Какое соотношение между индикаторным и эффективным кпд двигателя

Индикаторные показатели работы двигателя

Показатели работы двигателя подразделяются на индикаторные (внутренние), характеризующие совершенство рабочего цикла в цилиндре и учитывающие только тепловые потери в самом цилиндре, и эффективные (внешние), учитывающие помимо тепловых и механические потери, которые имеются при передаче энергии расширения газов через поршень и кривошипно-шатунный механизм на коленчатый вал двигателя

К индикаторным показателям двигателя относятся среднее индикаторное давление р_і индикаторная мощность N_i, индикаторный удельный расход топлива g_i и индикаторный КПД η_i.

В результате осуществления цикла тепловая энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, с известной степенью совершенства (определяемой индикаторным КПД) превращается в полезную работу, развиваемую газами в цилиндре двигателя и называемую индикаторной работой цикла L_i. При этом давление в цилиндре непрестанно меняется.

Для удобства ведения расчетов и сравнения разных двигателей переменные по ходу поршня давления можно заменить постоянным (фиктивным) давлением, которое обеспечивает получение той же работы, что и цикл с переменным давлением. Это среднее постоянное давление называется средним индикаторным давлением p_i. Следовательно, под средним индикаторным давлением подразумевается условное постоянное давление p_i действующее на поршень на рабочем ходе и совершающее за один цикл работу, равную индикаторной работе замкнутого цикла. Графически среднее индикаторное давление представляет собой высоту прямоугольника, площадь которого раина площади индикаторной диаграммы, а основание – длине диаграммы (рис, 8.1).

Среднее индикаторное давление позволяет сравнивать любые циклы и двигатели любых типов по мощностным показателям независимо от способа осуществления рабочих процессов. Двигатели, в которых получаются большие средине индикаторные давления, будут развивать при прочих равных условиях (такт-ность, размеры и число цилиндров, частота вращения) большую мощность.

Рис. 8.1. К определению среднего индикаторного давления

Среднее теоретическое индикаторное давление р_i ’ может быть выражено как отношение индикаторной работы цикла L’_i к рабочему объему цилиндра V_s:

Таким образом, среднее индикаторное давление представляет собой удельную работу цикла, т. е. работу, приходящуюся на единицу рабочего объема цилиндра.

Из расчетной теоретической индикаторной диаграммы (рис. 8.1) найдем полезную индикаторную работу газов для смешанного цикла в виде алгебраической суммы индикаторных работ отдельных процессов:

где L_cy – работа процесса подвода теплоты при V = const; из-за отсутствия изменения объема L_cy = 0; L_yz– работа процесса подвода теплоты при р = const; L_zb –работа процесса расширения при n₂ = const; L_ac – работа процесса сжатия при n₁ = const.

В результате получим окончательное выражение для среднего теоретического индикаторного давления

Действительное среднее индикаторное давление для четырехтактных ДВС

где

Скругление диаграммы у точки с на действительной индикаторной диаграмме объясняется опережением подачи топлива; у точек у и z – конечной скоростью сгорания топлива и, наконец, в конце хода расширения у точек b и а – предвареннем открытия выпускного клапана.

В двухтактных двигателях jбычно принимают, что хвостовая часть диаграммы полностью компенсирует потери на скругление. Тогда действительное среднее индикаторное давление двухтактных двигателей, отнесенное к полному ходу поршня, может быть определено как

Мощность двигателя, соответствующая индикаторной работе замкнутого цикла, называется индикаторной мощностью:

Индикаторная мощность многоцилиндрового двигателя:

К потерям относятся потери теплоты от неполноты сгорания топлива и в результате теплообмена рабочего тела со стенками рабочего цилиндра. Все тепловые потери в расчетном цикле реального двигателя учитываются индикаторным КПД, который является критерием совершенства использования теплоты, подведенной к рабочему телу с топливом.

Индикаторный КПД представляет собой отношение количества теплоты, преобразованной в индикаторную работу (работу, развиваемую газами в цилиндре реального двигателя), к количеству теплоты, подведенной для совершения этой работы:

где G_т – часовой расход топлива, кг/ч; Q_н – низшая теплота сгорания, кДж/кг.

