Построение производится по данным теплового расчета в координатах: давление р, ход поршня Б.
Выбор масштабов
/,45"
Масштабы давления тр, МПа/мм, и хода поршня т5, мм/мм, выбираются так, чтобы высота диаграммы была в 1,2… 1,7 раза больше ее основания. Рекомендуемые масштабы приведены в табл. 11.1.
Таблица 11.1
| Параметры | ||||
| Масштаб | Рг. МПа | тр, МПа/мм | Э, мм | т5, мм хода/ мм диаграммы |
| По оси ординат | Рг ^ 5,0 | 0,025 | ||
| (масштаб дав | 5,0< Рг < 8,0 | 0,040 | ||
| ления) | Рг > 8,0 | 0,050 | ||
| По оси абцисс (масштаб хода поршня) | Б> 80 | 1,00 | ||
| Б <80 | 0,50 |
После нанесения координатных осей проводится линия абсолютного давления окружающей среды на расстоянии OK от оси абцисс (рис.11.1 и 11.2): ОК=рк/тр мм, где рк=0,10 МПа.
Параллельно оси давления на расстоянии ОА от начала координат проводится линия, определяющая положение поршня в ВМТ
Отрезок Sc, выраженный в мм хода поршня., косвенно характеризует объем камеры сгорания (КС):
Sc = Vc /Fn, (11.1)
где Fn площадь поршня. Учитывая, что
Vc = Vh /<е-1),
где Vh рабочий объем одного цилиндра, получаем
S0 = S/(e-1), (11.2)
где Sc, S измеряется в мм хода поршня.
С учетом масштаба OA = Sc=Sc/ms. (11.3)
От точки А откладывается отрезок AB, эквивалентный ходу поршня S:
ÖÄ = S / ms. (11.4)
Через точку В, определяющую положение поршня в ИМТ, проводится параллельно оси давления линия
Для дизеля от точки О откладывается отрезок ОА’, эквивалентный объему цилиндра V2 после предварительного расширения Учитывая, что Vz = р /с, получаем
ОА р-ОА. (11.5)
Через точку А’ проводится линия, параллельная оси ординат.
Характерные точки индикаторной диаграммы
В ВМТ наносим точки “z” (или “z1 11 для дизеля), “с”, “г”, соответствующие давлениям pz, Pc, pr: Az = рг/тр мм, Ас = рс/тр мм, Аг = рг/тр, мм (рис. 11.1 и 11.2).
При этом в качестве рг и рс, следует использовать их расчетные значения.
В НМТ наносим точки "а” и "в ", соответствующие давлениям Ра и рв: ва = ра /гпр, мм, Ва = рв /гпр, мм.
При наличии дозарядки в НМТ откладывается точка соответствующая давлению ра1 = ф! ра , от которой начинается построение политропы сжатия.
Для дизеля давление рг также откладывается от точки г, соответствующей окончанию процесса предварительного расширения.
Построение политроп сжатия и расширения. Построение индикаторной диаграммы теоретического цикла
Ординаты промежуточных точек процессов сжатия и расширения в двигателях с искровым зажиганием определяются по следующим формулам.
Для процесса сжатия
Рх,с = Ф1 • Ра • [Ба /(Эх + Бс )]п’, МПа (11.6)
Наличие дозарядки учитывается введением в формулу (116) коэффициента дозарядки фт.
Для процесса расширения
Рх,р = Рв ‘ [За /($х +2С)Г2 > МПа, (11.7)
где Баход поршня, эквивалентный полному объему цилиндра. Э+Бс; Бх-ход поршня, эквивалентный текущему значению объема надпоршневого пространства/отсчитываемый от ВМТ.
С учетом масштабов формулы (11.6) и (11.7) примут вид
ОУс =фГВа (ОВ/ОХ)П1, мм, ОУр = Вв (ОВ/ОХ)П2 , мм.
Расчет проводится по 9 точкам для каждого процесса При этом отрезок АВ для двигателей с искровым зажиганием разбивается на 10 примерно равных частей.
Для дизелей при расчете процесса расширения такому разбиению подвергают отрезок АВ=[5—(р—1 >• Зс]/гт%, соответствующий последующему расширению. Для дизеля в состав расчетных точек необходимо включить точку, соответствующую концу предварительного расширения, т е. Эр = Э—(р—1)-8е. Расчетная формула для процесса расширения действительна только при Б* > Б-(р — 1) 5С.
Результаты расчета целесообразно представить в виде таблиц 11.1 или 11.2.
