Уравнение (3.7) выражает только зависимость между массо­вым расходом воздуха и мощностью двигателя, но не указывает связи между мощностью и размерами двигателя. Взаимосвязь между мощностью, рабочим объемом и средним индикаторным давлением р_i отражена в следующем уравнении:

где i — число оборотов на осуществление рабочего цикла.

Если рабочий объем выражен в м³, давление р_е или р_i — в Н/м², а частота вращения n — в 1/с, то получим единицу изме­рения мощности: м³? Н/м²?1/с = Н?м/с = Вт. Для перехода к еще распространенной в двигателестроении технической си­стеме мер, в которой мощность выражается в л. c., V_h — в л, р_е — в кгс/см² и п — в об/мин, необходимо это выражение до

Индикаторная работа в цилиндре (работа = сила ? путь или давление? объем), с одной стороны, равняется произведению ра­бочего объема на среднее индикаторное давление

с другой стороны, может быть выражена через подведенное за рабочий цикл количество теплоты, умноженной на к. п. д.,

Коэффициент наполнения ?_V характеризует отношение объема свежего заряда в цилиндре к рабочему объему, при этом допол­нительным индексом указывается, к какому состоянию отно­сится объем свежего заряда, например, к внешнему состоянию «0» или к состоянию перед впускными органами «вп», которое может отличаться от состояния «2» на выходе из компрессора, в особенности по температуре, если применяется холодильник наддувочного воздуха. Для упрощения примем, что в цилиндр поступает только воздух, т. е. что топливо впрыскивается позд­нее или что объемом топлива можно по сравнению с объе­мом воздуха пренебречь. Обозначив количество поступающего в цилиндр свежего заряда через т_ц, можно определить коэффи­циент наполнения как

Поскольку количество выделяющейся теплоты можно пред­ставить как произведение количества топлива на его теплотвор­ность (Q_ц = т_топН_и), то, выразив количество топлива через количество воздуха, коэффициент избытка воздуха для сгорания ? и стехиометрическое количество воздуха L₀, получим

а с учетом уравнения (3.13)

Приравнивание правых частей уравнений (3.11) и (3.12) дает

В технической системе мер имеем: 1 ккал = 427 м?кгс; 1 кгс/см² = 10^-4 кгс/м²; Н_и в ккал/кг

В уравнение (3.14) не входят размеры двигателя, и среднее индикаторное давление сведено к характеристическим числам. Н_и и L₀ известны, если известно топливо; коэффициент избытка воздуха ? зависит от рабочего процесса двигателя (двигатель с принудительным зажиганием или дизель, способ смесеобразо­вания); ?_вп определено сжатием в компрессоре, включая возмож­ное охлаждение наддувочного воздуха; коэффициент наполне­ния ?_{н вп} является параметром, зависящим от частоты вращения и температуры наддувочного воздуха. Уравнение (3.14) справед­ливо для двухтактных и четырехтактных двигателей.

В большинстве случаев требуется достижение определенного среднего индикаторного давления, исходя из которого должно рассчитываться необходимое давление наддува. Давление над­дува р₂ незначительно (вследствие сопротивления холодильника) отличается от давления на впуске

Подставив это выражение в уравнение (3.14), найдем для р_вп

При политропном сжатии без охлаждения температура над­дувочного воздуха связана с давлением наддува уравнением:

Если температура наддувочного воздуха известна, то проще использовать для расчета уравнение (3.15).

Пусть требуется достичь среднее эффективное давление р_е = 12 бар без применения охладителя наддувочного воздуха

В табл. 3.2 приведены два других примера для рассчитанной по уравнению (3.14) зависимости между р_i или р_е и р_вп.

К уравнению (3.14), определяющему среднее индикаторное давление, необходимо сделать два примечания.

1. Коэффициент избытка воздуха ? относится к заключенному в цилиндре количеству воздуха без учета продувки, точно так же, как и коэффициент наполнения ?_пвп.

Уравнение остается верным, если заменить ? суммарным коэффициентом избытка воздуха ?_с (включая продувку), а коэф­фициент наполнения ?_{н вп} коэффициентом продувки ф_авп:

2. Уравнения (3.14) и (3.15) справедливы, когда т_ц —за­ряд цилиндра — является смесью воздуха с жидким топливом, объемом которого по отношению к объему воздуха можно пре­небречь.

Отнесенная к 1 м³ теплота сгорания подведенного топлива составляет:

В случаях применения газообразных топлив их объемом пре­небрегать нельзя. Тогда Н_и относится к м_н³, а не к кг; м_н³ : 0° С; 1,013 бар (1,033 кгс/см²).

Н_и имеет единицу измерения Дж/м_н³, а выражение ?L₀ представляет собой отношение: м_н³ воздуха / м_н³ топлива.

Смесь складывается из 1 м_н³ топлива и ?Д₀ м_н³ воздуха, откуда имеем H_u / 1+?L₀ ? Дж / м_н³ смеси = теплота сгорания смеси для 1 м_н³.

Однако нас интересует теплота сгорания не 1 м_н³ смеси, а 1 м³ при состоянии на впуске, так как для этого состояния известен коэффициент наполнения ?_{н вп}. Поэтому выражение необходимо до умножить на отношение ?_вп/?_н (?_н = плотность м_н³), вследствие чего получим:

В некоторых учебниках среднее индикаторное давление совершенного двигателя представляется в таком виде:

Уравнение (3.18) связано с уравнением (3.17) следующим образом.

Для совершенного двигателя состояние перед впуском за­дается температурой 20° С = 293 К и давлением 1 кгс/см², для м_н³ характерными являются 273 К и 1,033 кгс/см²

Здесь m_топ — количество топлива на 1 кмоль свежего заряда (топливо + воздух). Количество топлива на 1 м_н³ свежего заряда

Индикаторный к. п. д. ?_i заменяется в случае совершенного дви­гателя ?_t.

Коэффициент наполнения совершенного двигателя равнялся бы единице, если бы свежим зарядом, имеющим параметры внеш­него состояния, был заполнен только рабочий объем цилиндра. Но поскольку у совершенного двигателя предполагается, что свежим зарядом заполняется также объем пространства сжатия (остаточные газы отсутствуют), то получим

уравнение (3.17) трансформируется в уравнение (3.18)