Удельный индикаторный расход топлива, кг/(кВт·ч):

где

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

2.3. Определение сил, действующих на шатунную шейку коленчатого вала

На шатунную шейку
действуют две силы: сила ,
действующая по шатуну, и центробежная сила инерции .

Сила, действующая по шатуну, определяется по
уравнению:

где – угол отклонения оси шатуна от оси цилиндра
при повороте коленчатого вала на угол .

Центробежная сила инерции равна:

где ;

– неуравновешенная часть коленчатого
вала;

– масса шатуна.

Геометрическая
сумма сил и образует результирующую
силу ,
действующую на шатунную шейку.

Сила раскладывается на две составляющие:

1.
сила – радиальная, действующая по радиусу
кривошипа:

2.
сила – тангенциальная, перпендикулярная радиусу
кривошипа:

Результирующая сила подсчитывается по формуле:

Полученные значения всех сил при разных
углах поворота коленчатого вала приведены в таблице 4:

Что такое индикаторный КПД?

Зависимость индикаторного КПД

Зависит показатель индикаторного КПД от параметра степени сжатия и коэффициента избытка воздуха, а также от оборотов коленчатого вала.

Индикаторный КПД формула

Ni=(0,05+0,2a) (0,6+0,08ξ) (0,93+0,0007nдв)

Расчеты показывают, что для уменьшения расхода топлива автомобиля необходимо поднять его грузоподъемность и увеличить скорость движения.

Конструктивные особенности введу разных обстоятельств мы изменить не в состоянии, но многие факторы водитель может изменить посредством правильного выбора скорости автомобиля и переключения передачи в зависимости от выбранного режима движения. Например, для автомобиля ЗИЛ-130 индикаторный КПД составил 0,33.

Q == 2,49 • i_k+0,096 • i_k2 • V_k + 0,0105 • Ga • Ψ+0,0026 • V_k2.

При оборотах коленчатого вала двигателя 1000 об., во время включения прямой передачи и скорости движения автомобиля 50 км/час расход топлива автомобиля ЗИЛ 130 составил 26,6 литров на 100 км, а для сравнения на 3 передаче расход топлива увеличился до 43 литров на 100 км, практически 60 процентов перерасхода. Это говорит о том, что необходимо во время переключать передачи.

Передаточное число коробки передач — внушаемый фактор, который влияет на износ и работоспособность двигателя и в своем роде на расход топлива. Это объясняется тем, что моторесурс двигателя определяется не пробегом автомобиля, а рассчитывается суммарное количество оборотов коленчатого вала, после чего делаем выводы о износе двигателя. Следовательно, движение на пониженных передачах увеличивает как расход топлива, так и износ двигателя.

Движение автомобиля с постоянной скоростью более выгодно, экономично и целесообразно – это было известно еще давно. У каждого автомобиля карбюраторного или дизельного, есть свой оптимальным режим работы двигателя. Также можно выбрать оптимальную скорость, при которой износ двигателя и расход топлива будет минимален. Оптимальная скорость для грузовых автомобилей составляет 40. 60 км/ч. Для легковых 60-80 км/час.

При эксплуатации автомобиля необходимо обращать внимание на расход топлива и на денежные затраты. Уменьшение расхода топлива положительно сказывается на вашем кошельке, и природа загрязняется меньше

Ведь чем меньше топлива сгорает, тем меньше выделяются вредные вещества.

Энергетические показатели двигателя

Активная мощность, потребляемая двигателем из сети

Номинальная активная мощность

Эта мощность за вычетом потерь в двигателе преобразуется в механическую мощность на валу двигателя Р.

