45. Индикаторные показатели

Называют показатели, характеризующие работу, совершаемую газами в цилиндре двигателя. Эти показатели определяют эффективность использования рабочего объема двигателя и степень преобразования выделяемой теплоты в полезную работу внутри цилиндров. К индикаторным показателям относятся: индикаторная мощность N_i, среднее индикаторное давление р_i, индикаторный КПД η_i, удельный индикаторный расход топлива g_i.

2.1. Среднее индикаторное давление — это условное постоянное по величине избыточное давление, которое, действуя на поршень в течение одного хода, совершает работу, равную работе газов за весь цикл:

,(4.1) где L_i — работа газов за один цикл в одном цилиндре, p_i — среднее индикаторное давление, F — площадь поршня,S — ход поршня, V_h — рабочий объем цилиндра.

Тогда , (4.2) т. е. среднее индикаторное давление численно равно работе газов за цикл, отнесенной к единице рабочего объема. Таким образом, этот показатель оценивает степень эффективности использования рабочего объема цилиндра.

Значения р_i могут быть получены расчетным путем или по индикаторным диаграммам.

При расчете используют параметры характерных точек расчетных циклов. При этом работа расчетного цикла может быть выражена как разность работ расширения и сжатия:

, (4.3) , где L'_yz + L'_zb — индикаторная работа расширения расчетного цикла дизеля,

L'_ac — работа сжатия.

Работа процесса сгорания (кривая yz) при постоянном давлении рассчитывается по формуле

,(4.4) . Так как и , то .

Работа процесса расширения (кривая zb) рассчитывается по формуле

, (4.5)

После преобразования, учитывая, что и

Получим

Работа сжатия (кривая ас) рассчитывается по формуле

= (4.6)

Подставив полученные выражения для отдельных участков цикла из уравнений (4.4), (4.5) и (4.6) в уравнение (4.3) и вынеся за скобки произведение р_сV_с, получим выражение для общей работы расчетного цикла:

Подставив последнее выражение в уравнение (4.2), получим

где p'_i — среднее индикаторное давление расчетного цикла.

Так как V_c/V_h = (1/ε – 1), то окончательно для дизеля

Для двигателей с принудительным воспламенением ρ=1, V_b/V_z = ε, поэтому уравнение примет вид

Так как работа (и среднее индикаторное давление) действительных циклов на самом деле меньше, чем расчетных циклов, то с учетом коэффициента скругления φ_i индикаторной диаграммы

С помощью индикаторной диаграммы можно найти среднее индикаторное давление, обозначив индикаторную работу через площадь F_i: где m_р — масштаб диаграммы по оси ординат; l — длина диаграммы по оси абсцисс.

2.2. Индикаторная мощность N_i – это мощность, которая развивается газами внутри цилиндра.

Работа газов в цилиндрах двигателя за 1 мин рассчитывается по формуле где n — частота вращения коленчатого вала; τ — число тактов; i — число цилиндров.

Тогда работа, совершаемая газами за 1 с, т. е. индикаторная мощность будет (4.7)

2.3. Индикаторный КПД η_i — это отношение теплоты, преобразованной в индикаторную работу Q_i: к общему количеству теплоты затраченного топлива Q₁: (4.8) , где G_тц ^— цикловая подача топлива; Н_u — низшая теплотворная способность топлива.

Индикаторный КПД характеризует экономичность действительного цикла. Он всегда меньше термодинамического вследствие дополнительных потерь в действительном цикле, которые не учитываются при определении η_t. К таким потерям относятся теплоотдача в стенки цилиндра, потери на неполноту и несвоевременность сгорания топлива, на диссоциацию (распад) продуктов сгорания.

Для оценки степени уменьшения использования теплоты в действительном цикле по сравнению с термодинамическим используют относительный КПД η_o:

Другим показателем, который характеризует экономичность действительного цикла, является индикаторный удельный расход топлива g_i: где G_T — часовой расход топлива.

Удельный индикаторный расход топлива и индикаторный КПД связаны между собой отношением

(4.9)

Из уравнения (4.8) получим

Подставив это выражение в уравнение (4.2), получим Выразив цикловую подачу топлива в зависимости от цикловой подачи воздуха и коэффициента избытка воздуха и подставив эти выражения в предыдущее уравнение, получим (4.10)