2.8 Построение индикаторной диаграммы
Для графического построения рабочего цикла проектируемого двигателя необходимо построить его индикаторную диаграмму в координатах Р-V (давление-объем).
Индикаторную диаграмму строим на миллиметровой бумаге формата А1 (594х841) (см. рис.1). Для этого необходимо определиться с размерами отрезков ОВ - представляемого полный объем цилиндра на оси абсцисс и отрезка OZ - выражающего максимальное давление цикла. Отрезок ОВ представляет полный объем цилиндра и состоит из 2-х частей.
(63)
92мм.
Отрезок АВ принимаем равным ходу поршня, что отражает рабочий объем цилиндра в масштабе 1:1.
Отрезок ОА - представляет объем камеры сгорания, его значение определяем из соотношения:
(64)
10,8 мм;
где - степень сжатия.
Отрезок OZ -- выражающий максимальное давление, определим из соотношения:
(65)
137 мм;
где mр=0,04 - масштаб индикаторной диаграммы по давлению. При этом соотношении OZ/АВ находится в пределах 1,6...1,8 (для наглядности представленной диаграммы).
Таким образом, определяем значения отрезков АВ, ОА, ОВ и OZ по оси абсцисс откладываем отрезки ОА и АВ.
Из точек О, А и В - проводим три вертикальные линии. Вертикальная линия из точки О - представляет собой ось ординаты по давлению, линия из точки А -- выражает объем цилиндра (камеры сгорания) при положении поршня в ВМТ, точка В и вертикальная линия выражает полный объем цилиндра и положение поршня соответствующее НМТ.
Построив основные линии рабочего цикла двигателя, откладываем значения давления в характерных точках ВМТ и НМТ. Для этого необходимо определить их значения в миллиметрах из соотношений:
2,275 мм; (66)
40,88 мм;
137,075 мм;
10,65 мм;
3 мм;
2,63 мм.
По точке атмосферного давления Р0/p проводим горизонтальную линию параллельно оси абсцисс.
Точки “с”, “z” и “r” откладываем на вертикальной линии ВМТ (точка А), точки “а” и “в” откладываем на вертикальной линии НМТ (точка В).
Построение политроп сжатия и расширения выполняем аналитическим методом.
Методика построения индикаторной диаграммы аналитическим путем заключается в следующем. Из уравнений политропы сжатия и политропы расширения вычисляется ряд промежуточных точек текущего давления.
Промежуточные значения давления для политропы сжатия в МПа определим по выражению:
(67)
и в миллиметрах:
(68)
где Pсх - искомое текущее давление в процессе сжатия.
Текущее отношение объемов Va/Vx=OB/OХ принимаем с шагом 10мм (восемь промежуточных точек) в пределах от 1 до - значения степени сжатия.
Аналогично для политропы расширения:
(69)
и (70)
Отношение ОВ/ОХ, изменяется в интервале 1…. Шаг и значения отношений ОВ/ОХ, при текущем значении ОХ, при построении политропы расширения оставляем такими же, что и при построении политропы сжатия.
Для упрощения выполнения расчетных операций и построения, результаты расчетов сводим в таблицу2.
Значения промежуточных точек давления в МПа (Рсх, Рвх,) или в мм выносим на поле индикаторной диаграммы и соединяем плавной кривой а - с и кривой z - о. Принимаем, что процессы впуска и выпуска протекают при постоянном давлении, соответственно Ра и Pr. Линии политропы расширения Z-b, давления выпуска Рr и политропы сжатия соединяем плавными округляющими линиями.
Протекание индикаторной диаграммы реального двигателя будет несколько отличаться от расчетной. С учетом предварительного воспламенения смеси от электрической искры для карбюраторного двигателя (точка С), происходит некоторое более раннее повышение давления, несовпадающее с давлением чистого процесса сжатия. В соответствии с этим давление при положении поршня в ВМТ будет несколько выше (точка С").
Процесс сгорания происходит при изменяющемся объеме и протекает по кривой С” - ZД а не по С - Z.
Положение точек С и С приближенно находятся из равенств, соответственно:
Рс =0,83Рс=1,357 МПа - определяется на линии сжатия;(71)
Pc”=1,18Рс=1,93 МПа - определяется на линии ВМТ. (72)
Действительное давление в конце видимого сгорания карбюраторного двигателя и положение точки Z, определяем из выражения
Pzg=0,85Pz = 5,483МПа(73)
Вместе с тем положение точки Zд смещаем по оси абсцисс от ВМТ на (10...15)о п.к.в., что составляет 1,5-2,0 мм (вправо). Положение точки b определяет угол предварительного открытия выпускного клапана до НМТ. Точку b" откладывают на половине расстояния между точками “а” и “е” на вертикальной линии с точки В.
Закроется выпускной клапан в точке а с некоторым запаздыванием после ВМТ. Впускной клапан отрывается до прихода поршня к ВМТ в точке r, а закрывается после прохода поршнем НМТ, в точке а”.
Моменты открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов подбираются экспериментально, поэтому при расчете индикаторной диаграммы фазы газораспределения необходимо брать по прототипу.
r -- опережение открытия впускного клапана;
а -- запаздывание закрытия впускного клапана;
с -- угол опережения зажигания.
Соединяя плавными кривыми характерные точки r, r, а, а, а", с, с", Zд, b, b", через промежуточные расчетные точки политропы сжатия и политропы расширения получаем округленную индикаторную диаграмму. Рисунок 1.
- Исходные данные к расчету
- 1. Выбор исходных данных к тепловому расчету
- 1.1 Параметры окружающей среды
- 1.3 Подогрев заряда в процессе впуска
- 1.4 Параметры процесса выпуска и остаточных газов
- 15.Показатель политропы сжатия
- 1.6 Показатель политропы сжатия
- 16.Покозатель политропы расширения
- 1.7 Показатель политропы расширения
- 1.8 Коэффициент использования теплоты
- 1.9 Коэффициент степени повышения давления
- 1.10 Коэффициент скругления индикаторной диаграммы
- 1.11 Степень сжатия двигателя
- 2.1 Расчет процесса газообмена
- 2.2 Расчет процесса сжатия
- 2.4 Процесс сгорания
- 2.5 Процесс расширения
- 2.6 Определение показателей рабочего цикла двигателя
- 2.6.1 Определение индикаторных показателей
- 2.6.2 Определение механических потерь при совершении рабочего цикла
- 2.8 Построение индикаторной диаграммы
- 3. Кинематика и динамика КШМ
- 3.3 Расчет динамических сил
- 3.4 Определение суммарного крутящего момента на коленчатом валу
- двигателя
- 3.5 Построение полярной диаграммы нагрузки на шатунную шейку
- 3.6 Построение диаграммы износа шатунной шейки