Реактивная мощность, потребляемая из сети, расходуется на создание вращающегося магнитного поля, поэтому она не зависит от величины нагрузки на валу двигателя. При постоянном напряжении сети она остается практически неизменной

Полная мощность, потребляемая из сети при неполной и номинальной нагрузках

Мощность суммарных потерь в двигателе в номинальном режиме

где , — мощность магнитных потерь в сердечниках статора и ротора;

, — мощность электрических потерь в обмотках статора и ротора;

— мощность механических потерь, вызванных трением в подшипниках и вентиляцией охлаждающего воздуха.

Механическая мощность на валу двигателя при неполной нагрузке и в номинальном режиме

; .

Вращающий момент на валу двигателя при неполной и номинальной нагрузке

где угловая частота ротора при номинальной нагрузке

Коэффициент полезного действия (КПД)

; .

Номинальный КПД асинхронных двигателей имеет величину 0,7-0,95. Малые значения КПД относятся к двигателям малой мощности, большие — к двигателям большой мощности. Максимальное значение КПД соответствует нагрузке, близкой к номинальной.

Коэффициент мощности двигателя при неполной и номинальной нагрузке

При изменении мощности на валу двигателя от 0 до Р_Н коэффициент мощности изменяется, в основном, за счет Р₁. Номинальные значения = 0,75-0,95 в зависимости от мощности двигателя. В режиме холостого хода P=0, поэтому потребляемая мощность из сети равна мощности суммарных потерь в двигателепри практически постоянной Q_1Н.

Коэффициент мощности в режиме холостого хода низкий и равен 0,08-0,15. Это значит, для рационального использования электрической энергии на предприятиях длительная работа асинхронных двигателей в режиме холостого хода и при небольших нагрузках недопустима.

Рабочие характеристики двигателя

Рабочими характеристиками являются зависимости частоты вращения n, подводимой мощности P₁, тока в обмотке статора I₁, КПД , коэффициента мощности, скольженияs от мощности на валу двигателя Р при постоянном питающем напряжении U_H и постоянной частоте f_Н (рис. 4.11).

Рабочие характеристики дают возможность определять эксплуатационные свойства и устанавливать наиболее экономичный режим работы двигателя.

С увеличением тормозного момента на валу двигателя от приводимого механизма скорость вращения ротора n уменьшается, и как следствие, скольжение s относительно вращающегося поля, увеличивается. При увеличении скольжения неизбежно увеличивается ЭДС E₂, ток в проводниках ротора I₂.

В свою очередь, увеличение тока ротора определяет увеличение электромагнитных сил f и вращающего момента M, действующих на ротор. С ростом вращающего момента отрицательное ускорение ротора будет стремиться к нулю и скорость ротора установится на новом, более низком уровне.

Передача энергии от статора к ротору происходит через зазор между статором и ротором магнитным потоком. Рост полезной механической мощности P₂, отдаваемой на валу двигателя возможен при увеличении мощности Р₁, потребляемой двигателем из сети, и тока в обмотке статора I₁.

Коэффициент мощности cos φ₁ при холостом ходе определяется мощностью потерь в магнитопроводе. При увеличении нагрузки cos φ₁ возрастает. Но при нагрузках, близких к номинальной, рост cos φ₁ замедляется из-за увеличения реактивной мощности полей рассеяния.

КПД при отсутствии нагрузки равен нулю, а по мере увеличения мощности P₂ КПД повышается, но при больших нагрузках рост КПД замедляется, затем начинает уменьшаться, так как потери в обмотках пропорциональны квадрату токов.

4.1 Порядок построения индикаторной диаграммы двигателей

Индикаторная диаграмма двс строится с использованием данных расчёта рабочего процесса.

Порядок построения:

Изобразим индикаторную диаграмму смешанного цикла

1. Выбор масштабов давления (μр) и объёма (μv) цилиндра. Высота диаграммы д. б. в 1,2…1,8 раза больше основания. Масштаб давлений рекомендуется брать:

μ_р=0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0,08…0,10 МПа/мм;

По оси объёма (хода поршня) лучше всего откладывать не абсолютные, а относительные величины . Для этого выбираем единичный отрезок объёма камеры сгорания V_c=1. Далее в этом же масштабе откладываем относительный объём вплоть до т. к. V_c=1.

