Индикаторные параметры рабочего цикла

Рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания характеризуется индикаторным дав­лением, индикаторной мощностью, индикаторным КПД и удельным ин­дикаторным расходом топлива.

1.  Среднее индикаторное давление расчетного цикла (МПа)

 .

2.   Среднее индикаторное давление действительного цикла (МПа)

 .

где j_u - коэффициент полноты диаграммы (для карбюраторных двига­телей , для дизелей ).

При работе на полной нагрузке величина p_i (МПа) достигает:

для четырехтактных карбюраторных двигателей 0,6…1,4

для четырехтактных карбюраторных двигателей

форсированных.................................................... до 1,6

для четырехтактных дизелей без наддува......... 0,7 …1,1

для дизелей с наддувом....................................... до 2,2.

Меньшие значения среднего индикаторного давления в дизелях без наддува по сравнению с карбюраторными двигателями объясня­ются тем: что дизели работают с большим коэффициентом избытка воздуха. Это вызывает неполное использование рабочего объема ци­линдра и дополнительные потери теплоты на нагревание избыточного воздуха.

3.   Индикаторная мощность двигателя N_i - работа, совершаемая газами внутри цилиндров в единицу времени. Для многоцилиндрового двигателя (кВт)

,

где p_i - среднее индикаторное давление, МПа;, V_h - рабочий объем одного цилиндра, л(дм³); i - число цилиндров, t - тактность двигателя.

Для четырехтактного двигателя

.

Индикаторная мощность одного цилиндра

.

4.  Индикаторный коэффициент полезного действия характеризует степень использования в действительном цикле теплоты топлива для получения полезной работы и представляет собой отношение тепло­ты, эквивалентной индикаторной работе цикла, ко всему количеству теплоты, внесенной в цилиндр с топливом:

 ,

где r_к - плотность заряда при впуске, определяемая из уравне­ния (3), кг/м³; P_i выражено в МПа; - в кг/кг топл.; H_u - в МДж/кг топл.

Для современных автомобильных и тракторных двигателей, работаю­щих на номинальном режиме, величина индикаторного КПД составляет:

для карбюраторных двигателей......... ………………………….0,26…0,35

для дизелей........................................... ………………………….0,38…0,50

для газовых двигателей...................... ………………………….0,28…0,34.

5.  Удельный индикаторный расход топлива

Удельные расходы g_i топлива на номинальном режиме, г/(кВт.ч):

для карбюраторных двигателей 235…320

для дизелей................................. 170…230.

2.3.8. Эффективные показатели, характеризующие работу дви­гателя в целом

1.   Среднее давление механических потерь (МПа) в двигателях различного типа можно определить по следующим эмпирическим фор­мулам:

а) для карбюраторных двигателей с числом цилиндров до шести и отношением

;

б) для карбюраторных восьмицилиндровых двигателей с отноше­нием

;

в) для карбюраторных двигателей с числом цилиндров до шести и отношением

;

г) для четырехтактных дизелей с нераздельными камерами

;

д) для предкамерных дизелей

;

е) для дизелей с вихревыми камерами

2.   Среднее эффективное давление p _е представляет собой отношение эффективной работы на валу двигателя к единице рабоче­го объема цилиндра. В расчетах p _е определяется по среднему индикаторному давлению (МПа):

;

Для двигателей с механическим наддувом (МПа)

,

где p _н - потери давления на привод нагнетателя.

Значения среднего эффективного давления p _е (МПа) при номи­нальной нагрузке изменяются в следующих пределах:

для четырехтактных карбюраторных двигателей………………. 0,6…1,1

для форсированных четырехтактных

карбюраторных двигателей......................... …………………………….до 1,3

для четырехтактных дизелей без наддува.. ……………………….0,55…0,85

для четырехтактных дизелей с наддувом... ………………………..до 2,0

для двухтактных быстроходных дизелей... ………………………..0,4…0,75,

для газовых двигателей................................ ……………………………0,5…0,75.

С ростом среднего эффективного давления улучшаются условия использования рабочего объема цилиндра, что дает возможность создавать более легкие и компактные двигатели.

Однако с повышением среднего эффективного давления повышает­ся токсичность двигателя.

3. Механический коэффициент полезного действия представляет собой отношение среднего эффективного давления к индикаторному:

или .

С увеличением потерь в двигателе h_м уменьшается. При снижении нагрузки в карбюраторном двигателе значительно возрас­тает p _м из-за увеличения потерь на газообмен.

По опытным данным механический КПД h_м для различных двигате­лей, работающих на номинальном режиме, изменяется в следующих пре­делах:

для карбюраторных двигателей.................. 0,7…0,9

для четырехтактных дизелей без наддува.. 0,7…0,82

для четырехтактных двигателей с наддувом 0,8… 0,9

для двухтактных быстроходных дизелей... 0,7…0,85

для газовых двигателей................................ 0,7…0,85.

4.  Эффективная мощность N_e - это полезная работа, получае­мая на валу двигателя в единицу времени. Величина N_e (кВт) мо­жет быть определена по индикаторной мощности через механический КПД

.

Связь между эффективной мощностью и основными параметрами двигателя выражается зависимостью

.

5.   Эффективный КПД h_д и эффективный удельный расход топли­ва g_e характеризуют экономичность работы двигателя.

Отношение количества теплоты, эквивалентной полезной работе на валу двигателя, к общему количеству теплоты, внесенной в дви­гатель с топливом, называется эффективным КПД:

,

где L_e - теплота, эквивалентная эффективной работе, МДж/кг топл., Н _u - низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг топл.

Связь между эффективным и механическим КПД двигателя опреде­ляется выражением

 .

Эффективный КПД двигателя характеризует степень использо­вания теплоты топлива в двигателе с учетом всех потерь - тепло­вых и механических.

Значения эффективного КПД h_e на номинальном режиме:

для карбюраторных двигателей………………………….. 0,25…0,33

для дизелей...................................... …………………………….0,35…0,40

для газовых двигателей.................. …………………………….0,23…0,30.

Эффективный удельный расход топлива

.

Для современных автомобильных и тракторных двигателей, эффектив­ный удельный расход топлива при номинальной нагрузке имеет следующие значения (г/(кВт×ч):

для карбюраторных двигателей.................. …………………………..250…325

для дизелей с нераздельными камерами.... ……………………….210…245

для вихрекамерных и предкамерных дизелей …………………230…280.