2.2. Способы повышения эффективной мощности двигателя

Существует тенденция повышения эффективной мощности двига­теля в каждом тяговом классе тракторов. Увеличение мощности на сельскохозяйственном тракторе используется для повышения его рабо­чей скорости, с увеличением мощности возрастает производительность трактора.

Эффективную мощность можно записать в следующем виде:

где P_e - среднее индикаторное давление Р_е = P_i, - Р_M ;

Рм — давление механических потерь.

Следует сразу отметить, что мощность желательно увеличивать, не изменяя геометрических параметров двигателя (V_h, n, i'). В противном случае с увеличением мощности будет увеличиваться металлоемкость двигателя, а это ухудшает его технический уровень. Следовательно наи­более приемлемое направление увеличения мощности является соответ­ствующее изменение параметров, характеризующих рабочий процесс ДВС, в частности, за счет применения в дизеле турбонаддува, т.е. прину­дительного нагнетания воздуха в цилиндр двигателя под давлением Р_К выше атмосферного во время процесса впуска. Для этих целей на двига­тель устанавливают турбокомпрессор. На валу турбокомпрессора распо­ложены два центробежных колеса, имеющих лопатки. Одно колесо на­зывают турбиной, на его лопатки поступают отработанные газы, которые приводят во вращение турбину и вал. Второе колесо - компрессор. Оно, вращаясь, всасывает наружный очищенный воздух из атмосферы, сжи­мает его до давления Р_к = 0,15...0,22 МПа и нагнетает в цилиндры двига­теля. В результате этого увеличиваются параметры р_к, rj_v, т]_м. Увеличи­ваются среднее эффективное давление Р_е, площадь индикаторной диа­граммы (рис. 89) и как следствие - эффективная мощность.

Очевидно линия впуска га в двигателе с наддувом по сравнению с двигателем без наддува (см. рис. 88 и 89) будет проходить выше атмо­сферного давления и выше линии выпуска (см. рис. 89). Поэтому все другие циклы будут проходить также при более высоком давлении, в результате чего увеличивается среднее индикаторное давление Р,. Как видно из рисунка 89, здесь отсутствует отрицательная площадь индика­торной диаграммы. Следовательно, в целом работа газов у этого двига­теля будет больше, чем у дизеля без наддува. В результате этого увели­чивается на эффективная мощность. При этом размеры двигателя оста­ются без изменения.

В целях сохранения мощностных показателей двигателя в процессе эксплуатации не следует без надобности перерегулировать топливную аппаратуру, не следует снимать с двигателя турбокомпрессор. Это будет способствовать сохранению параметров Н , р_ю а в прежних величинах и сохранит мощность N,. Не следует ухудшать сортность топлива.

Рис. 89. Индикаторная диаграмма дизеля с наддувом

2.3. Возникновение крутящего момента двигателя

В предыдущих параграфах рассмотрен вопрос возникновения мощ­ности двигателя, один из главных параметров, характеризующих его технический уровень. Но это не единственный параметр.

Для того, чтобы трактор двигался и совершал полезную работу, на его ведущих колесах должна быть создана сила тяги /\, а это возможно, если к ведущим колесам будет подведен крутящий момент М_к. Перво­начально крутящий момент первоначально возникает в двигателе трак­тора. Для изучения вопроса природы возникновения крутящего момента в двигателе рассмотрим динамику кривошипно-шатунного механизма (КШМ), т.е. силы, действующие в КШМ. На рисунке 90 представлена схема КШМ.

В КШМ действуют первоначально три силы: сила давления газов Р_г (всегда вниз на поршень), сила инерции возвратно-поступательно дви­жущихся масс Рр центробежная сила инерции вращающихся масс R/,. Систему указанных сил можно преобразовать в следующей последовательности: сложив силы Р_г и Р, между собой с учетом их знаков, полу­чим суммарную силу Р_Σ действующую на поршень:

Рис. 90. Схема кривошипно-шатунного механизма и сил, действующих в нем 1 - поршень; 2 - шатун; 3 - кривошип; 4 - коленчатый вал

Разложив по правилу параллелограмма силу Р_Σ получим нормаль­ную составляющую N, действующую на стенки цилиндра, и состав­ляющую S1, действующую вдоль шатуна. Составляющую S перенесем вдоль шатуна и приложим к оси шатунной шейки, после чего разложим ее также по правилу параллелограмма на две составляющие: тангенци­альную Т, действующую по касательной к окружности радиусом R, и радиальную К, направленную вдоль кривошипа 3. Сила Т, умноженная на радиус кривошипа R и дает нам крутящий момент на коленчатом ва­лу одного цилиндра:

Полный крутящий момент двигателя будет:

i - число цилиндров.