Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) нашли широкое применение в подъемно-транспортных, строительных и дорожных машинах. Термодинамический анализ тепловых двигателей позволяет оценить эффективность их работы (к.п.д., полезная мощность и т.д.). Для проведения такого анализа необходимо построить индикаторную диаграмму цикла работы теплового двигателя, с помощью которой наглядно можно представить процессы, протекающие в ДВС и оценить факторы, влияющие на эффективность его работы.
Согласно определению, среднее индикаторное давление (Па) равно отношению индикаторной работы 
газов за цикл к единице рабочего объема цилиндра 
, т.е.
= 
Индикаторная мощность 
(кВт) двигателя называется работа, совершаемая газами в цилиндре двигателя за единицу времени, т.е.
Где: – среднее индикаторное давление, Па; - рабочий объем цилиндра, м3; 
– частота вращения коленчатого вала, об/с; 
– тактность двигателя; 
– число цилиндров
Рабочий объем цилиндра
Где: 
– диаметр цилиндра, м; 
– ход поршня, м
Если известны степень сжатия 
и объем камеры сгорания 
, то рабочий объем цилиндра можно определить
Степень сжатия равна отношению объему цилиндра 
к объему камеры сгорания
= 
= (
= (
) +1
Эффективная мощность двигателя 
– это мощность, снимаемая с коленчатого вала для получения полезной работы. Эффективная мощность меньше индикаторной мощности на величину мощности 
механических потерь
Механические потери в двигатели оцениваются механическим к.п.д.
)
Эффективная мощность 
двигателя аналогично индикаторной мощности можно выразить через среднее эффективное давление
Среднее эффективное давление 
равно разности между средним индикаторным давлением и средним давлением механических потерь
= 
Индикаторный к.п.д. 
и удельный индикаторный расход топлива 
являются показателем экономичности рабочего цикла двигателя
Где: 
– расход топлива, кг/с; 
– низшая теплота сгорания топлива кДж/кг
Эффективный к.п.д. 
и удельный эффективный расход топлива 
оценивает в целом экономичность работы двигателя.
Эффективный к.п.д. оценивает степень использования теплоты топлива с учетом всех видов потерь и представляет собой
Другая форма записи
Удельный эффективный расход топлива (кг/кВт 
Расход воздуха (кг/с), проходящий через двигатель
=2 
Где: - рабочий объем цилиндра, м3; 
– коэффициент наполнения цилиндра; – частота вращения коленчатого вала, об/с; – число цилиндров; 
- плотность воздуха кг/м3; –тактность двигателя.
Определение параметров рабочего цикла
Исходные данные
Цикл двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при 
(рис.1). Рабочее тело – сухой воздух. Давление на входе в цилиндр 
, температура воздуха на входе 
. Степень сжатия 
. Расход топлива – 
(кг/кг раб.т). Теплотворная способность топлива - (кДж/кг). Диаметр цилиндра , мм. Ход поршня 
, мм. Частота вращения коленчатого вала , об/мин. Двигатель четырехтактный.
Рис.1. Цикл двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при
Необходимо определить: Термический к.п.д., теоретическую мощность цикла, среднее теоретическое давление цикла
Порядок выполнения работы
Термический к.п.д.
Работа цикла
, кДж/кг
Массовый расход рабочего тела
, кг/с
Где: 
, м3/с – объемный расход рабочего тела; 
= 
/ 
, м3/кг – удельное значение рабочего объема цилиндра.
Теоретическая мощность цикла
= 
, кВт
Среднее теоретическое давление цикла
кПа
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. В.Д.Шаров, Н.М.Хуторянский. Локомотивные энергетические установки. – 2-е изд. перераб. и доп.:уч.-метод. Пособие. –М.:Московский государственный университет путей сообщения, 2013. -136 с.
2. И.Г.Киселев, А.Б.Буянов. Нагнетатели и тепловые двигатели на железнодорожном транспорте: Учебник для студентов вузов ж.-д. транспорта. – М.: Маршрут, 2006. – 331 с.
3. Задачник по технической термодинамике и теории тепломассообмена: Учебное пособие для энергомашиностроит.спец.вузов/ В.Н.Афанасьев, С.И.Исаев, И.А.Кожинов и др. – М.: Высшая школа, 1986. – 383 с.
4. Локомотивные энергетические установки: Учебник для вузов ж.-д. транспорта/ А.И.Володин, В.З.Зюбанов, В.Д.Кузьмич и др.; Под ред. А.И.Володина. М.: ИПК «Желдориздат», 2002. – 718 с