Полученные расчетные точки политроп сжатая и расширения последовательно соединяются между собой. Точки “а” и “в!’( а также ‘Ч’ и “с” ("г"’ и "с” для дизелей) соединяют прямыми линиями. Для дизелей прямой линией соединяют также точки "г" и “£ ",
Процессы газообмена условно считаются изобарными. Поэтому через точки “а” и “г” проводятся прямые, параллельные оси абцисс.
Таблица 11.1
Результаты расчета политропы сжатия и расширения для двигателей с искровым зажиганием
| Сжатие | Расширение | ||||||||
| № | Эх | ( Ч ‘>|л’ | ( За Г2 | ||||||
| п/п | (вх^с) | Р* | Рх | Ирх + Б*) | Рх | Рх | |||
| мм хода | мм диагр. | — | — | МПа | мм | — | МПа | мм | |
| 1 | 0 | 0 | е | ЕМ | Рс | Рс | е"2 | Рг | Рг |
| 10 | Э | I | 1 | 1 | Ра | Ра | 1 | Ре | Рг |
Таблица 11.2
Результаты расчета политропы сжатия и расширения для дизелей
| Сжатие | Расши | эение | |||||||
| № | Зк | 5а | Г с Ч"1 | Г за V* | |||||
| п/п | 5>х + 8С | [Эх + Э,] | Рх | Рх | 1+ Эц / | Рх | Рх | ||
| мм хода | мм диагр. | — | — | МПа | мм | — | МПа | мм | |
| 1 | 0 | 0 | е | ЕП1 | Рс | Рс | 8П2 | Рг | Рг |
| 2 | Эр | 5 | 8"’ | б"2 | Рг | Рг | |||
| 10 | Б | I | 1 | 1 | Ра | Ра | 1 | Ре | Рг |
Построение индикаторной диаграммы, соответствующей действительному циклу
Отличия действительной индикаторной диаграммы, соответствующей реальному циклу, от теоретической диаграммы вызываются следующими причинами.
Повышение давления в конце сжатия (точка “с’“) по сравнению с давлением при сжатии без воспламенения (точка “с"), являющееся следствием начала развития процесса сгорания до ВМТ (рис, 11.1 и рис.11.2).
Отклонение процесса резкого нарастания давления от процесса при /=сопзї вследствие конечной скорости выделения теплоты и вызванного движением поршня изменения объема надпоршневого пространства. При этом момент достижения максимального давления смещается относительно ВМТ (см. положение точки “г" на рис. 11.1). По этим же причинам предварительное расширение в дизелях не является строго изобарным процессом и начало последующего расширения не совпадает с точкой “г" (рис, 11.2).
Сглаживание индикаторной диаграммы вблизи ВМТ в конце процесса сжатия и в начале процесса расширения
Задача заключается в определении ординаты точки с’, соответствующей действительному значению давления в цилиндре в момент достижения ВМТ, а также положения точек “е” и ’7Д “ относительно ВМТ (рис.11.1, 11.2). Первая из них соответствует началу фазы видимого сгорания, что выражается в превышении давления над давлением при сжатии без воспламенения (зажигания).
Вторая точка определяет момент достижения действительного максимального давления рад после прохождения поршнем ВМТ.
Р, МПа
В Э.мм
Рис. 11.1. Индикаторная диаграмма бензинового двигателя
Практика доводки современных быстроходных автомобильных двигателей с искровым зажиганием со степенями сжатия е = 8 .10 показала, что максимальная работа цикла, а следовательно, и максимальная мощность двигателя имеют место в случае, если начало второй фазы горения (точка отрыва линии давления при сгорании от такой же линии, но без зажигания) составляет около 15 град. ПКВ до ВМТ. Максимум давления при этом достигается при угле примерно 30 град. ПКВ после ВМТ.
При этом, как было показано в тепловом расчете, рад = 0,85-рг. Для дизелей положений точки “е" соответствует углам ПКВ в пределах 15°…30° до ВМТ, а положение точки углам 10°… 15° ПКВ после ВМТ. Меньшие величины углов соответствуют дизелям с неразделенными КС и объемным смесеобразованием. Большие значения — дизелям с разделенными КС.
Точка “1" на рис. 11.1 и 11.2 определяет соответственно момент искрового разряда в двигателях с искровым зажиганием и момент начала впрыскивания в дизелях. Ее положение определяется соответственно углом опережения зажигания (УОЗ) и углом опережения впрыскивания (УОВ).