Вместе со шкалой V можно представить шкалу .

1.7. Определение основных размеров двигателя и показателей его топливной экономичности

Определим среднее давление механических потерь в
двигателе:

где – скорость поршня при номинальной мощности.

Среднее эффективное давление:

Механический КПД двигателя:

Исходя из заданной
величины эффективной мощности , номинальной частоты вращения , числа цилиндров , тактности и среднего эффективного
давления ,
определяется рабочий объем цилиндра двигателя по формуле:

С другой стороны, рабочий объем цилиндра
равен:

где – диаметр цилиндра, дм;

– ход поршня, дм.

Диаметр цилиндра определяется из выражения:

где – отношение хода поршня к диаметру цилиндра.
Принимаем .

Ход поршня:

По найденным
значениям и определяем основные
параметры и показатели двигателя:

рабочий объем цилиндра:

эффективная мощность:

эффективный крутящий момент:

средняя скорость поршня:

Оценка работы двигателя, с точки зрения
использования рабочего объема, а также тепловой и динамической напряженности,
производится по удельной литровой и поршневой мощностям:

В качестве измерителей топливной
экономичности двигателя при работе его на номинальной мощности принимаются
эффективный удельный расход топлива:

где – эффективный КПД двигателя.

Часовой расход топлива:

Индикаторный КПД двигателя вычисляется по
выражению:

где ;

– коэффициент избытка воздуха;

– низшая теплотворная способность
топлива, кДж/кг;

– коэффициент наполнения;

– плотность заряда на впуске, кг/м3:

где В – удельная газовая постоянная.

Результаты теплового расчета двигателя и его
основные размеры приведены в таблице 1:

Теоретическая и действительная индикаторная диаграмма поршневого насоса. Индикаторные параметры насоса.

Для
экспериментального определения работы поршневого насоса и контроля за ним
применяют индикатор. Назначение индикатора – избавиться от параметра tв системе уравнений s = f
(t); p
= f (t) и привести
ее к уравнению, имеющему видp = f
(s).

Индикатор состоит из поршневого
манометра и преобразующего механизма. Поршневой манометр имеет цилиндр с
притертым поршнем, к верхней части штока которого прикреплено перо. Между
поршнем и верхней крышкой цилиндра находится тарированная пружина, а
надпоршневой объем цилиндра соединен с атмосферой. Нижняя полость цилиндра
соединяется трехходовым краном с исследуемым цилиндром насоса или с атмосферой.
Преобразующий механизм состоит из барабана, на котором крепится бумага, и
сменных шкивов, обернутых нитью, один конец которой соединен со штоком
исследуемого цилиндра, а к другому подвешен грузик. При изменении давления в
цилиндре насоса поршень манометра перемещается на величину, пропорциональную
давлению в цилиндре, перо при этом оставляет на барабане след. При движении
поршня насоса барабан поворачивается на угол, пропорциональный перемещению.

Рассмотрим работу
индикатора в идеальном случае, при повороте кривошипа насоса на 360 о (рис.).

Рис.Индикаторная диаграмма
поршневого насоса

( пунктирная линия – идеальная, сплошная – реальная).

В левой мертвой точке перо будет занимать
положение, соответствующее точке Е. В начале хода всасывания при перемещении
поршня вправо в цилиндре понизится давление всасывания, поршенек манометра при
этомпереместится вниз, пружина
сожмется, в результате чего перо прочертит линию ЕА. При ходе всасывания
давление в цилиндре будет постоянным и перо прочертит линию АВ, лежащую ниже
линии ЕЕ΄, соответствующую атмосферному давлению. В конце хода всасывания
давление в цилиндре станет равным атмосферному – поршенек под действием пружины
вернется в исходное положение и перо прочертит линию Е΄С. При ходе нагнетания
перо прочертит линию СD вплоть до
остановки поршня насоса в левом мертвом положении, когда давление в цилиндре
станет равным атмосферному и пружина вернет поршенек в исходное положение –
линия DЕ.

