Дисциплина Силовые агрегаты Лекция 4 Индикаторные показатели цикла

Учебные вопросы:

1. Индикаторные энергетические показатели. Индикаторная работа, среднее индикаторное давление и индикаторная мощность.

2. Индикаторные экономические показатели. Индикаторный коэффициент полезного действия и удельный индикаторный расход топлива.

3. Методы увеличений индикаторной мощности. Сравнение индикаторных показателей дизеля и двигателя с искровым зажиганием..

4. Факторы, влияющие на индикаторные показатели.

1. Индикаторные энергетические показатели. Индикаторная работа, среднее индикаторное давление и индикаторная мощность.

Тепловую и механическую напряженность и эффективность процессов преобразования химической энергии топлива в меха­ническую работу двигателей внутреннего сгорания принято ха­рактеризовать показателями, которые подразделяются на две группы: индикаторные и эффективные показатели. Первые харак­теризуют совершенство осуществляемого цикла по теплоиспользованию и связаны с качеством организации процессов, вторые дополнительно учитывают степень механического совершенства двигателя.

Индикаторной работой называется полезная работа, совершае­мая газами в цилиндре двигателя в течение тактов расширения и сжатия.

При выполнении теплового расчета двигателей внутреннего сгорания пользуются диаграммой расчетного цикла , кото­рая изображена на рис. 9.1. Отрицательная работа сжатия L_ас, выполняемая газами в такте сжатия при движении поршня от н.м.т. к в.м.т., пропорциональна площади . В такте расширения при движении поршня от в.м.т. к н.м.т. газы совершают положитель­ную работу , которой соответствует площадь . Пло­щадь на диаграмме соответствует индикаторной работе расчетного цикла:

(1)

В процессе расширения с подводом тепла при p=const совер­шается работа

(2)

.

Работа в политропном процессе расширения определяется из выражения

.

(3)

Рис. 1. К определению индикаторной работы

Работа в политропном процессе сжатия равна

(4)

Учитывая, что

; ; ;

.

и подставляя (2), (3), (4) в уравнение (1), получим вы­ражение для определения индикаторной работы расчетного цикла

:

(5)

.

Для определения индикаторной работы действительного цик­ла необходимо учитывать значение коэффициента полноты диа­граммы =0,920,97, при этом меньшее значение относит­ся к двигателям с разделенными камерами сгорания.

Так как индикаторная работа зависит от размеров цилиндра, то она не может характеризовать совершенство рабочего процесса двигателя. Параметром, пригодным для оценки совершенства ра­бочего процесса, является удельная индикаторная работа. Эта ве­личина представляет собой отношение индикаторной работы за цикл к рабочему объему цилиндра и имеет размерность давле­ния, поэтому ее называют средним индикаторным давлением.

Если работу газов за цикл выразить в джоулях, а рабочий объем цилиндра в кубических метрах, то среднее индикаторное давление, выраженное в мегапаскалях, будет равно

.

(6)

Если же индикаторную работу выражать в килограммометрах, а рабочий объем в метрах кубических, то среднее индикаторное давление определяется в килограммах на сантиметр квадратный:

.

(7)

Из выражения (6) видно, что графически в координатах р −V среднее индикаторное давление может быть определено (в соответствующем масштабе) высотой прямоугольника, равновеликого по площади диаграмме цикла и имеющего в основании отрезок, соответствующий рабочему объему

(рис. 2). Поэтому среднее индикаторное давление представляет собой условное постоянное избыточное давление, действующее на поршень и осуществляющее за один ход работу, равную индикаторной.

Рис. 2. К определению среднего индикаторного давления

Если обе части уравнения (5) разделять на рабочий объем цилиндра, то, имея в виду, что

,

получим выражение для среднего индикаторного давления расчет­ного цикла:

.

(8)

Среднее индикаторное давление действительного цикла опреде­ляется с учетом коэффициента полноты индикаторной диаграммы:

(9)

Величина среднего индикаторного давления в мегапаскалях или в килограммах на сантиметр квадратный на номинальном режиме работы составляет:

1) для четырехтактных дизелей:

— с неразделенными камерами сгорания без наддува 0,64 1,03 (6,5 10,5);

— с неразделенными камерами сгорания с наддувом до 2.45 (до 25,0);

— с разделенными .камерами сгорания 0,49 0,97(5,08,0);

2) для двухтактных дизелей 0,341,47 (3,5 15,0). Индикаторной мощностью двигателя называется мощность, соответствующая индикаторной работе.

Если частота вращения коленчатого вала равна п, то количество циклов за секунду у четырехтактных двигателей составляет

(10)

а у двухтактных двигателей равно

то с учетом коэффициента тактности двигателя имеем

(11)

где =4 - для 4-тактного двигателя и =2 - для 2-та.ктного двигателя.

Очевидно, что индикаторная мощность двигателя (в киловаттах) с числом цилиндров i будет равна

(12)

или

(8.13)