где К - константа; Hu- низшая теплота сгорания топлива, к Дж/кг; l 0 - количество воздуха, теоретически необходимое для полного и совершенного сгорания топлива, кг/кг; V h - рабочий объем цилиндра, л; i - число цилиндров, шт; τ – тактность двигателя (двух- или четырехтактный); α - коэффициент избытка воздуха; η i - индикаторный КПД; η v - коэффициент наполнения цилиндра; η м - механический КПД; ρ k - плотность воздуха, поступающего в цилиндр, кг/м 3 ; n – число оборотов коленчатого вала, об/мин.

что мощность двигателя можно увеличить за счет роста числа цилиндров i ДВС при со­хранении их размеров или увеличения объема цилиндров. Оба эти пути приведут к росту размеров и веса двигателя. Другой путь увеличения мощности – рост частоты вращения коленчатого вала. Чем больше частота вращения, тем большее число рабочих циклов совершает двигатель в единицу времени. Однако такой путь сопровождается ростом нагрузок на детали кривошипно-шатунного механизма и интенсивностью их износа. Соответственно, рост частоты вращения во избежание снижения надежности должен компенсироваться усилением элементов двигателя, что, в свою очередь, приводит к увеличению веса и га­ баритов. Кроме того, частота вращения ограничивается скоро­стью движения поршня, которая может достигать величины 10…...12 м/с [15].

мощности является увеличение плотности рабочего тела, поступающего в цилиндр. Он позволяет значительно увеличить мощность двигателя без существенного изменения габаритов и массы, при сохране­нии инерционных нагрузок и тактности. В результате увеличива­ется заряд цилиндра окислителем, что позволяет пропорцио­нально увеличить количество топлива, сжигаемого в цилиндре. А это, в свою очередь, дает большую теплоту, которая в дальней­шем преобразуется в механическую работу. Зарядка цилиндров ДВС повышенным количеством воздуха называется наддувом. Он является наиболее эффективным способом повышения мощности поршневого двигателя без сущест­венного увели­чения его размеров. В настоящее время бо­лее 90% дизельных двигателей оснаща­ется наддувающими агрега­тами. Практически все современные двигатели для мощной тех­ники (локомотивов, грузовиков, воен­ной, строительной и до­рожной техники) выполняются с надду­вом.

Наддув ДВС имеет долгую и интересную историю. Фактиче­ски она имеет такую же протяжен­ность, что и история создания и совершенствования автомобиль­ных ДВС. Уже первые конструк­торы таких двигателей пришли к выводу, что предварительное сжатие рабочей смеси до поступле­ния ее в цилиндры позволило бы получить прибавку мощности при сохранении габаритов ма­шины. Рис. 1 Готлиб Даймлер ( ) Однако вопрос о том, как наддув должен выглядеть на прак­тике и функционировать, долгое время оста­вался неясным. Это привело к ог­ромному разнообразию устройств, при­меняемых для предва­рительного сжатия воздуха на входе в ДВС, и схем организации над­дува. У истоков наддува стоял ни кто иной, как Готлиб Даймлер (рис.1). Он занимался вопросом наддува своих машин, рабо­ тавших на газе и керосине, и в 1885 году получил па­тент DRP на систему наддува двигателя с принудительным зажига­нием. Рис. 1. Готлиб Даймлер ( )

кривошипно-камерной продувки, когда сжимаемый в картере воздух поступал в цилиндр двигателя через клапан в го­ловке поршня после завершения всасывания (рис. 2). За счет наддува Даймлер собирался компенсировать низкое наполнение цилиндра свежим зарядом при повышении частоты вращения вала. Таким образом, изобретатель стремился повысить частоту вращения от 150……… об/мин современных на тот момент ДВС, до 500… об/мин, необходимых для использования двигателя на автомобиле. Попытки Даймлера использовать наддув оказались неэффек­тивными: при­рост мощности был небольшим, а размещение клапана в поршне технически сложным. После нескольких по­пыток Даймлер отка­зался от применения наддува. Фирма Daimler вернулась к над­дуву только через 30 лет - после Первой мировой войны. Тогда успешный опыт применения наддува в авиационных двигателях был перенесен ею на гоноч­ные автомобили.

