Под средним индикаторным давлением Pi понимают такое условное постоянное давление, которое действуя на поршень в течение одного рабочего хода, совершает работу, равную индикаторной работе газов в цилиндре за рабочий цикл.
Согласно определению, среднее индикаторное давление - отношение индикаторной работы газов за цикл Li к единице рабочего объема цилиндра Vh, т.е.
Pi=Li/Vh.
Индикаторной мощностью Ni называют работу, совершаемую газами в цилиндрах двигателя в единицу времени. Индикаторная работа (Дж), совершаемая газами в одном цилиндре за один рабочий цикл Li=Pi·Vh.
Так как число рабочих циклов, совершаемых двигателем в секунду, равно 2n/T, то индикаторная мощность (кВт) одного цилиндра
Ni=(2/T) ·Pi·Vh·n·10-3,
где n - частота вращения коленчатого вала, 1/с,
T - тактность двигателя - число тактов за цикл,
Эффективной мощностью Ne называют мощность, снимаемую с коленчатого вала двигателя для получения полезной работы.
Эффективная мощность меньше индикаторной Ni на величину мощности механических потерь Nm, т.е. Ne=Ni-Nm.
Механические потери в двигателе оцениваются механическим КПД Nm, которое представляет собой отношение эффективной мощности к индикаторной, т.е.
Nm=Ne/Ni=(Ni-Nm) /Ni=1-Nm/Ni.
Для современных двигателей механический КПД составляет 0.72 - 0.9.
Зная величину механического КПД можно определить эффективную мощность
Ne= Nm·Ni.
Разность между средним индикаторным давлением Pi и средним давлением механических потерь Pm называют средним эффективным давлением Pe, т.е.
Pe=Pi-Pm.
Эффективная мощность двигателя Ne=(2/T)·Pe·Vh·n·i·10-3, откуда среднее эффективное давление Pe=103·Ne·T/(2Vh·ni) .
Относительное уменьшение индикаторной мощности Рi за счёт мощности механических потерь Рм оценивается механическое КПД, причём:
.
Эффективная топливная экономичность двигателя оценивается эффективным КПД ηе или удельным эффективным расходом топлива ge.
Эффективным КПД называется отношение количества теплоты Qе, преобразованной в эффективную работу We, ко всей подведённой теплоте Qo, т.е.
.
После преобразований полученного выражения окончательно:
Выразив эффективную мощность, получим связь между всеми КПД двигателя:
,
где ηt, ηо, ηм – соответственно термодинамический, относительный и механический КПД двигателя.
Для оценки эффективности использования рабочего объёма цилиндра применяют литровую мощность Рл (в кВт/л), представляющую собой отношение эффективной мощности Ре к рабочему объёму Vл (в л.).
Это уравнение показывает, что литровая мощность, определяющая степень форсирования двигателя, может быть увеличения при повышении среднего эффективного давления Ре, частоты вращения коленчатого вала.