Построение индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма строится для номинального режима работы двигателя.

1) Построение координатных осей.

По оси OX откладываются:

AB – ход поршня S в масштабе 1:1 равен 86 мм.

= 9,1 мм

Масштаб давлений: 0,05 МПа/мм

2) Нанесение характерных точек цикла.

По данным теплового расчета на диаграмме откладываются в выбранном масштабе характерные точки a, c, z, b, r.

p_a=0,0916 МПа a=1,832 мм

p_c=2,175 Мпа c=43,5 мм

p_z=10,084 Мпа z=201,68 мм

p_b=0,537 Мпа b=10,74 мм

p_r=0,1098 Мпа r=2,196 мм

3) Построение политроп сжатия и расширения расчетным методом. Вычисляются промежуточные точек для кривых acи zbпо уравнению политропы .

a) политропа сжатия

где

б) политропа расширения

где

Таблица 2.1 – Результаты расчета точек политроп сжатия и расширения

точек	ох,	мм	Политропа сжатия	Политропа расширения
	,	,		,	,
	9,1	10,45	23,591	43,219	2,161	18,692	200,75	10,038
	18,61	5,11		16,488	0,824	7,655	82,215	4,11
	27,71	3,432	5,265	9,645	0,482	4,659	50,038	2,502
	36,8	2,584	3,592	6,581	0,329	3,269	35,109	1,755
	45,9	2,072	2,668	4,888	0,244	2,482	26,657	1,333
		1,729	2,091	3,831	0,192	1,98	21,265	1,063
	64,1	1,484	1,702	3,118	0,156	1,636	17,751	0,879
	73,1	1,299	1,422	2,605	0,13	1,386	14,886	0,744
	82,1	1,158	1,218	2,23	0,112	1,2	12,897	0,645
	95,1	1,000	1,000	1,832	0,0916	1,000	10,74	0,537

Скругление индикаторной диаграммы осуществляется на основании сле­дующих соображений и расчетов. Т.к. рассчитываемый двигатель достаточно быстроходный (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 опережение открытия впускного клапана (точка ) устанавливается за до прихода поршня в в. м. т., а запаздывание закрытия впускного клапана (точка ) — через после прохода поршнем н. м. т.; опережение открытия выпускного клапана (точка ) принимается за до прихода поршня в н. м. т., а запаздывание закрытия выпускного клапана (точка ) — через после прохода поршнем в. м. т. учитывая быстроходность двигателя, угол опережения зажигания принимаем равным , а продолжительность периода задержки воспламенения .

В соответствии с принятыми фазами газораспределения и УОЗ (УОВ) определяются положение точек r’, a’, a’’, c’, f, b’ по формуле для перемещения поршня

,

где λ – отношение радиуса кривошипа к длине шатуна,

Выбор величины производится при проведении динамического расчета, а при построении индикаторной диаграммы предварительно принимается .

Таблица 2.2 – Расчеты ординат характерных точек

Обозначение точек	Положение точек			Расстояние точек от в.м.т. (AX),
	до в.м.т.		0,0655	2,8165
	после в.м.т.		0,1223	5,2589
	после в.м.т.		1,6069	69,0967
	до в.м.т.		0,2313	9,9459
	до в.м.т.		0,1695	7,2885
	до в.м.т.		1,6667	77,6681

Положение точки определяется из выражения (давление в конце сжатия)

МПа

мм

Положение точки z_д

МПа

мм

Скорость нарастания давления: , МПа/град.

Соединяя плавными кривыми точки с , с и далее с и кривой расширения, с (точка располагается обычно между точками и ) и линией выпуска , получим скругленную действительную индикаторную диаграмму (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 - Индикаторная диаграмма двигателя

Расчет теплового баланса

Общее количество теплоты, введенное в двигатель с топливом (здесь и далее Дж/c)

Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 с.

Теплота, передаваемая охлаждающей среде

где с – коэффициент пропорциональности с=0,5;

I – число цилиндров;

D – диаметр цилиндра, см;

n – частота оборотов коленчатого вала, мин^-1;

m – показатель степени;

Теплота, унесенная с отработавшими газами.

где - теплоёмкость остаточных газов, - теплоёмкость свежей смеси (воздуха)

Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива

Неучтённые потери теплоты

Результаты расчета теплового баланса двигателя на всех режимах работы сведены в таблицу

Таблица 2.3 – Данные теплового баланса

Составляющие теплового баланса
,	,%	,	,%	,	,%	,	,%
		34,5		41,7		38,4		34,3
		18,7		25,1		28,3		22,4
		25,9		30,1		31,2		31,5
		5,6						2,8
		15,2		3,1		2,2		8,9

На основании полученных данных можно построить зависимость составляющих теплового баланса от частоты вращения коленчатого вала (рисунок 2.2).

Из графика видно, что основная часть теплоты топлива расходуется на эффективную работу, нагрев охлаждающей среды и потери с отработавшими газами.

Рисунок 2.2 - Зависимость составляющих теплового баланса от частоты вращения коленчатого вала