Построение индикаторной диаграммы двигателя с воспламенением от сжатия

Расчет и построение индикаторной диаграммы производится следующим образом.

1. Принимаются масштабы диаграммы:

– масштаб хода поршня M_S = 1,5 мм в мм;

– масштаб давлений M_p = 0,08 МПа в мм.

2. Длина отрезка AB

мм.

3. Определяется отрезок OA

мм.

Определяется величина отрезка z′z

мм.

4. Из точки O, являющейся началом координат диаграммы, по оси абсцисс откладывается отрезок OA = 5 мм. Далее от точки A по оси абсцисс откладывается отрезок AB = 80 мм. Таким образом, длина отрезка OB составит

OB = OA + AB = 5 + 80 = 85 мм.

5. Определяется максимальная высота диаграммы (ординаты точек z′ и z), а также ординаты характерных точек

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм;

мм.

6. Характерные точки a (85; 1,99); b (85; 6,06); c (5; 94,23); r (5; 2,03); z¢ (5; 141,3) наносятся на диаграмму. Также на диаграмму наносится точка z, абсцисса которой равна

OX_z = OA + z′z = 5 + 2 = 7 мм,

а ордината – = 141,3 мм.

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. 14.1.

Таблица 14.1

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
	5	17,00	47,41	94,35	7,55	–	–	–
	7	12,14	29,98	59,66	4,77	23,65	142,61	11,41
	10	8,50	18,44	36,70	2,94	15,05	90,76	7,26
	15	5,67	10,62	21,13	1,69	9,00	54,30	4,34
	20	4,25	7,18	14,28	1,14	6,25	37,71	3,02
	25	3,40	5,30	10,54	0,84	4,71	28,43	2,27
	35	2,43	3,35	6,66	0,53	3,08	18,56	1,48
	45	1,89	2,38	4,73	0,38	2,24	13,50	1,08
	55	1,55	1,81	3,60	0,29	1,74	10,47	0,84
	70	1,21	1,30	2,59	0,21	1,28	7,71	0,62
	85	1,00	1,00	1,99	0,16	1,00	6,03	0,48

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 точки c и z′; z′ 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, если p_a < p_r или вверх, если p_a > p_r), затем – при постоянном давлении p_a от в.м.т. до н.м.т. (горизонтально до точки a). Теоретическая индикаторная диаграмма приведена на рис. 14.1, а.

9. Скругление индикаторной диаграммы осуществляется на основании следующих соображений и расчетов. Учитывая достаточную быстроходность двигателя и величину наддува, ориентировочно устанавливаются следующие фазы газораспределения: впуск – начало (точка r′) за 25º до прихода поршня в в.м.т., а окончание (точка a²) – через 60º после прохода поршнем н.м.т.; выпуск – начало (точка b¢) принимается за 60º до прихода поршня в н.м.т., а окончание (точка a¢) через 25º после прохода поршнем в.м.т. Учитывая быстроходность дизеля, угол опережения впрыска q принимается равным 20º, а продолжительность периода задержки воспламенения – Dj₁ = 8º.

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 = 0,270.

Расчеты абсцисс точек r¢, a², a¢, b¢, с¢ и f сведены в табл. 14.2.

Таблица 14.2

Расчетная таблица к скруглению индикаторной диаграммы

Обозначение точек	Положение точек	j		Расстояние от в.м.т. (AX), мм
r¢	25º до в.м.т.		0,1178	4,7
a¢	25º после в.м.т.		0,1178	4,7
a²	60º после н.м.т.		1,6013	64,1
с¢	20º до в.м.т.		0,0761	3,0
f	12º до в.м.т.		0,0277	1,1
b¢	60º до н.м.т.		1,6013	64,1

Положение точки c² определяется из выражения

МПа;

мм.

Точка z_д лежит на линии z′z ориентировочно вблизи точки z.

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 (в уменьшенном масштабе) приведена на рис. 14.1, б.

Рис. 14.1. Индикаторная диаграмма дизеля: а – теоретическая; б – действительная

Заключение

В данные методические указания входят методика теплового поверочного расчета двигателя внутреннего сгорания, примеры тепловых расчетов карбюраторного двигателя на режиме номинальной мощности и дизеля с наддувом. Приведены рекомендации по выбору справочных данных или эмпирических зависимостей, необходимых при осуществлении теплового расчета двигателя.

Знания, умения и навыки, полученные студентами в ходе выполнения курсовой и расчетно-графической работы, необходимы будущим инженерам для проведения теплового расчета силового оборудования транспортных средств, являющегося основой для последующих расчетов указанного оборудования, а, кроме того, для поиска оптимальных режимов работы силовых агрегатов и путей совершенствования конструкций двигателей.

Библиографический список

1. Автомобильные двигатели: учебник для студ. высш. учеб. заведений / М.Г. Шатров, К.А. Морозов, И.В. Алексеев и др.; под ред. М.Г. Шатрова. – М.: Издательский центр “Академия”, 2010. – 464 с.

2. Автомобильные двигатели: Курсовое проектирование: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / М.Г. Шатров, И.В. Алексеев, С.Н. Богданов и др.; под ред. М.Г. Шатрова. – М.: Издательский центр “Академия”, 2011. – 256 с.

3. Буров, А.Л. Тепловые двигатели: Учеб. пособие / А.Л. Буров. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: МГИУ, 2008. – 224 с.

4. Двигатели внутреннего сгорания: учебник для вузов / А.С. Хачиян, К.А. Морозов, В.Н. Луканин и др.; под ред. В.Н. Луканина. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1985. – 311 с.

5. Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн. 1. Теория рабочих процессов: учебник для вузов / В.Н. Луканин, К.А. Морозов, А.С. Хачиян и др.; под ред. В.Н. Луканина. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 2005. – 479 с.

6. Колчин, А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: учеб. пособие для вузов / А.И. Колчин, В.П. Демидов. – 4-е изд., стер. – М.: Высшая школа, 2008. – 496 с.

7. Сборникзадач по технической термодинамике: Учеб. пособие для студентов вузов / Т.Н. Андрианова, Б.В. Дзампов, В.Н. Зубарев и др. – 5-е изд., стер. – М.: Издательский дом МЭИ, 2006. – 356 с.

Содержание

Введение………………………………………….……………………........
1. Исходные данные для проведения поверочного теплового расчета.…………………………………..……………………………….
2. Расчет параметров рабочего тела………………………….……………
3. Расчет параметров окружающей среды и остаточных газов………….
4. Расчет процесса впуска.…………………………………………………
5. Расчет процесса сжатия………………………………………………….
6. Расчет процесса сгорания.………………………………………………
7. Расчет процесса расширения……………………………………………
8. Расчет процесса выпуска………………………………………………..
9. Расчет индикаторных параметров рабочего цикла……………………
10. Расчет эффективных показателей двигателя…………………………
11. Расчет основных параметров цилиндра и двигателя…………………
12. Построение индикаторной диаграммы двигателя внутреннего сгорания………………………………………...............
13. Пример теплового расчета карбюраторного двигателя……..............
14. Пример теплового расчета дизеля……................................................
Заключение…………………………………………………………………
Библиографический список……………………………………………….

Учебное издание