Реальная диаграмма будет отличаться от идеальной
наличием зигзагов возле точек а и с, что объясняется гидравлическим
сопротивлением клапанов и их колебаниями. Линии da и вс не будут вертикальными, что вызвано
запаздыванием закрытия и открытия клапанов.

По виду индикаторной диаграммы можно
судить о работе отдельных узлов насоса.

Площадь, очерченная контуром индикаторной
диаграммы, представляет собой работу, совершенную поршнем зацикл.

Индикаторная работа будет равнаA_i =p_iFs,

индикаторная мощность
для насоса одинарного действия (кВт)N_i= A_in = p_iFsn.

Для насосов с числом
рабочих полостей цилиндров kполучимN_i= kp_iFsn.

Что такое индикаторный КПД?

Зависимость индикаторного КПД

Индикаторный КПД формула

Ni=(0,05+0,2a) (0,6+0,08ξ) (0,93+0,0007nдв)

При стабильной и постоянной степени сжатия, в пределах 6,5 и оборотах коленчатого вала 2000 мин-1 при обеднении смеси – индикаторный кпд повышается от 0,6 до 1,15 — N меняется от 0,20 до 0,34. При а=1,15, с повышением оборотов коленчатого вала от 1000 до 3000 КПД возрастает от 0,32 до 0,39.

Практически на всех легковых автомобилях рабочие режимы с высокой степенью сжатия индикаторный КПД варьируется в пределах 0,34 — 0,37. Чем выше индикаторный КПД, тем ниже расход топлива. Если рассматривать карбюраторные двигатели, то индикаторный КПД повышается при увеличении массы груза автомобиля, увеличении скорости движения автомобиля и суммарного сопротивления дороги колесам. В дизельных двигателях все да наоборот.

Q == 2,49 • i_k+0,096 • i_k2 • V_k + 0,0105 • Ga • Ψ+0,0026 • V_k2.

Движение автомобиля с постоянной скоростью более выгодно, экономично и целесообразно – это было известно еще давно. У каждого автомобиля карбюраторного или дизельного, есть свой оптимальным режим работы двигателя. Также можно выбрать оптимальную скорость, при которой износ двигателя и расход топлива будет минимален. Оптимальная скорость для грузовых автомобилей составляет 40…60 км/ч. Для легковых 60-80 км/час.

Ведь чем меньше топлива сгорает, тем меньше выделяются вредные вещества.

1.8. Построение индикаторной диаграммы

После
окончания расчета рабочего цикла двигателя приступаем к построению индикаторной
диаграммы. Индикаторная диаграмма строится совмещенной: теоретическая и действительная
в координатных осях ,
в которой по оси ординат откладывается давление газов в цилиндре в МПа, а по
оси абсцисс – полный объем цилиндра.

Размеры
индикаторной диаграммы по оси абсцисс (объемы) принимаем 130 мм, высота по оси
ординат (давление) – 180 мм.

На
оси абсцисс откладываем произвольный отрезок, изображающий объем камеры сгорания
. Затем на этой
оси откладываем в принятом масштабе объемы:

; .

Выбираем масштаб давлений:
.

В
принятом масштабе давлений по оси ординат отмечают точки , , , , , , соответствующие давлениям: , , , , , давление , первое из них соответствует точке на оси абсцисс, второе –
точке .

Через
точки , и проводим прямые, параллельные оси
абсцисс. Точки и
соединяются
политропой сжатия, а точки и – политропой расширения. Промежуточные точки
этих кривых определяются из условия, что каждому значению на оси абсцисс соответствуют
следующие значения давлений:

– для политропы сжатия;

– для политропы расширения,

где и – искомые давления в
промежуточных точках на политропах сжатия и расширения;

– отношение объемов, выраженных в
единицах длины (по чертежу);

и – показатели политроп сжатия и расширения.

Результаты расчетов ординат точек политроп
запишем в таблицу 3:

1.6. Определение среднего индикаторного давления

Теоретическое
среднее индикаторное давление можно определить по построенной индикаторной диаграмме:

где – площадь индикаторной
диаграммы (a, c, z, z’, b, a), мм2;

– масштаб индикаторной
диаграммы по оси давлений (1 мм = Мпа);

– длина индикаторной
диаграммы, мм.