Величина УОЗ в двигателях с искровым зажиганием на номинальном режиме лежит в пределах ф03 = 20. .40°. Меньшие значения <роэ соответствуют тихоходным двигателям, работающим на более богатых смесях.
Величина УОВ в дизелях лежит в пределах фО0П, = 25…40°. Большие его значения характерны для быстроходных дизелей. С учетом повышения давления вследствие начавшегося до ВМТ процесса сгорания давление конца сжатия рс (точка “с1 “) составляет: в двигателях с искровым зажиганием рС’ = (1,15… 1,25)-рс, в дизелях рс= (1,10… 1,15) рс.
Положение точек Т, “е”, %” на индикаторной диаграмме определяется графически по методу проф. Ф.А. Брикса. Для этого из центра О! , лежащего на середине отрезка АВ, проводится полуокружность радиусом г=3/(2 гп5). Затем от точка О, в сторону НМТ откладывается отрезок Д=г-^/(2 п) (так называемая поправка Брикса), где к
отношение радиуса кривошипа к длине шатуна. Величина X выбирается ло прототипу и составляет:
для двигателей с искровым зажиганием X = 0,24…0,28 , для дизелей X = 0,26 …0,31.
С учетом масштаба ms д = 0102 = (АВ)’Х/4. (11.8)
Из нового центра Ог проводим лучи под углами cpf и фе (сре = фгд) до их пересечения с полуокружностью. Из точек пересечения проводятся прямые, параллельные оси ординат, до пересечения с соответствующими линиями теоретической индикаторной диаграммы или с горизонталью рг = рад (для точек “za"). После чего точки "е”, “с“, и “zfl” соединяются плавными линиями.
Сглаживание индикаторной диаграммы вблизи НМТ в
конце процесса расширения и в начале процесса сжатия. Выбор фаз газораспределения
Характер действительной индикаторной диаграммы на указанных участках зависит от фаз газораспределения, которые изображаются в виде круговых диаграмм (рис. 11.1, 11.2).
Здесь
фа угол начала открытия впускного клапана до ВМТ, фа угол запаздывания закрытия впускного клапана после НМТ, фе угол опережения открытия выпускного клапана до НМТ, фаугол запаздывания закрытия выпускного клапана после ВМТ. Сумма углов (фа’ + фв-) называется перекрытием клапанов.
Для современных двигателей без наддува Фа = 10 … 30 град. ПКВ (10…30°),
Фа» =45 … 80 град. ПКВ (45…80°), фВ’ = 45 … 75 град. ПКВ (45…75°), фв> = 10…25 град. ПКВ (10,..25°) (редко до 45°).
Выбор фаз газораспределения осуществляется по данным двигателей-прототипов, имеющих такое же число и расположение цилиндров и примерно такую же среднюю скорость поршня, что и проектируемый две.
Положение точек “а’ ”, “а” ”, "в’ ” и “в" ”, определяющих моменты открывания и закрытия соответственно впускных и выпускных клапанов. также определяется по методу Ф.А. Брикса. Из центра 02 под углами фа’ и фвотносительно горизонтали проводятся лучи в полуплоскости, обращенной к ВМТ, а под углами оа и ф0 проводятся лучи в полуплоскости, обращенной к НМТ (рис. 11.1 и 11.2).
Из точек пересечения лучей с полуокружностью проводятся вертикали до пересечения с соответствующими линиями на индикаторной диаграмме. Точка “а’" лежит на линии выпуска, точка “а” ” — на линии сжатия. Точка “в’ ” на линии расширения, а точка “в” ” на линии впуска. В точке “а’я (начало открытия выпускного клапана) начинается отрыв линии реального процесса расширения от политропы %".
Положение точки, соответствующей давлению отработавших газов в НМТ, определяется делением отрезка "ав" пополам. От этой точки проводится плавная вогнутая кривая, переходящая в горизонталь рг. Из точки “г" в ВМТ также проводится плавная вогнутая кривая, переходящая в горизонталь ра.
Для двигателей с дозарядкой в процессе впуска следует нанести в НМТ точку “аГ, определяющую величину давления ра1 = фГра, где ф1
коэффициент дозарядки. Именно из этой точки следует строить теоретическую политропу сжатия.
Материал взят из книги Методика выполнения теплового расчета (И.В. Алексеев)
studik.net
Расчетная индикаторная диаграмма рабочего цикла строится в координатах p–V на миллиметровой бумаге формата А1.
