Из уравнения (19) получим

(28)

Подставив в выражение (26) значения из формул (27) (28), получим

(29)

Индикаторный весовой заряд одного цилиндра равен

(30)

а индикаторный весовой заряд всех цилиндров двигателя равен

(31)

Очевидно, что часовой расход воздуха двигателем при учете его тактности (10) будет составлять величину

(32)

Подставляя значения (32) в выражение (29), получим уравнение индикаторной мощности в развернутом виде:

- в системе СИ

;

(33)

• в метрической системе единиц

Приравняв правые части уравнений (13) и (29), получим выражение среднего индикаторного давления в мегапаскалях:

(34)

В выражении (34) отношение можно отнести к по­стоянным величинам, так как для различных углеводородных топлив его значение колеблется в узких пределах: МДж/кг воздуха или ккал/кг воздуха.

Поэтому среднее индикаторное давление можно представить в виде

(35)

Произведение позволяет одновременно судить о степе­ни использования воздуха для сгорания топлива и о степени ис­пользования тепла, выделившегося при сгорании, для получения индикаторной работы. Поэтому максимально возможная индика­торная мощность двигателя может быть достигнута только при максимальном значении =макс.

Так как индикаторный весовой заряд цилиндра равен

(36)

то

(37)

Это значит, что произведение представляет собой удель­ный индикаторный весовой заряд, т. е. действительный весовой за­ряд, приходящийся на единицу рабочего объема двигателя.

4. Факторы, влияющие на индикаторные показатели.

Анализ уравнений (33) и (34) позволяет выяснить влияние различных факторов на индикаторные параметры цикла. При этом обязательно необходимо учитывать взаимные связи между величинами, входящими в уравнения. Поэтому удобно для оцен­ки влияния различных факторов на индикаторные параметры ис­пользовать опытные данные. Рассмотрим влияние различных фак­торов на индикаторные параметры двигателя.

Геометрические размеры цилиндра. При увеличении геометри­ческих размеров цилиндра, а значит, при увеличении рабочего объема У^ доля потерь тепла в стенки уменьшается, вследствие чего улучшается теплоиспользование цикла. Это приводит к уве­личению индикаторного КПД и среднего индикаторного давления.

Состав смеси. Состав горючей смеси лучше всего оценивать по коэффициенту избытка воздуха а. Коэффициент избытка воз­духа оказывает решающее влияние на полноту и скорость сгора­ния. С увеличением скорости сгорания индикаторный КПД увели­чивается из-за уменьшения тепловых потерь. Цикл становится более выгодным в термодинамическом отношении, так как умень­шается степень предварительного расширения р и увеличивается степень последующего расширения . Этим создаются условия для более глубокого расширения рабочего тела и уменьшения потерь тепла с отработавшими газами.

Рис. 3. Зависимость индикаторного КПД и отношения от коэффициента избытка воздуха а.

Наибольшее значение индикаторного КПД у дизелей дости­гается при

α =2,5 − 3,5 (рис. 3). Уменьшение коэффициента из­бытка воздуха приводит к снижению индикаторного КПД из-за увеличения неполноты сгорания и затягивания процесса сгорания на линию расширения. При обогащении смеси до

α =1,15 − 1,20 достигается так называемый предел дымления, характеризующийся заметным усилением дымности выхлопа вследствие значительного ухудшения процесса сгорания. При дальнейшем обогащении смеси до значений коэффициента избытка воздуха, близких к а. =1, до­стигается максимальное значение отношения . При этом до­стигается предельно возможная мощность двигателя. Поэтому, исходя из соображений экономичности и долговечности двигателя, на практике мощность двигателя ограничивают, чем исключают возможность работы двигателя .в зоне дымления. Если коэффи­циент избытка воздуха а >3,0 − 3,5, то индикаторный КПД умень­шается. Основными причинами уменьшения индикаторного КПД являются: ухудшение качества разрежения топлива и уменьше­ние скорости его сгорания-

Атмосферные условия. При увеличении температуры воздуха и его относительной влажности и снижении барометрического дав­ления уменьшается индикаторный весовой заряд цилиндра, что вызывает уменьшение коэффициента избытка воздуха. Это в не­которых случаях может привести к работе дизеля в области пре­дела дымления. Аналогичное влияние на индикаторный КПД ока­зывают: увеличение разрежения на впуске и противодавление на выпуске.