Рис. 2. Двигатель внутреннего сгорания Даймлера с предварительным сжатием топливовоздушной смеси

Рис. 3. Рудольф Дизель ( ) К идее применения предварительного воздуха на входе в двига­тель пришел также и Рудольф Дизель (рис. 3). Уже на втором опытном экземпляре своего двигателя в 1896 году он опробовал предварительное сжатие необходимого для сгорания воздуха. В декабре 1896 года появился первый опытный ряд дизельных двигателей с наддувом (рис. 4). Они имели заметное повышение эффективной мощности, но их коэффициент полезного действия был ниже, чем у дизелей без наддува. Рис. 3. Рудольф Дизель ( ) [6]

Рудольф Дизель, которого в первую очередь интересовала экономичность моторов, оценил результаты экспериментов как негативные. Причина, по которой он не получил желаемого КПД, осталась для него загадкой. В своем дневнике он написал сле­ дующее: «Эксперимент от , по сравнению с преды­ду­щим экспериментом от 12.01, сразу поставил вопрос о воздей­ст­вии предварительной компрессии; она чрезвычайно вредна, и по­этому с этого момента следует отказаться от этой идеи. И по­этому следует остановиться на обычном четырехтактном двигателе с непо­средственным впуском воздуха из атмосферы в том виде, в ка­ком он имеется». Как показало дальнейшее развитие поршне­вых двигателей, здесь изобретатель ошибался. Фирма Ди­зеля вновь вернулась к наддуву через двадцать лет.

При механическом наддуве нагнетатель приводится в действие непосредственно от коленчатого вала или от постореннего источника энергии.

В качестве нагнетателя могут использоваться объемные компрессоры (поршневые, роторные) или лопаточные компрессоры. При газотурбинном наддуве (турбонаддуве) лопаточный компрессор приводится в действие от турбины, которая использует энергию выхлопных газов

Агрегат, состоящий из лопаточного компрессора и газовой турбины для его привода, установленных на одном валу, называется турбокомпрессором. Комбинированный наддув представляет собой комбинацию механического и газотурбинного наддува для двухступенчатого сжатия воздуха. Двухступенчатый наддув применяется для получения желаемых параметров двигателя, если требуется большое давление наддува. При двухступенчатом наддуве воздух сжимается последовательно в двух нагнетателях.

1. Повысить мощность двигателя при заданных габаритах или уменьшить вес и габариты при той же мощности. 2. Улучшить экономичность за счет роста индикаторного и механического КПД. 3. Расширить возможности получения желаемой характеристики крутящего момента двигателя по частоте вращения. 4. Улучшить экологические показатели двигателя. 5. Уменьшить падение мощности при снижении плотности окружающего воздуха.

– увеличение механической и тепловой напряженности двигателя; – в ДВС с принудительным зажиганием применение наддува требует использования топлива с более высоким октановым числом; – повышение температуры и температурных градиентов приводит к увеличению напряжений в деталях двигателя и ухудшению условий смазки; – при определенных условиях менее благоприятное протекание кривой крутящего момента и худшая приемистость.

двигателей является основной причиной, ограничивающей увеличение давления заряда, поступающего в цилиндры. Для уменьшения механической напряженности двигателя используют следующее: – понижение степени сжатия; – уменьшение угла опережения впрыска топлива; – выбор соответствующих характеристик впрыска топлива и способа смесеобразования; – охлаждение воздуха после компрессора.

Наддув применяется для форсирования 2- и 4-тактных двигателей, причем как дизелей, так и бензиновых. Величину повышения мощности двигателя при наддуве оценивают степенью наддува где рен и Nен – среднее эффективное давление и эффективная мощность двигателя с наддувом; ре и Nе – среднее эффективное давление и эффективная мощность того же двигателя без наддува.