На оси абсцисс (рисунок 1) откладываем произвольный отрезок ОА длиной lОА =10-12мм, изображающий в масштабе mv объем камеры сгорания Vc. Далее, на оси абсцисс от точки «О» откладываем объемы Vz (для дизелей) и Va определяемые по формулам:
, (37)
(38)
В результате отмеченных построений получается точка «В».
На оси ординат откладываем произвольный отрезок ОД, длиной не менее lод=250 мм, соответствующий отрезку в масштабе mр максимальному давлению сгорания … рz. Масштаб mр высчитываем по формуле
(39)
На оси ординат откладываются в масштабе mр давления pa, pc, pв, рr и на вертикалях, проведенных через точки «А» и «В», получаются точки а, с, в, r, z/. Точка z для дизелей получается при пересечении изобары, проведенной через точку Д, с вертикалью, соответствующей Vz.
После проведения указанных построений проводится линия атмосферного давления (или давления в нагнетателе при газотурбонаддуве), отстоящая от оси абсцисс на расстояние p0/mp (или при газотурбонаддуве pk/mp). Затем проводятся горизонтали через точки а и r.
Точки а и с соединяются политропой сжатия, а точки z и b по политропе расширения. Промежуточные точки политроп определяются из условия, что каждому произвольному значению объема цилиндра Vx на оси абсцисс соответствуют значения давлений:
— для политропы сжатия
(40)
— для политропы расширения
(41)
где рх – значение давления в цилиндре в промежуточных точках политропы, МПа;
Vx – значение объема цилиндра в промежуточных точках политропы, м3.
Расчеты необходимо вести не менее чем для 8 промежуточных точек. Результаты расчетов сводим в таблицу 2.
Таблица 2 – Значение промежуточных точек политроп
| № точки | Vx=ОХ, мм | Политропа сжатия, | Расширение, px, мм | ||
| px, МПа | px / mр, МПа/мм | px, МПа | px /mр, МПа /мм | ||
Рисунок 1 – Индикаторная диаграмма четырехтактного дизеля
При построении диаграммы для карбюраторного двигателя на оси ординат откладывается в масштабе давление 0,85pz и через полученную точку проводится горизонталь до пересечения с политропой расширения. В результате получается условная точка Z, которая прямой соединяется с точкой с.
Для учета фаз газораспределения и опережения впрыска (зажигания) производится скругление индикаторной диаграммы у точек с, z/, z, r и b (для дизеля) и у точек с, r, b (для карбюраторного двигателя) так, чтобы площадь скругления диаграммы составляла 94…95% от расчетной.
По построенной скруглённой индикаторной диаграмме определяется среднее индикаторное давление (pi, МПа):
, (42)
где А – площадь скругленной заштрихованной части диаграммы, мм2;
lAB— длина диаграммы по оси абсцисс, мм;
mp — масштаб давления.
Для проверки полученного значения pi находим теоретическое среднее индикаторное давление цикла (piт, МПа) по зависимостям:
— для карбюраторных двигателей
, (43)
— для дизельных двигателей
(44)
Среднее индикаторное давление цикла с учетом фаз газораспределения (piрасч, МПа):
(45)
где φ – коэффициент, учитывающий фазы газораспределения.
Коэффициент φ принимается:
— для карбюраторных двигателей φ = 0,94-0,97;
— для дизельных двигателей φ=0,92-0,94.
Точность построения индикаторной диаграммы оценивается погрешностью – К, определяемой по формуле:
(46)
При расчетах погрешность не должна превышать 3-4%.
refac.ru
Для проверки правильности соотношений между основными параметрами цикла и получения наглядного представления о изменении состояния газа в разные моменты, по данным расчета, строят теоретическую индикаторную диаграмму в координатах р—V (рис. 205).
Так как объемы цилиндра неизвестны, принимают Va = Vc + Vs = Aмм и, откладывая значение А по оси V, проводят линию н. м. т. Из отношения ? = Va / Vc находят Vс = Va / ? и в масштабе чертежа Vc = A / ? откладывают значение Vc по оси абсцисс. Проводят линию в. м. т. Затем выбирают масштаб ординат. Для нормальных соотношений длины и высоты диаграммы отношение Vs / pz (в масштабе) должно быть в пределах 1,3—1,6. После этого проводят в выбранном масштабе линию атмосферного давления р0.
