Индикаторные показатели работы двигателя

Индикаторными показателями называют показатели, характеризующие работу, совершаемую газами в цилиндре двигателя.

Эти показатели определяют эффективность использования рабочего объёма двигателя и степень преобразования выделяемой теплоты в полезную работу внутри цилиндров. Они зависят от своевременности и полноты сгорания, а также от тепловых потерь в систему охлаждения и с отработавшими газами.

К индикаторным показателям двигателя относятся:

- среднее индикаторное давление р_i,

- индикаторная мощность N_i,

- индикаторный КПД η_i ,

- удельный индикаторный расход топлива g _i,

Среднее индикаторное давление р_i - это условное постоянное по величине избыточное давление газов в цилиндре двигателя, которое, действуя на поршень в течение одного хода совершает работу, равную работе газов за весь цикл L_i.

L_i = р _i · F · S = р _i · V_h;

 где L_i – работа газов за один цикл в одном цилиндре, р _i – среднее индикаторное давление, F - площадь поршня, S – ход поршня, V_h – рабочий объём цилиндра.

Тогда

р _i = L_i / V_h,

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

Для бензиновых четырехтактных двигателей р_i = 0,6…1,6 МПа

Для дизелей без наддува р_i = 0,7…1,1 МПа

Для дизелей с наддувом р_i = 1,1…2,2 МПа

 

Если индикаторная работа за цикл:

L_i = р_i V_h,

то индикаторная работа в минуту:

L_i'= L_i 2n / τ.

где n – частота вращения коленчатого вала двигателя мин ^–1,

  2n – число тактов в минуту в одном цилиндре,

2n / τ – число циклов в минуту в одном цилиндре,

τ – тактность двигателя.

Индикаторная мощность N_i – это мощность, соответствующая индикаторной работе цикла. то есть, это работа, совершаемая газами внутри цилиндра в единицу времени (за 1 сек).

N_i = L_i' = р _i V_h п i /(30 τ)

Индикаторный КПД   η _i - это отношение теплоты, преобразованной в индикаторную работу Q _i к общему количеству теплоты затраченного топлива Q ₁

η _i = Q _i / Q ₁ = L_i / G _тц · Н_и

где G _тц - цикловая подача топлива; Н_и - низшая теплотворная способность топлива.

Индикаторный КПД характеризует экономичность действительного цикла. Он учитывает потери теплоты на теплоотдачу в стенки цилиндра, потери на неполноту и несвоевременность сгорания топлива, на распад продуктов сгорания.

Другим показателем, который характеризует экономичность действительного цикла является индикаторный удельный расход топлива g_i. который показывает сколько затраченного топлива приходится на производство единицы индикаторной мощности

g_i = G _т 10³ / N_i,

где G _т – часовой расход топлива.

Механические потери в ДВС.

Часть индикаторной мощности двигателя затрачивается на преодоление

механических потерь (внутренние потери) N _мп

N _{м.п .} = N _тр + N _{н г} + N _пр + N _к + N _гп

где N _тр, N _{н г}, N _пр, N _к, N _гп – мощность, затрачиваемая соответственно на трение, на процесс газообмена, на привод вспомогательных механизмов (топливного, водяного, масляного насосов, вентилятора, генератора и др.), на привод компрессора и гидравлические потери.

Потери мощности на трение N _тр   составляют большую часть всех механических потер. Главным образом эти потери приходятся на следующие пары:

- поршень, поршневые кольца – стенки цилиндров;

- шейки коленчатого и распред.валов – подшипники скольжения;

- пошневой палец – бобышки поршня и втулка верхней головки шатуна;

- стержень клапана – направляющая втулка.

Потери на трение увеличиваются с ростом нагрузки на двигатель, увеличением частоты вращения коленвала, при грубой обработке поверхностей сопряжённых деталей, неоправданном увеличении их размеров при производстве и ремонте, при применении некачественных масел, при нарушении работы систем смазки и охлаждения и ухудшении технического состояния двигателя.

Потери мощности на совершение насосных ходов поршнем во время газообмена (N_{н г}). Для того, чтобы всосать свежий заряд в цилиндр и вытолкнуть отработавшие газы, необходимо затратить энергию. Поэтому для выполнения этой работы от индикаторной работы затрачивается некоторая её часть. Величина этих потерь определяется величиной сопротивления впускных и выпускных трубопроводов, которая растёт с увеличением частоты вращения коленчатого вала, или степенью прикрытия дроссельной заслонки. На величину насосных потер также влияют размеры и конструкция деталей, участвующих в газообмене и их техническое состояние.

Потери мощности на привод вспомогательных механизмов (N _пр). К вспомогательным механизмам относятся жидкостной, масляный и топливный насосы, генератор, прерыватель-распределитель, вентилятор. Данный вид потерь зависит от конструкции этих агрегатов, их размеров и технического состояния.

Потери мощности на привод компрессора –нагнеталя воздуха (N _к). Имеется в виду механический привод компресора в двигателях с наддувом, сюда не относятся двигатели с турбонаддувом, так как у них для привода компрессора используется кинетическая энергия отработавших газов, уже вне цилиндра. Так как механический привод компрессора применяется довольно редко, а затраты мощности на него значительны, этот вид потер выделен отдельно.

Гидравлические потери мощности (N _гп) учитывают затраты мощности на преодоление сопротивления движению деталей КШМ, создаваемого маслом в картере двигателя.