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 Рисунок 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:

(9.1)

.

                                                         

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

(9.2)

.                                                        

Работа в политропном процессе расширения определяется из выражения

.

(9.3)

 

Рисунок 9.1. К определению индикаторной работы

 

Работа в политропном процессе сжатия равна

(9.4)

                              

Учитывая, что

 

;  ; ;

.

и подставляя (8.2), (8.3), (8.4) в уравнение (8.1), получим вы­ражение для определения индикаторной работы расчетного цикла:

(9.5)

.                                            

Для определения индикаторной работы действительного цикла необходимо учитывать значение коэффициента полноты диаграммы =0,92 0,97, 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

.                                                                               

(9.6)

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

.                                                                               

(9.7)

 

Из выражения (9.6) 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  (Рисунок 9.2). Поэтому среднее индикаторное давление представляет собой условное постоянное избыточное давление, действующее на поршень и осуществляющее за один ход работу, равную индикаторной.

Рисунок 9.2. К определению среднего индикаторного давления

 

Если обе части уравнения (9.5) разделять на рабочий объем цилиндра, то, имея в виду, что

,

 

получим выражение для среднего индикаторного давления расчет­ного цикла:

.

(9.8)

                      

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

(9.9)

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(5,0 8,0);

2) для двухтактных дизелей 0,34 1,47 (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

(9.10)

а у двухтактных двигателей равно

то с учетом коэффициента тактности двигателя  имеем

(9.11)

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

(9.12)

или

(9.13)