Паровые турбины. Газотурбинные установки. Двигатели внутреннего сгорания, страница 53

При внешнем смесеобразовании в результате продувки цилиндра горючей смесью она частично выбрасывается через выпускные окна. Поэтому двухтактный процесс применяется чаще в дизелях, чем в карбюраторных ДВС.

Исключение составляют мотоциклетные, лодочные и другие двигатели небольшой мощности, для которых большее значение имеет простота конструкции и ее компактность, чем экономичность работы.

3.11. Среднее индикаторное давление и индикаторная мощность ДВС

Показатели работы двигателя подразделяются на индикаторные (внутренние), характеризующие совершенство рабочего цикла в цилиндре и учитывающие только тепловые потери в самом цилиндре, и эффективные (внешние), учитывающие помимо тепловых и механические потери, которые имеются при передаче энергии расширения газов через поршень и кривошипно-шатунный механизм на коленчатый вал двигателя. К индикаторным показателям двигателя относятся среднее индикаторное давление p_i, индикаторная мощность N_i, индикаторный удельный расход топлива b_i и индикаторный КПД η_i.

В результате осуществления цикла тепловая энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, с известной степенью совершенства (определяемой индикаторным КПД) превращается в полезную работу, развиваемую газами в цилиндре двигателя и называемую индикаторной работой цикла L_i. При этом давление в цилиндре непрестанно меняется.

Для удобства ведения расчетов и сравнения разных двигателей переменные по ходу поршня давления можно заменить постоянным (фиктивным) давлением, которое обеспечивает получение той же работы, что и цикл с переменным давлением. Это среднее постоянное давление называется средним индикаторным давлением р,. Следовательно, под средним индикаторным давлением подразумевается условное постоянное давление p_i. Действующее на поршень на рабочем ходе и совершающее за один цикл работу, равную индикаторной работе замкнутого цикла. Графически среднее индикаторное давление представляет собой высоту прямоугольника, площадь которого равна площади индикаторной диаграммы, а основание – длине диаграммы (рис. 3.23).

Среднее индикаторное давление позволяет сравнивать любые циклы и двигатели любых типов по мощностным показателям независимо от способа осуществления рабочих процессов. Двигатели, в которых получаются большие средние индикаторные давления, будут развивать при прочих равных условиях (тактность, размеры и число цилиндров, частота вращения) большую мощность.

Среднее теоретическое индикаторное давление р'_i может быть выражено как отношение индикаторной работы цикла L'_i к рабочему объему цилиндра V_s:

                                                           .                   (3.15)

Таким образом, среднее индикаторное давление представляет собой удельную работу цикла, т. е. работу, приходящуюся на единицу рабочего объема цилиндра.

Из расчетной теоретической индикаторной диаграммы (рис. 3.23) найдем полезную индикаторную работу газов L'_i для смешанного цикла в виде алгебраической суммы индикаторных работ отдельных процессов:

                                                ,        (3.16)

где L_cy – работа процесса подвода теплоты при V = const; из-за отсутствия изменения объема L_cy = 0; L_yz – работа процесса подвода теплоты при р = const; L_zb – работа процесса расширения при n₂ = const; L_ac – работа процесса сжатия при n₁ = const.

Выразив работу каждого процесса через параметры цикла (давления и объемы), получим:

                               .                                                                (3.17)

Подставим полученное выражение в формулу (3.15), произведем замену V_s на V_s(ε – 1) и вынесем за скобки 1/ε – 1, тогда:

.                                                               (3.18)

Заменим параметры и выражения в квадратных скобках известными и вынесем за скобки р_с.

p_z = λp_c; .                                                                (3.19)