Показатели рабочего цикла и двигателя. Системы питания и наддува

Изучаемые вопросы:

Показатели рабочего цикла. Индикаторные и эффективные показатели двигателя. Тепловой баланс

Индикаторные и эффективные показатели рабочего цикла двигателя

Для оценки процессов, происходящих в цилиндре двигателя, используются так называемые индикаторные показатели: индикаторная мощность N_i , среднее индикаторное давление р_i , индикаторный КПД h_i и индикаторный расход топлива g_i.

Конечными (эффективными) показателями, характеризующими работу и экономичность двигателя являются: эффективная мощность N_e, среднее эффективное давление р_e , эффективный КПД h_e , и удельный эффективный расход топлива g_e.

Эффективные и индикаторные показатели связаны между собой через показатели, характеризующие механические потери: мощность механических потерь Р_м , среднее давление механических потерь р_m , механический КПД h_м.

Полная работа цикла

Полная работа расчетного цикла (рис.15) может быть определена как разность работ на линии горения-расширения L₂ = V_SP₂ и на линии сжатия L₁ =V_hP₁

,

где – среднее индикаторное давление расчетного цикла.

Используя ряд полученных ранее выражений для L₁ и L₂ , получим

.

Среднее индикаторное давление

Средним индикаторным давлением называют такое условное, постоянное по величине давление, которое, действуя на поршень, совершает работу за один его ход от ВМТ до НМТ, равную работе газа за рабочий цикл.

Рис. 15. Работа и среднее индикаторное давление расчетного цикла

,

где – работа цикла со смешанным подводом теплоты.

После некоторых преобразований получим

,

.

Площадь действительной индикаторной диаграммы меньше расчетной, скругление связано с предварительной подачей и самовоспламенением до точки с, а также конечной скоростью горения.

Среднее индикаторное давление действительного цикла будет

,

где x - коэффициент полноты индикаторной диаграммы;

для четырехтактных двигателей x = 0,94…0,98;

для двухтактных двигателей x = 0,96…1,0.

В двухтактных двигателях .

Индикаторная мощность – секундная работа газов во всех цилиндрах

.

Индикаторный КПД h_i - отношение индикаторной работы к теплоте, затраченной на получение этой работы:

.

Подставив значение индикаторной работы действительного цикла , получим .

Удельный индикаторный расход топлива, кг/кВт

G_i=G_m/N_i.

, после подстановки h_i получим

.

Механические потери

В эффективную (полезную) работу на валу двигателя преобразуется только часть индикаторной работы газов в цилиндре. Некоторая часть индикаторной работы затрачивается на преодоление внутренних сопротивлений: потери на трение между деталями р_тр , насосные потери р_нас (у 4-тактных ДВС), на привод вспомогательных механизмов р_всп, вентиляционные потери р_вент.

Р_мех= р_тр+р_нас+р_всп+р_вент.

Мощность механических потерь определяется по формуле

Р_м= iV_h zn10³р_мех /60.

Эффективные показатели

Между эффективными, индикаторными и показателями, характеризующими механические потери в двигателях, существуют следующие связи:

(N_e=N_i-N_м ) N_e=N_i-N_м; p_e=p_i-p_мех .

Показателями экономичности работы ДВС служат эффективный КПД -h_э и удельный эффективный расход топлива g_e.

; g_e =G_T/N_e.

Механическим КПД h_М называется отношение эффективной работы (мощности) к индикаторной работе (мощности).

h_М = L_e/L_i=N_e/N_i=p_e/p_i;

h_e=h_Mh_i; g_e=(h_i /h_e)g_i= g_i /h_M.

В общем случае механический КПД комбинированного двигателя можно представить

,

где d_nк , d_m , d_к - соответственно относительные работы приводного компрессора, турбины и компрессора.