Построение индикаторной диаграммы двигателя с принудительным воспламенением от искры

1. Принимаются масштабы диаграммы:

– масштаб хода поршня M_S = 0,5 мм в мм;

– масштаб давлений M_p = 0,025 МПа в мм.

2. Длина отрезка AB

мм.

3. Определяется отрезок OA

мм.

4. Из точки O, являющейся началом координат диаграммы, по оси абсцисс откладывается отрезок OA = 17,6 мм. Далее от точки A по оси абсцисс откладывается отрезок AB = 132 мм. Таким образом, длина отрезка OB составит

OB = OA + AB = 17,6 + 132 = 149,6 мм.

5. Определяется максимальная высота диаграммы (ордината точки z), а также ординаты характерных точек:

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм.

6. Характерные точки a (149,6; 3,4); b (149,6; 17,48); c (17,6; 64,6); r (17,6; 4,72); z (17,6; 254,2) наносятся на диаграмму. Также показывается величина давления окружающей среды p₀.

7. Производится построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:

а) политропа сжатия строится при помощи выражения

мм;

б) политропа расширения строится при помощи выражения

мм.

Результаты определения точек политроп сжатия и расширения заносятся в табл. 13.1.

Таблица 13.1

Расчетная таблица к построению политроп сжатия и расширения

№ точек	OX, мм	OB/OX, мм	Политропа сжатия	Политропа расширения
	Рx/Мр, мм	Рx, МПа		Рx/Мр, мм	Рx, МПа
	17,6	8,5	19,01	64,62	1,62	14,54	254,24	6,36
	25,0	5,98	11,73	39,87	1,00	9,38	163,89	4,10
	33,0	4,53	8,00	27,21	0,68	6,62	115,80	2,90
	42,0	3,56	5,74	19,53	0,49	4,90	85,64	2,14
	51,6	2,90	4,33	14,71	0,37	3,79	66,20	1,65
	61,6	2,43	3,39	11,53	0,29	3,03	53,04	1,33
	83,0	1,80	2,25	7,65	0,19	2,09	36,53	0,91
	105,0	1,42	1,63	5,53	0,14	1,56	27,22	0,68
	127,0	1,18	1,25	4,26	0,11	1,23	21,45	0,54
	149,6		1,00	3,40	0,09	1,00	17,48	0,44

8. Точки a и c соединяют плавной кривой, проходящей через вычисленные и нанесенные на поле диаграммы точки политропы сжатия, а точки z и b – кривой, проходящей через точки политропы расширения. Прямыми линиями соединяются точки с и z, а также b и a. Принимается, что процесс выпуска протекает сначала при постоянном объеме от давления p_b до давления p_r (из точки b вертикально вниз), затем – при постоянном давлении p_r от н.м.т. до в.м.т. (горизонтально до точки r), а процесс впуска сначала протекает также при постоянном объеме от давления p_r до давления p_a (из точки r вертикально вниз), затем – при постоянном давлении p_a от в.м.т. до н.м.т. (горизонтально до точки a). Теоретическая индикаторная диаграмма приведена на рис. 13.1, а, а изображение процессов газообмена на теоретической диаграмме – на рис. 13.1, в.

9. Скругление индикаторной диаграммы осуществляется на основании следующих соображений и расчетов. Так как рассчитывается достаточно быстроходный двигатель (n = 5600 мин^-1), то фазы газораспределения необходимо устанавливать с учетом получения хорошей очистки цилиндра от отработавших газов и обеспечения дозарядки в пределах, принятых в расчете. В связи с этим начало открытия впускного клапана (точка r') устанавливается за 18º до прихода поршня в в.м.т., а закрытие (точка a") – через 60º после прохода поршнем н.м.т.; начало открытия выпускного клапана (точка b') принимается за 55º до прихода поршня в н.м.т., а закрытие (точка a') через 25º после прохода поршнем в.м.т. Учитывая быстроходность двигателя, угол опережения зажигания q принимается равным 35º, а продолжительность периода задержки воспламенения – Dj₁ = 5º.

В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения зажигания определяют положение точек r', a², a¢, b¢, с¢ и f по формуле для перемещения поршня:

,

где l – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

При построении индикаторной диаграммы предварительно принимается l = 0,285.

Расчеты абсцисс точек r¢, a², a¢, b¢, с¢ и f сведены в табл. 13.2.

Таблица 13.2

Расчетная таблица к скруглению индикаторной диаграммы

Обозначение точек	Положение точек	j		Расстояние от в.м.т. (AX), мм
r¢	18º до в.м.т.		0,0626	4,1
a¢	25º после в.м.т.		0,1191	7,9
a²	60º после н.м.т.		1,6069	106,1
с¢	35º до в.м.т.		0,2277	15,0
f	30º до в.м.т.		0,1696	11,2
b¢	55º до н.м.т.		1,6692	110,2

Положение точки c′′ определяется из выражения

МПа;

мм.

Действительное давление сгорания

МПа;

мм.

Точки r с a′; c′ с f и c′′ и далее с z_д соединяются плавными кривыми; далее точка z_д соединяется кривой расширения с точкой b′, а она – плавной кривой – с точкой b′′, которая соединяется с точками r′ и r линией выпуска. В итоге получается скругленная действительная индикаторная диаграмма ra′ac′fc″z_дb′b″r.

Действительная индикаторная диаграмма приведена на рис. 13.1, б.

Рис. 13.1. Индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя: а – теоретическая; б – действительная; в – процессы газообмена на теоретической диаграмме

Пример теплового расчета дизеля

Исходные данные

Произвести тепловой расчет четырехтактного восьмицилиндрового дизеля для грузового автомобиля с турбонаддувом p_к = 0,17 МПа (центробежный компрессор с охлаждаемым корпусом и лопаточным диффузором и радиальная турбина с постоянным давлением перед турбиной). Дизель с неразделенными камерами сгорания, с объемным смесеобразованием. Эффективная мощность двигателя без наддува N_e = 170 кВт. Ход поршня S = 120 мм, степень сжатия ε = 17. Частота вращения коленчатого вала n_N = 2600 мин^–1.

Тепловой расчет двигателя