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 Ni, среднее индикаторное давление рi , индикаторный КПД hi и индикаторный расход топлива gi.
Конечными (эффективными) показателями, характеризующими работу и экономичность двигателя являются: эффективная мощность Ne, среднее эффективное давление рe , эффективный КПД he , и удельный эффективный расход топлива ge.
Эффективные и индикаторные показатели связаны между собой через показатели, характеризующие механические потери: мощность механических потерь Рм , среднее давление механических потерь рm , механический КПД hм.
Полная работа цикла
Полная работа расчетного цикла (рис.15) 
может быть определена как разность работ на линии горения-расширения L2 = VSP2 и на линии сжатия L1 =VhP1
,
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 hi - отношение индикаторной работы к теплоте, затраченной на получение этой работы:
.
Подставив значение индикаторной работы действительного цикла 
, получим 
.
Удельный индикаторный расход топлива, кг/кВт
Gi=Gm/Ni.
, после подстановки hi 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 ртр , насосные потери рнас (у 4-тактных ДВС), на привод вспомогательных механизмов рвсп, вентиляционные потери рвент.
Рмех= ртр+рнас+рвсп+рвент.
Мощность механических потерь определяется по формуле
Рм= iVh zn 103 рмех / 60.
Эффективные показатели
Между эффективными, индикаторными и показателями, характеризующими механические потери в двигателях, существуют следующие связи:
(Ne=Ni-Nм) Ne=Ni-Nм; pe=pi-pмех.
Показателями экономичности работы ДВС служат эффективный КПД -hэ и удельный эффективный расход топлива ge.
; ge = GT/Ne.
Механическим КПД hМ называется отношение эффективной работы (мощности) к индикаторной работе (мощности).
h М = Le/Li=Ne/Ni=pe/pi;
h e=hMhi; ge=(hi / he)gi= gi / hM.
В общем случае механический КПД комбинированного двигателя можно представить
,
где dnк , dm , dк - соответственно относительные работы приводного компрессора, турбины и компрессора.
Определение основных размеров рабочего цилиндра
Зная тип и назначение двигателя, его мощность, частоту вращения и определив значение pe, можно подсчитать требуемые размеры S и D. Для этого задаются несколькими значениями средней скорости поршня cm и находят соответствующие им значения хода поршня S по заданной частоте вращения n.
Neц= 13,09 zD2 Snpe,
где z = 1 для 2-тактных двигателей,
z = 1/2 для 4-тактных двигателей.
Четырехтактные двигатели простого действия: Neц = 6,545 D2Snpe;
D = 0,39 
- 4-тактные,
D = 0,274 
-2-тактные;
S = 30 cm / n; cm - средняя скорость поршня – главный критерий быстроходности.
J = z cm pe - показатель форсирования.
Nn=Nец /Fn - удельная поршневая мощность цилиндра (Fn - площадь поршня, м2).
Nn = cm pe /3 - для четырехтактных двигателей, кВт/дм2.
Ge= G/Nе - удельная масса двигателя, кг/кВт.
Gл= G/Vл - литровая масса двигателя, кг/л.
Для литровой мощности применяются выражения:
для газовых двигателей
Nл= 0,000139 α (Hи/Lo )( 1 /τ)(ηi /α)ηн n квт/л,
для карбюраторных двигателей или дизелей
Nл= 0,000139 (hи /lo)( 1 /τ)γв(ηi /α)ηн n квт/л,
где τ – число тактов за цикл;
γв – удельный вес воздуха, поступающего в выпускной трубопровод.
Рn=Pец/Fn – удельная поршневая мощность цилиндра (Fn – площадь поршня, м2).
Рn=cmpme/ 3 – для четырехтактных двигателей, кВт/дм2.
Ge=G/Pe – удельная масса двигателя, кг/кВт.
Gл=G/Vл – литровая масса двигателя, кг/л.