Тепловое состояние двигателя. Увеличение температуры гиль­зы цилиндра и камеры сгорания вызывает уменьшение тепловых потерь и, следовательно, увеличение индикаторного КПД, но при этом из-за увеличения подогрева воздуха уменьшается действи­тельный весовой заряд цилиндра.

Начало подачи топлива. Угол опережения впрыска топлива оказывает значительное влияние на индикаторный КПД и среднее индикаторное давление, что связано с изменением закона подво­да тепла к рабочему телу при изменении момента начала впрыска. Изменение момента начала впрыска топлива. при неизменном его количестве приводит к перерас­пределению подвода тепла к рабочему телу. Увеличение от­ношения (величины степени повышения давления при сгора­нии к величине степени предварительного расширения) приводит к увеличению индикаторного КПД, но при этом повышаются жест­кость работы и максимальное давление сгорания p_z. Опти­мальное значение угла опережения впрыска топлива подбирается опытным путем при доводке двигателей новой конструкции. При этом стремятся получить наиболее благоприятное сочетание между средним индикаторным давлением, индикаторным КПД, мак­симальным давлением сгорания и жесткостью работы при обеспе­чении минимально возможного расхода топлива и заданной дол­говечности двигателя. Но оптимальное значение угла опережения впрыска топлива, как правило, не соответствует максимальному значению индикаторного КПД. Для различных дизелей угол опе­режения впрыска может находиться в пределах =10—35° пово­рота коленчатого вала до в.м.т. При необходимости регулировки в условиях эксплуатации угол опережения впрыска должен уста­навливаться в пределах, указанных в технической документации для данного типа двигателей. На рис. 9.4 показан характер изменения давления в цилиндре при значительных отклонениях угла опережения впрыска от оптимального значения.

Рис. 4. Диаграммы действительных циклов:

а — при раннем впрыске топлива; б — при позднем впрыске топлива

нения давления в цилиндре при значительных отклонениях угла опережения впрыска от оптимального значения.

Давление наддува. Применение наддува позволяет повысить плотность р_к поступившего в цилиндры воздуха и, следователь­но, увеличить удельный весовой заряд . Увеличение количе­ства воздуха, поступившего в цилиндры, позволяет увеличить цик­ловую подачу топлива. Если коэффициент избытка воздуха ос­тается неизменным, то следует ожидать увеличения среднего ин­дикаторного давления пропорционально увеличению при условии, что не изменяется индикаторный КПД, зависящий от коэффициента избытка воздуха.

Практика показала, что если при увеличении давления надду­ва плотность воздуха р_к не превышает 2 кг/м³ (умеренный над­дув), то индикаторный КПД при неизменном коэффициенте из­бытка воздуха изменяется очень мало и замены топливоподающей аппаратуры не требуется.

Техническое состояние двигателя. При эксплуатации двига­телей наблюдается физический износ деталей и узлов, нарушение регулировок, появление различного рода отложений на поверхнос­тях (соли в системе охлаждения, нагарообразование в выпускной системе и на поршне, засорение фильтров).

Износ поршневых колец, поршня и зеркала гильзы цилиндра приводит к повышенным утечкам газов из рабочего объема ци­линдра и, следовательно, к снижению индикаторного КПД.

Повышение сопротивления впускного и выпускного трактов вызывает уменьшение весового заряда цилиндра, а тем самым индикаторного КПД.

Износ элементов топливоподающей аппаратуры ухудшает ка­чество распыла и смесеобразования. Нарушение регулировок и старение пружин нагнетательного клапана и форсунки приво­дит к нарушению моментов начала и конца подачи топлива в цилиндр. Все это ухудшает процесс сгорания и снижает инди­каторный КПД.

Износ деталей газораспределительного механизма приводит к нарушению процесса газообмена и к снижению коэффициента наполнения. Кроме того, износ седел и кромок клапанов приводит к нарушению герметичности камер сгорания и к утечкам рабоче­го тела, что отрицательно сказывается на индикаторном КПД. Поэтому в процессе эксплуатации требуется периодически конт­ролировать техническое состояние двигателя и проводить меро­приятия по восстановлению исходных его технических характе­ристик, связанных с индикаторными .параметрами.

12