Характерные точки цикла лежат на линиях в. м. т. (точки cz' и r) и н. м. т. (точки а н е). Их положение на этих линиях определяют по известным значениям давлений рa, рс, pz'=pz, ре и рr. Координаты точки z находят, зная величину рz и Vz = ?Vc . В масштабе оси абсцисс откладывают Vz = ? A / ? . Соединив точки cz', z прямыми cz' и z'z, получают графическое изображение участка сгорания топлива cz'z. От точки r вправо до пересечения с линией н. м. т. и от точки а влево до пересечения с линией в. м. т. проводят прямые, параллельные оси V, и получают изображение процессов наполнения и выпуска.
Исходным выражением для построения процесса сжатия ас служит уравнение политропы сжатия pVn1=pcVcn1, где р н/м2 и V м3 — текущие значения давления газа и объема цилиндра. Из приведенного выше выражения политропы получаем исходную формулу
Задаваясь рядом значений текущего объема цилиндра V от Vс до Vа, получают величины давлений газа р, отложив которые в масштабе оси ординат для соответствующих объемов V находят точки политропы ас. Соединив эти точки плавной кривой, получают графическое изображение процесса сжатия ас.
Аналогично строят и кривую расширения zе, исходя из уравнения политропы расширения
На рис. 205, б показано построение политропы zе графическим методом. Отложив координаты точек z и е, проводят полуокружности с диаметрами оz' и ое'. Точки z и е проектируют на полуокружности. Из точек пересечения k и т радиусами оk и от проводят kk' и тт', а через точки k и т'— горизонталь и вертикаль до их пересечения в точке l, которая и будет промежуточной точкой политропы. Затем находят другие точки и, соединив их плавной кривой, получают политропу zе. Аналогично строят политропу ас.
Индикаторная диаграмма для двухтактного двигателя (рис. 206) строится так же, как и для четырехтактного, но точка а, характеризующая начало сжатия, будет соответствовать моменту закрытия впускных или выпускных окон (смотря какие закрываются позже). При построении диаграммы двухтактного дизеля Vа= Vс+ Vs’ =Aмм по оси V откладывают значение Aмм и проводят линию начала открытия окон, на которой лежат точки а и е, характеризующие начало сжатия и конец расширения. Так же как и для четырехтактного дизеля Vа = A / ?, причем под ? здесь понимают действительную степень сжатия — отношение объема цилиндра Vа в момент закрытия окон к объему камеры сжатия Vс. Участок сгорания сz'z политропы ас и zе строят так, как изложено выше.
Чтобы получить линии процесса выпуска — продувки еd и аа', надо определить объем Vп, занятый окнами.
Отношение ?s = Vп / Vs , где Vs — объем, описываемый поршнем при движении от в. м. т. и н. м. т., т. е. полный ход поршня. Полезный ход поршня, на протяжении которого происходит процесс расширения, равен
Приравняв правые части двух последних равенств, получают
Величину Vп откладывают по оси V и тем определяют положение точки а'. Участок еа'а вычерчивается приближенно, от руки.
vdvizhke.ru
Индикаторная диаграмма строится в координатах р - v и изображается на миллиметровой бумаге формата А4. На рис.1 изображена индикаторная диаграмма бензинового двигателя, на рис.2 –дизеля.
При построении диаграммы ее масштабы рекомендуется выбирать с таким расчетом, чтобы получить высоту равной 1,5…1,7 ее основания. Исходя из опыта построения и обработки диаграмм, можно рекомендовать следующую методику. В начале построения на оси абсцисс откладывают отрезок АБ, соответствующий рабочему объему Vh,, а по величине равный ходу поршня в масштабе Мs, который в зависимости от величины хода поршня может быть принят 1:1; 1,5:1; 2:1. Тогда отрезок ОА, соответствующий объему камеры сгорания Vс будет равен:
ОА =AБ/ ( - 1). (36)
При построении диаграммы рекомендуются выбирать следующие масштабы давлений: Мр=(0,05…0,025) МПа /мм. С учетом масштабов наносят точки: r, a, c, z, 
, b. Точка 
определяется из соотношения: 
.
Для построения политроп сжатия и расширения необходимо рабочий объем Vh (отрезок АБ) разделить на 6…8 интервалов (ближе к ВМТ интервалы необходимо уменьшить, см. рис.1) и определить соответствующие величины давлений рх, заменив отношение объемов отношением отрезков в мм по уравнениям:
для процесса сжатия - 
, (37)
для процесса расширения - 
. (38)
Для дизелей отношение 
изменяется в пределах 1… .
, (39)
где Мр - масштаб давлений (МПа/ мм),Fd-площадь диаграммы в
.
Д
опустимое отклонение среднего индикаторного давления, определенное планиметрированием, не должно отличаться от расчетного более чем на 0,025МПа.
