Степень форсированности оценивают по литровой мощности. Двигатели, имеющие высокие значения Nл, называют форсированными.
Под форсированием двигателя понимают комплекс технических мероприятий, способствующих повышению литровой мощности. Возможные способы форсирования двигателей следуют из выражения
Nл = Ne / i · Vh = pe · n / (30 τ).
Из формулы следует, что литровая мощность увеличивается с увеличением номинальной частоты вращения n, среднего эффективного давления ре или при применении двухтактного рабочего процесса. Увеличение литровой мощности посредством повышения n широко используется в карбюраторных двигателях современных моделей, у которых n достигает 6500 мин -1 и выше.
Номинальная частота вращения дизелей грузовых автомобилей, как правило, не превышает 2600 мин -1. По этой причине литровая мощность дизелей без наддува находится в пределах 12…15 кВт/л и существенно уступает аналогичному показателю карбюраторных двигателей, имеющих Nл = 20...50 кВт/л. В настоящее время появляется все большее количество дизелей с номинальной частотой вращения n = 4500...5500 мин -1 и литровой мощностью до 20 кВт/л.
Для карбюраторных двигателей форсирование по частоте вращения является одним из основных способов повышения литровой мощности, в отличие от дизелей, для которых этот способ менее характерен.
Литровая мощность должна увеличиваться в два раза при переходе с четырехтактного рабочего цикла на двухтактный. В действительности же при этом Nл увеличивается всего лишь в 1,5...1,7 раза вследствие использования лишь части рабочего объема на процессы газообмена и вследствие снижения качества очистки и наполнения цилиндров, а также в результате дополнительных затрат энергии на привод продувочного насоса.
Большая (на 50...70%) литровая мощность — существенное достоинство двухтактного двигателя, но недоиспользование части рабочего объема цилиндра для получения индикаторной работы приводит к тому, что они имеют заметно более низкие энергоэкономические показатели, чем аналогичные четырехтактные двигатели.
Недостатки двухтактных ДВС:
сравнительно большая тепловую напряженность элементов цилиндропоршневой группы из-за более кратковременного протекания процессов газообмена и, следовательно, меньшего теплоотвода от деталей, формирующих камеру сгорания;
больший теплоподвод в единицу времени, что объясняется вдвое более частым следованием процессов сгорания;
потеря части горючей смеси в период продувки цилиндра, что значительно снижает их экономичность.
Особое место занимает форсирование двигателей по среднему эффективному давлению ре. При этом существенного увеличения Nл удается достигнуть лишь при увеличении тепловой нагруженности рабочего цикла путем подвода к рабочему телу большего количества теплоты. Однако при подаче в цилиндр большего количества топлива (возрастание цикловой подачи qц), необходимого для этого, требует для его полного сжигания и большего количества окислителя. На практике это реализуется увеличением количества свежего заряда, нагнетаемого в цилиндр двигателя под давлением.
Этот способ носит название наддува двигателя. При этом ре возрастает практически пропорционально увеличению плотности свежего заряда. На рис. 2.8 изображена схема двигателя с наддувом и механическим приводом компрессора от коленчатого вала.
Рис.2.8. Схема наддува двигателя с приводным компрессором
Однако при такой системе наддува существенно снижается экономичность двигателя, что обусловлено необходимостью затрат энергии на привод компрессора. Наибольшее распространение в практике современного двигателестроения получил газотурбинный наддув, схема которого показана на рис. 2.9. Здесь для привода центробежного компрессора используется энергия отработавших газов, срабатываемая в газовой турбине, конструктивно объединенной с компрессором в единый агрегат - турбокомпрессор.
Рис.2.9. Схема турбонаддува
Из-за отсутствия при газотурбинном наддуве механической связи агрегата наддува с коленчатым валом двигателя, заметно ухудшаются тяговые характеристики и приемистость двигателя. Это связано с инерционностью системы роторов турбокомпрессора, а также с уменьшением энергии отработавших газов при малых нагрузках, в связи с чем, особенно в начале разгона, не обеспечивается подача в цилиндр нужного количества свежего заряда. Эти недостатки можно преодолеть использованием комбинированного наддува. Система комбинированного наддува выполняется в различных конструктивных вариантах и обычно представляет собой определенные комбинации газотурбинного наддува и наддува с приводным компрессором.