8.2. Индикаторная мощность, индикаторный кпд и удельный индикаторный расход топлива

Индикаторная мощность поршневого двигателя является функцией среднего индикаторного давления р_i, рабочего объема цилиндра V_h, числа цилиндров i, тактности τ и частоты следования циклов, которая определяется по формуле , где n – частота вращения коленчатого вала.

Если умножим L_ip, определяемую по формуле (8.1), на число рабочих циклов, то мы получим работу газов в i цилиндрах за 1 с, т.е. индикаторную мощность двигателя:

, кВт. (8.14)

Если частоту вращения коленчатого вала n измерять в мин^-1, то получим формулу (8.14):

- для четырехтактного двигателя (τ = 4)

; (8.15)

- для двухтактного двигателя (τ = 2)

. (8.16)

Индикаторным КПД поршневого двигателя называют отношение индикаторной работы L_i к теплоте, затраченной на получение этой работы Q = H_uG_T:

, (8.17)

где H_u – низшая теплота сгорания 1 кг топлива, а G_T – количество топлива в кг, поступившего в цилиндр.

Таким образом, η_i характеризует экономичность действительного цикла. В отличие от термического КПД η_t, индикаторный КПД η_i учитывает потери, связанные с неполнотой сгорания топлива, диссоциацией, утечками рабочего тела через неплотности в цилиндропоршневой группе, отводом теплоты в системы охлаждения, смазки и выпуска отработавших газов, а также с изменением рабочего тела (бензин, дизельное топливо, газ и др.). Потери, связанные с осуществлением действительного цикла, достигают 10 – 30 % теплоты, которая полезно используется, что указывает о возможностях для дальнейшего совершенствования ДВС.

Если в уравнении (8.1) под V_h принять такой условный объем, в котором за один рабочий цикл можно сжечь единицу топлива при необходимом количестве воздуха, то это уравнение будет выражать работу, получаемую при сжигании единицы топлива:

, (8.18)

где R_μ = 8,314, кДж/(кмоль∙К) – универсальная газовая постоянная; М₁, кмоль/кг – количество горючей смеси на 1 кг топлива; η_v – коэффициент наполнения при давлении р_к и температуре Т_к рабочего тела на впуске в цилиндр.

Таким образом, индикаторную работу можно определить:

. (8.19)

Подставим (8.19) в (8.17) и получим уравнение для определения индикаторного КПД:

. (8.20)

Для газовых ДВС H_u относят к 1 м³ топлива при стандартных условиях, поэтому М₁ относят к 1 м³ газового топлива и формулу (8.20) получают в следующем виде:

. (8.21)

Еще одним индикаторным показателем, характеризующим экономичность действительных циклов, является удельный индикаторный расход топлива, который определяется по формулам:

- для ДВС, в которые за 1 ч поступает G_T кг жидкого топлива

, г/(кВт∙ч). (8.22)

- для ДВС, в которых за 1 ч поступает объем V_г м³ газового топлива:

, м³/(кВт/ч). (8.23)

Связь между η_i и g_i с учетом формул (8.19) и (8.22), записав их для часовой работы L_i и часового расхода топлива G_T можно выразить уравнениями:

; (8.24)

. (8.25)

Индикаторные показатели различных ДВС при работе на номинальной мощности показаны в табл. 8.1.

Таблица 8.1.

Индикаторные показатели различных ДВС

ДВС	Показатели
	pi, МПа	ηi	gi, г/(кВт∙ч)
Бензиновые: без наддува с наддувом	0,4 – 1,2 0,9 – 1,9	0,25 – 0,40	205 – 330
Дизели четырехтактные: без наддува с наддувом	0,75 – 1,20 1,4 – 3,0	0,39 – 0,49	175 – 220
Дизели двухтактные: без наддува с наддувом	0,5 – 0,9 1,0 – 2,2	0,39 – 0,53	162 – 220
Газовые: без наддува с наддувом	0,6 – 0,8 0,9 – 1,4	0,28 – 0,38	8600 – 13400, кДж/(кВт∙ч)