Рис.1. Индикаторная диаграмма расчетного цикла бензинового двигателя
Рис.2. Индикаторная диаграмма расчетного цикла дизеля
Эксплуатационные характеристики – это графические зависимости основных показателей двигателя (Ре,Те,ВТ,bе) от эксплуатационных факторов (частоты вращения коленчатого вала n, нагрузки: ре,Те,Ре). Наибольшее применение получили следующие эксплуатационные характеристики: скоростная (внешняя и частичные), регуляторная, нагрузочная.
Внешняя скоростная характеристика строится для двигателей, используемых в качестве энергетической установки автотранспортных средств.
Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя представлена на рис.3, а дизеля на рис.4. В основу определения энергетических и экономических показателей двигателя положены следующие эмпирические зависимости, предложенные С.Г. Лейдерманом:
. (40)
. (41)
Численные значения коэффициентов в уравнениях (40) и (41) приведены в табл. 6
Таблица 6
studfiles.net
Индикаторная диаграмма строится в координатах р - v (на рис.1 изображена индикаторная диаграмма бензинового двигателя, на рис.2 –дизеля).
При построении диаграммы ее масштабы рекомендуется выбирать с таким расчетом, чтобы получить высоту равной 1,5…1,7 ее основания. Исходя из опыта построения и обработки диаграмм, можно рекомендовать следующую методику. В начале построения на оси абсцисс откладывают отрезок АБ, соответствующий рабочему объему Vh,, а по величине равный ходу поршня в масштабе Мs, который в зависимости от величины хода поршня может быть принят 1:1; 1,5:1; 2:1. Тогда отрезок ОА, соответствующий объему камеры сгорания Vс будет равен:
ОА =AБ / ( - 1). (36)
При построении диаграммы рекомендуются выбирать следующие масштабы давлений: Мр=(0,05…0,025) МПа /мм. С учетом масштабов наносят точки: r, a, c, z, 
, b. Точка 
определяется из соотношения: 
.
Для построения политроп сжатия и расширения необходимо рабочий объем Vh (отрезок АБ) разделить на 6…8 интервалов (ближе к ВМТ интервалы необходимо уменьшить, см. рис.1) и определить соответствующие величины давлений рх, заменив отношение объемов отношением отрезков в мм по уравнениям:
для процесса сжатия - 
, (37)
для процесса расширения - 
. (38)
Для дизелей отношение 
изменяется в пределах 1… .
где Мр - масштаб давлений (МПа/ мм),Fd-площадь диаграммы в
.
Д
опустимое отклонение среднего индикаторного давления, определенное планиметрированием, не должно отличаться от расчетного более чем на 0,025МПа.
Рис.1. Индикаторная диаграмма расчетного цикла бензинового двигателя
Рис.2. Индикаторная диаграмма расчетного цикла дизеля
Эксплуатационные характеристики – это графические зависимости основных показателей двигателя (Ре,Те,ВТ,bе) от эксплуатационных факторов (частоты вращения коленчатого вала n, нагрузки: ре,Те,Ре). Наибольшее применение получили следующие эксплуатационные характеристики: скоростная (внешняя и частичные), регуляторная, нагрузочная.
Внешняя скоростная характеристика строится для двигателей, используемых в качестве энергетической установки автотранспортных средств. Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя представлена на рис.3, а дизеля на рис.4. В основу определения энергетических и экономических показателей двигателя положены следующие эмпирические зависимости 
:
. (40)
. (41)
Численные значения коэффициентов в уравнениях (40) и (41) приведены в табл. 6
Таблица 6
studfiles.net
Индикаторную диаграмму строят для номинального режима работы двигателя в координатных осях: ось абсцисс – надпоршневой объем «V», ось ординат – термодинамическое давление «р» (МПа). В качестве шкалы значений откладываемой величины следует использовать координатные оси. Масштаб рекомендуется выбирать с таким расчетом, чтобы получить высоту диаграммы равной 1,2 – 1,7 ее основания. Координатные оси как шкалы значений объема и давления должны быть разделены на графические интервалы координатной сеткой или делительными штрихами. Началом отсчета обоих шкал является 0. Частоту нанесения интервалов координатной сетки или штрихов выбирают с учетом удобства пользования диаграммой и удобства отсчета физических величин («V» и «р») с интерполяцией.
Масштаб давлений рекомендуется выбирать из следующего ряда
МР = 0,02; 0,025; 0,04; 0,05 МПа в мм.
Масштаб объема следует выбирать с таким расчетом, чтобы получить высоту диаграммы равной 1,2 – 1,7 ее основания.
