим моментом в 539 Нм.
Есть у дизеля и еще одно неоспоримое преимущество, помогающее еще больше раскрыть спортивный потенциал двигателя – хорошие возможности для чип-тюнинга. Вы получаете неплохую прибавку в мощности и крутящем моменте, практически не теряя в экономичности и не уменьшая ресурс мотора. Процедура это несложная, а эффект вполне ощутим. Именно поэтому после выхода на рынок новой модели первыми тюнинговые версии появляются, как правило, у дизелей.
Вот и получается, что дизель годится не только на роль банальной рабочей лошадки. А выпуск таких моторов крупными концернами, а тем более их применение на своих спортивных авто, не просто заполнение модельного ряда базовой экономичной моделью.
Тем же, кто выбирает спортивное люкс-купе, роскошный кабриолет или любой другой подобный автомобиль, настоятельно рекомендую просмотреть конфигуратор на сайте дилера на предмет наличия дизельного варианта. Этот выбор может подарить вам не только радость редкого посещения АЗС, но и ощущения от вождения авто с действительно незаурядными техническими характеристиками.