Величина среднего
теоретического индикаторного давления подсчитывается аналитическим путем на основании
формулы:

Точность построения
индикаторной диаграммы оценивается коэффициентом погрешности:

Коэффициент не должен превышать 3…4%.

Действительное
среднее индикаторное давление определяется по формуле:

где – коэффициент полноты
индикаторной диаграммы. Принимаем .

– потери индикаторного
давления на выполнение вспомогательных ходов.

Индикаторы «Майгак»

Диаграммы снимаются с каждого рабочего цилиндра с помощью специального прибора – индикатора поршневого типа «Майгак». Наличие диаграммы позволяет определить важные для анализа рабочего процесса параметры P_i, P_с и P_макс. Диаграмма на рис. 1 типична для двигателей, при эксплуатации которых главная задача состояла в снижении уровня механической напряженностиИзменение механической напряженности и содержания в выхлопе окислов азота. Для этого, как уже ранее отмечалось, осуществляется более поздний впрыск топлива и сгорание происходит с меньшим ростом давления и температур в камере сгорания.

Рис. 1 Индикаторная диаграмма двигателя МАН-БВ KL-MC

Если же главная цель состоит в повышении экономичности двигателя, то сгорание организуется с более ранней подачей топлива и, соответственно, большим ростом давлений. При наличии электронной системы управления подачей топлива такая перестройка легко осуществляется.

Рекомендуется к прочтению: Контроль и регулирование рабочих процессов, измерительные приборы

На диаграмме рис. 2 четко видны два горба – сжатие и затем сгорание. Такой характер достигнут за счет еще более поздней подачи топлива. На рисунках приведены два вида диаграмм – свернутая, по которой определяется среднее индикаторное давление, и развернутая, позволяющая визуально оценить характер развития процессов. Подобные диаграммы можно получить при использовании поршневого индикатора «Майгак», для которого необходимо наличие индикаторного приводаПроверка регулировки индикаторного привода, позволяющего

Рис. 2 Индикаторная диаграмма двигателя МАН-БВ SMC

синхронизировать вращение барабана индикатора с движением поршня индицируемого цилиндра. Подключение привода позволяет получить свернутую диаграмму, планиметрированием площади которой определяется среднее индикаторное давление, представляющее собой некоторое среднее условное давление, действующее на поршень и совершающее в течение одного хода работу, равную работе газов за цикл.

Pi = Fинд.д L m,

где:

F_инд.д – площадь диаграммы, пропорциональная работе газов за цикл;
L – длина диаграммы, пропорциональная величине рабочего объема цилиндра;
m – масштабный множитель, зависящий от жесткости пружины поршня индикатора.

По P_i подсчитывается индикаторная мощность цилиндра N_i = C P_i n, где η – число оборотов 1/мин и С – постоянная цилиндра. Эффективная мощность N_e = N_i η_мех кВт, η_мех – механический кпд двигателя, который можно найти в документации по двигателю.

Перед тем, как приступить к индицированию, проверьте состояние индикаторного крана и привода. Возможные ошибки в их состоянии проиллюстрированы на рис. 3.

Рис. 3 Ошибки в настройке привода индикатора

Гребенка (рис. 2) снимается при ручном управлении шнуром, отсоединенным от индикаторного привода. Наличие гребенки позволяет оценить стабильность циклов и более точно замерить P_макс. Если пики одинаковы, то это свидетельствует о стабильной работе топливной аппаратуры.

Важно отметить, что поршневые индикаторы обладают малой частотой собственных колебаний. Последняя должна,как минимум, в 30 раз превышать число оборотов двигателя

В противном случае индикаторные диаграммы будут сниматься с искажениями.