Рабочий объем цилиндра Vh известен из расчета по формуле (3.66). За единицу измерения объемов удобнее принять см3. Объем камеры сгорания Vc и полный объем цилиндра Va определяются
Vc=Vh/(e – 1) (3.74)
Vа=Vh + Vc (3.75)
Для дизельного двигателя дополнительно находят надпоршневой объем в конце расчетного процесса сгорания Vz, см3
Vz= Vc·ρ (3.76)
В выбранных масштабах на диаграмме откладывают величины давлений в характерных (расчетных) точках цикла.
При объеме Vc (верхняя мертвая точка – ВМТ):давление выпуска рr (точка r), расчетное давление сжатия рс (точка с), расчетное давление конца сгорания рz– для ДсИЗ (точка z), давление сгорания рz′– для дизеля (точка z′ ).
При полном объеме Vа (нижняя мертвая точка – НМТ): давление впуска ра (точка а), расчетное давление в конце расширения рb (точка b).
Для дизеля дополнительно находится точка z (конец сгорания) при объеме Vz и давлении рz= рz′.
Построение политропных процессов сжатия и расширения следует выполнять аналитическим методом.
Для ДсИЗ вычисляются соответствующие давления (сжатия или расширения) 6 – 8 точек для промежуточных объемов, расположенных между Vc=Vz и Vа= Vв.
Расчет выполняется исходя из уравнения политропного процесса р·Vn=const.
Для политропы сжатия промежуточные (текущие) давления определяют
Рх = pa (Vа / Vх) 
, (3.77)
Для политропы расширения давления определяют
Рх = pв (Vв / Vх) 
, (3.78)
где Vx – текущий объем, принимают в пределах от Vх=Vс до Vx=Va. Желательно принимать круглые числа, кратные 10, для более удобного дальнейшего построения диаграммы по расчетным точкам. Вблизи ВМТ точки диаграммы определяют чаще, чтобы выполнить с более высокой точностью последующие динамические построения и расчеты.
Для дизеля расчет давлений в текущих точках политропы сжатия выполняется так же, как и для ДсИЗ по (3.77), принимая текущее давление Vс ≤Vх ≤Vа .
Расчет давлений в текущих точках политропы расширения для дизеля выполняется по формуле (3.78), но текущим объемом задаются в пределах Vz′ ≤Vх ≤Vа.
Расчеты следует выполнять в табличной форме и по физическим значениям давлений и объемов в выбранном масштабе по координатным осям находят соответствующие точки и тонкими линиями проводят кривые политропных процессов.
Следующим шагом приближения от расчетного цикла к действительному циклу двигателя является скругление индикаторной диаграммы.
В действительном цикле процесс сгорания начинается до прихода поршня в ВМТ. Поэтому при объеме Vc действительное давление будет выше расчетного на величину повышения давления от сгорания. Начало такого повышения давления в реальном процессе сжатия определяется началом основной фазы сгорания. За начало основной фазы (точка с¢) можно принять угол в градусах поворота коленчатого вала (°ПКВ): для ДсИЗ – φс¢ =20 – 30 °ПКВ до ВМТ; для дизеля – φс¢ =10 – 15 °ПКВ до ВМТ. Объем в точке с¢ определяется из кинематического выражения для кривошипно-шатунного механизма (КШМ)
Vс¢ = Vc + Vh·[(1 – cosjс¢) + λ·(1 – cos2jс¢)/4]/2 (3.79)
где λ=R/Lш, R – радиус кривошипа, Lш – длина шатуна. В автотракторных ПДВС используются механизмы с λ=0,24 – 0,31. При наличии данных значение λ можно принять по двигателю-прототипу.
Принятое здесь значение λ следует использовать в последующих кинематических и динамических расчетах КШМ двигателя.
К моменту прихода поршня в ВМТ действительное давление примерно на 20% больше расчетного, т.е. рс״≈1,2·рс (точка с״).
На диаграмме точки с¢ и с״ соединяют утолщенной кривой линией.
В процессе сгорания изменяется надпоршневой объем, что не учитывалось в расчетном цикле. В ДсИЗ это приводит к расхождению расчетного рz и действительного рzд давлений примерно на 15% (см. (3.43) – процесс сгорания). Значение рzд откладывают на политропе расширения и полученную точку zд соединяют утолщенной кривой с точкой с״.
