Среднее индикаторное давление

Действительная индикаторная диаграмма

Полезная работа, которую совершает поршень при перемещении внутри цилиндра, получается в результате частичного преобразования теплоты при сгорании топлива. Эту работу называют индикаторной.

Индикаторная работа соответствует площади, заключенной между кривой сжатия и кривой расширения на индикаторной диаграмме (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Действительные и расчетные индикаторные диаграммы:
а — карбюраторного двигателя; б — дизеля

(сплошная линия — расчетный цикл, пунктирная линия — реальный цикл)

Площадь на индикаторной диаграмме, заключенная между кривыми впуска и выпуска, соответствует работе, затраченной на процесс газообмена (насосные ходы поршня).

Как уже отмечалось в разделе 4.1, точки с и z', полученные на расчетной индикаторной диаграмме, не соответствуют реально протекающим процессам сжатия и сгорания. В результате предварительного открытия клапанов и запаздывания их закрытия относительно ВМТ и НМТ поршня часть площади, соответствующей индикаторной работе, выпадает из расчетной индикаторной диаграммы (пунктирная линия b'bb").

В результате площадь действительной индикаторной работы (штриховые линии) оказывается меньше расчетной (сплошные линии).

Для получения действительной индикаторной диаграммы используют коэффициент скругления φ_i.

Индикаторные показатели

Индикаторными показателями называют показатели, характеризующие работу, совершаемую газами в цилиндре двигателя. Эти показатели определяют эффективность использования рабочего объема двигателя и степень преобразования выделяемой теплоты в полезную работу внутри цилиндров. К индикаторным показателям относятся: индикаторная мощность N_i, среднее индикаторное давление р_i, индикаторный КПД η_i, удельный индикаторный расход топлива g_i.

Среднее индикаторное давление

Среднее индикаторное давление — это условное постоянное по величине избыточное давление, которое, действуя на поршень в течение одного хода, совершает работу, равную работе газов за весь цикл:

, (4.1)

где L_i — работа газов за один цикл в одном цилиндре,

p_i — среднее индикаторное давление,

F — площадь поршня,

S — ход поршня,

V_h — рабочий объем цилиндра.

Тогда

,(4.2)

т.е. среднее индикаторное давление численно равно работе газов за цикл, отнесенной к единице рабочего объема. Таким образом, этот показатель оценивает степень эффективности использования рабочего объема цилиндра.

Значения р_i могут быть получены расчетным путем или по индикаторным диаграммам.

При расчете используют параметры характерных точек расчетных циклов. При этом работа расчетного цикла может быть выражена как разность работ расширения и сжатия:

,(4.3)

где L'_yz + L'_zb — индикаторная работа расширения расчетного цикла дизеля,

L'_ac — работа сжатия.

Работа процесса сгорания (кривая yz) при постоянном давлении рассчитывается по формуле

,(4.4)

Так как

и ,

то

.

Работа процесса расширения (кривая zb) рассчитывается по формуле

,(4.5)

После преобразования, учитывая, что

и

получим

Работа сжатия (кривая ас) рассчитывается по формуле

=

(4.6)

Подставив полученные выражения для отдельных участков цикла из уравнений (4.4), (4.5) и (4.6) в уравнение (4.3) и вынеся за скобки произведение р_сV_с, получим выражение для общей работы расчетного цикла:

Подставив последнее выражение в уравнение (4.2), получим

где p'_i — среднее индикаторное давление расчетного цикла.

Так как V_c/V_h = (1/ε – 1), то окончательно для дизеля

Для двигателей с принудительным воспламенением ρ=1, V_b/V_z = ε, поэтому уравнение примет вид

Так как работа (и среднее индикаторное давление) действительных циклов на самом деле меньше, чем расчетных циклов, то с учетом коэффициента скругления φ_i индикаторной диаграммы

С помощью индикаторной диаграммы можно найти среднее индикаторное давление, обозначив индикаторную работу через площадь F_i:

где m_р — масштаб диаграммы по оси ординат;

l — длина диаграммы по оси абсцисс.