Поэтому применение поршневых индикаторов ограничивается 300 об/мин. Индикаторы со стержневой пружиной обладают большей частотой собственных колебаний и их применение допускается в двигателях с частотой вращения до 500-700 об/мин. Однако, в таких двигателях индикаторный привод отсутствует и приходится ограничиваться снятием гребенок или развернутых диаграмм, по которым среднее индикаторное давлениеОпределение среднего индикаторного давления не определить.

Второе ограничение касается величины максимального давления в цилиндрах. В современных двигателях с высоким уровнем форсировки оно достигает 15-18 МПа. При используемом в индикаторе «Майгак» поршне для дизелей диаметром 9,06 мм максимально жесткая пружина ограничивает P_макс = 15 МПа. При такой пружине точность измерения весьма низкая, так как масштаб пружины составляет 0,3 мм на 0,1 МПа.

Существенно также, что работа по индицированию довольно утомительна и трудоемка, а точность результатов невысока. Малая точность обусловливается ошибками, возникающими из-за несовершенства индикаторного привода и неточности обработки индикаторных диаграмм при их ручном планиметрировании. Для сведения – неточность индикаторного привода, выражающаяся в смещении ВМТ привода от ее истинного положения на 1°, приводит к ошибке примерно в 10 %.

4.2 Индикаторные показатели двигателя

К индикаторным показателям двигателя относят:

— среднее индикаторное давление P_i;

— индикаторная мощность N_i;

— индикаторный удельный расход топлива q_i;

— индикаторный КПД η_i.

4.2.1 Среднее индикаторное давление

Среднее индикаторное давление – это значение условного постоянного давления в цилиндре двигателя, при котором, работа произведённая рабочим телом за один такт, равнялась бы индикаторной работе цикла.

[или, P_i – это такое условное постоянно действующее избыточное давление, при котором работа газов, произведённая за один ход поршня, равна индикаторной работе цикла.]

т. е. МНм (Мдж)

где P_i – среднее индикаторное давление, МПа

F – площадь поршня, м2

S – ход поршня, м

или , МПа.

а)

б)

Площадь нескругленной части диаграммы aczzba в определённом масштабе выражает теоретическую расчётную работу газов за цикл.

Площадь скруглённой части accz_дbb\a – действительная работа газов.

Рассмотрим определение теоретической индикаторной работы смешанного цикла дизеля, т. е. для наскруглённой расчётной диаграммы (aczzba).

Работа цикла:

Работа на участке zz при P=const.

т. к. .

Работа политропного процесса расширения, участок zb:

Умножим и разделим правую часть на V_c, и получим, что

Удельная работа политропного процесса.

Из характеристического уравнения

Работа политропного процесса сжатия:

(участок ас):

Теоретическая индикаторная работа цикла

4.2.2 Среднее теоретическое индикаторное давление цикла

Среднее теоретическое индикаторное давление цикла, или работа цикла, приходящаяся на единицу рабочего объема цилиндра для нескруглённой диаграммы.

, Дж/м3 , МПа

Подставим в формулу значение

Для смешанного цикла, с учётом , а:

.диз.

Для цикла при V=const, ρ=1 и δ=ε.

Тогда среднее теоретическое индикаторное давление:

, карб.

Среднее индикаторное давление P_i действительного цикла меньше среднего теоретического индикаторного давления на величину за счёт скругления в точках c, z, b. .

Это уменьшение P_i оценивается коэффициентом полноты диаграммы .

Значения : — карбюраторный двигатель

— дизельный двигатель

Среднее давление насосных потерь впуска и выпуска

ΔP_i= P_r— P_a, может быть положительной и отрицательной. Потери на газообмен учитываются в механических потерях двигателя.

Среднее индикаторное давление может быть определенно, планиметрированием площади диаграммы Fac(z)zba, мм2.

