4. Показатели эффективности двигателей. Среднее индикаторное давление и инди­каторная мощность.

Индикаторная диаг­рамма двигателя представляет собой ра­бочий цикл, а площадь, ограниченная ею (в определенном масштабе),− индикатор­ную работу цикла.

На рис. 6 показаны индикаторные ди­аграммы рабочего цикла двигателей. В че­тырехтактных двигателях площадь диаг­раммы, определяющая работу за цикл (рис. 16, а), состоит из площади, соответ­ствующей положительной индикаторной работе, полученной за такты сжатия и расширения, и площади, соответствую­щей работе газов при осуществлении так­тов выпуска и впуска.

Рисунок 6 Индикаторные диаграммы рабочего цикла:

а — четырехтактного двигателя, б — двухтактного двигателя; в — выпуска и

впуска четырехтактного двигателя; г — выпуска и впуска комбинированного четырехтактного двигателя

В поршневых двигателях на очистку и наполнение затрачивается работа, кото­рая будет отрицательной (рис. 6, б). В комбинированных двигателях эта рабо­та может быть как отрицательной, так и положительной (рис. 6, г). Работу га­зов в период газообмена обычно относят ^к механическим потерям в двигателе.

В двухтактных двигателях вся площадь индикаторной диаграммы определяет по­лезную индикаторную работу (рис. 6, б). Чем больше индикаторная работа L_i, тем лучше использование рабочего объема V_h цилиндра двигателя.

Если принять, что на поршень действует некоторое условное постоянное давление р_i, совершающее в течение одного хода поршня работу, равную работе L_i, газов за цикл, то

L_i = p_iV_h

Это условное давление p_i принято на­зывать средним индикаторным давлением. Среднее индикаторное давление численно равно высоте прямоугольника с основани­ем, равным рабочему объему V_h, и пло­щадью, равной площади индикаторной ди­аграммы.

Так как полезная индикаторная работа при заданных размерах цилиндра пропор­циональна давлению р_i„ совершенство ра­бочего процесса можно оценивать по сред­нему индикаторному давлению. Чем боль­ше давление р_i, тем больше работа L_i и, следовательно, рабочий объем цилиндра используется лучше. Максимальные зна­чения среднего индикаторного давления в различных двигателях зависят от многих факторов: способа смесеобразования; осу­ществляемого цикла; коэффициента избытка воздуха; наполнения цилиндра и др.

Зная среднее индикаторное давление p_t (МПа), рабочий объем цилиндра V_h (л), число цилиндров i и частоту вращения п (об/мин) коленчатого вала, можно оп­ределить индикаторную мощность (кВт) двигателя

где τ − тактность двигателя, для четы­рехтактных двигателей τ = 4, для двух­тактных двигателей τ = 2.

Произведение iV_h представляет собой рабочий объем двигателя.

С увеличением p_i и п возрастают инди­каторная мощность и степень использова­ния рабочего объема цилиндра. Давление p_i можно повысить, улучшив наполнение цилиндра путем увеличения давления р_к. Увеличение частоты вращения п ограниче­но ростом износа основных деталей и раз­личными потерями. Поэтому частоту вра­щения выбирают главным образом в за­висимости от размеров и назначения двигателя. Двигатели, которые должны обладать большим Сроком службы, при условии, что их размеры и масса не имеют большого значения, как, например, двига­тели, устанавливаемые на электростанци­ях и крупных судах, выполняют с малой частотой вращения вала. Транспортные двигатели − железнодорожные, трактор­ные и особенно авиационные и автомо­бильные − для обеспечения малой массы и компактности конструкции делают быстроходными.

12