Теоретическое индикаторное давление нескруглённой диаграммы P_i

, МПа

где — площадь диаграммы в мм2

— масштаб давления, МПа/мм

АВ – длинна диаграммы, мм

— расширение

— сжатие

Среднее индикаторное давление процесса расширения и сжатия

Значения: P_i=0,6…1,4 МПа – карбюраторный двигатель

P_i=до 1,6 МПа карбюраторный двигатель форсированный

P_i=0,7…1,1 МПа дизельный без наддува

P_i=до 2,2 МПа дизельный с наддувом

4.2.3 Индикаторная мощность двигателя

Индикаторная мощность двигателя – работа, совершаемая газами внутри цилиндров в единицу времени:

КНм – индикаторная работа цикла

Время цикла , с время в одном цилиндре

КВт – индикаторная мощность всего двигателя

P_i – среднее индикаторное давление, МПа;

V_h – рабочий объём цилиндров двигателя, л;

n – частота вращения вала двигателя, об/мин;

I – число цилиндров двигателя;

— тактность двигателя (число ходов поршня за один цикл)

2n – число тактов в минуту в одном цилиндре,

— число одноимённых тактов (циклов) в минуту в одном цилиндре

4.2.4 Индикаторный удельный расход топлива

Эффективность использования теплоты в двигателях можно оценить по удельному расходу топлива.

Удельный индикаторный расход топлива – это количество топлива расходуемое на единицу выполняемой работы

, г/КВт ч

G_T – часовой расход топлива, кг/ч

N_I– индикаторная мощность двигателя, КВт.

4.2.5 Индикаторный КПД

Индикаторный КПД представляет собой отношение теплоты, эквивалентной индикаторной работе цикла ко всему количеству теплоты, внесённой в цилиндр с топливом.

где L_i – теплота, эквивалентная индикаторной работе цикла, МДж/кг;

Q_H – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг.

, (КВт ч/г); , (КВт ч/кг)

МДж/кг

т.е. 1КВт ч=3600КДж

Тип двигателя
дизель	0,38…0,50	170…230
карбюр.	0,26…0,35	235…320
газовый	0,28…0,34	—-

может быть определенно по параметрам рабочего тела

МДж

V_h определим из характеристического уравнения

, но

тогда

Подставим V_h в уравнение

— коэффициент наполнения цилиндра двигателя

M₁ – действительное количество свежего заряда, кмоль

P, T – условия, при которых поступает свежий заряд, МПа

Q_H – низшая температура сгорания топлива, МДж/кг

— Относительный КПД – оценивает степень совершенства действительного рабочего цикла по отношению к теоретическому КПД.

Для дизельных выше, для карбюраторных ниже.

2.1. Определение силы давления газов

Сила давления газов определяется по формуле:

, (2.1.1.)

где – текущее значение давления газов по
индикаторной диаграмме, МПа;

– диаметр цилиндра, м.

Для
последующих расчетов необходимо построить график изменения силы давления газов
в функции угла поворота коленчатого вала.

Для
этого необходимо индикаторную диаграмму, построенную в координатах , перестроить в координатах
. В этой
диаграмме изменение давления газов в цилиндре в течении рабочего цикла является
функцией угла поворота кривошипа . Такую диаграмму называют развернутой
диаграммой. На этой диаграмме показано избыточное давление на поршень:

Индикаторную
диаграмму перестраивают в развернутую по методу Брикса: ниже индикаторной диаграммы
на диаметре, соответствующем ходу поршня, строится полуокружность радиусом,
равным половине отрезка .
Вправо по горизонтали откладывается отрезок, поправка Брикса, равный , где – радиус кривошипа; – отношение радиуса
кривошипа к длине шатуна. Принимаем .

Из
этого нового центра проводим
лучи через каждые 30˚ до пересечения с полуокружностью. Точки пересечения
этих лучей с полуокружностью проектируются на кривые политроп сжатия и
расширения индикаторной диаграммы. Полученные точки пересечения сносим по
горизонтали вправо на вертикальные линии соответствующих углов развернутой диаграммы.
Проведя через найденные точки кривую, получим развернутую индикаторную
диаграмму за рабочий цикл.

Сила
давления газов на поршень подсчитывается по формуле (2.1.1.), и величины этой
силы для каждого угла поворота коленчатого вала записываются в таблицу 4.

Для
определения газовых сил по
развернутой диаграмме давлений необходимо пересчитать масштаб:

где – площадь поршня, .