В дизеле расчетное давление совпадает с действительным давлением (в пределах точности измерений), т.е. рzд=рz. В этом случае находят среднюю точку изобарного процесса сгорания z¢-z и плавной утолщенной кривой соединяют эту точку с точкой с״ и с политропой расширения.
В действительном цикле происходит открытие выпускного клапана до прихода поршня в НМТ (точка в¢ ), что снижает давление в конце расширения (точка в¢¢). Положение точки в¢¢ находится примерно посредине между точками в (расчетная точка конца расширения) и а (расчетная точка конца впуска).
Положение точки в¢ на политропе расширения определяется по объему
Vв¢= Vc + Vh·[(1 – cosjв¢) + λ·(1 – cos2jв¢)/4]/2 (3.80)
Угол начала открытия выпускного клапана в °ПКВ от ВМТ
jв¢=180-φвып, (3.81)
где φвып – угол открытия выпускного клапана в °ПКВ до НМТ, общепринятый при оценке фаз газораспределения.
Найденные таким образом дополнительные точки действительной (скругленной) индикаторной диаграммы соединяют утолщенными плавными кривыми линиями. Примеры построения индикаторной диаграммы приведены в приложении 2.
Тепловой баланс двигателя
Тепловой баланс двигателя (внешний) представляет распределение тепловой энергии, введенной в ДВС с топливом, за определенный отрезок времени (рассмотрим ниже в кДж за 1 с) и имеет вид
Qо = Qе+Qг+Qохл+Qнс+Qост, (3.82)
где Qо – общая теплоты, введенная в двигатель с топливом, равная в кДж/с
Qо = Нu·Gт/3600, (3.83)
где низшая теплота сгорания топлива Hu подставляется в кДж/кг;
Qе – теплота, превращенная в эффективную работу, равная в кДж/с
Qе=Ne ; (3.84)
Qг – теплота, потерянная с отработавшими газами, равная в кДж/с
, (3.85)
где изобарные мольные теплоемкости определяются по уравнению Майера
, (3.86)
а 
,
где изохорная средняя мольная теплоемкость отработавших газов в интервале температур от 0 до tr °C – 
определяется методом интерполяции по таблицам приложения 3 по заданному a и температуре tr=Tr-273, а изохорная средняя мольная теплоемкость воздуха в интервале температур от 0 до tr °C – 
определяется методом интерполяции по таблицам приложения «В» по температуре t0 = T0–273. При расчете двигателя с наддувом теплоемкость воздуха принимается при температуре после компрессора tк=Tк-273.
Qохл– теплота, потерянная в среду охлаждения ДВС, можно принять по опытным данным в % от Qо – 20 – 35%.
Qнс–теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива, равная в кДж/с
Qнс =ΔHu·Gт/3600 (3.87)
Qост– неучтенные (прочие) потери теплоты, определяемые как разность
Qост = Qо – (Qе + Qг + Qохл+ Qнс). (3.88)
Тепловой баланс в относительных единицах (в процентах)
100%=qе+qг+qохл+qнс+qост, (3.89)
Составляющие теплового баланса в процентном соотношении определяются: qе=100·Qе/Qо; qг=100·Qг/Qо; qохл=100·Qохл/Qо; qнс=100·Qе/Qо; qост= 100·Qост/Qо.
Составляющие теплового баланса рекомендуется свести в таблицу. На этом тепловой расчет заканчивается.
Список литературы
1. Луканин, В.Н. 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.: Высш. шк., 2005. 479 с.: с ил.
2. Луканин, В.Н. Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн. 2. Динамика и конструирование: учебник для вузов / В.Н. Луканин, И.В. Алексеев, М.Г. Шатров и др.; под ред. В.Н. Луканина и М.Г. Шатрова. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 2005. 400 с.
3. Луканин, В.Н. Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн. 3. Компьютерный практикум. Моделирование процессов в ДВС: учебник для вузов / В.Н. Луканин, М.Г. Шатров, Т.Ю. Кричевская и др.; под ред. В.Н. Луканина и М.Г. Шатрова. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 2005. 414 с.
4. Колчин А. И., Демидов В. П. Расчёт автомобильных и тракторных двигателей /Учебное пособие для вузов. 3-е изд., перераб и доп. –М.: Высшая школа, 2003. – 496 с.
5. Автомобильные двигатели / под ред. М.С. Ховаха. М.: Машиностроение, 1977. 592 с.
6. Двигатели внутреннего сгорания / под. ред. В.Н. Луканина. М.: Высш. шк., 1985. 312 с.
Приложение 1
Приведенные примеры расчета процессов сгорания ДсИЗ и дизеля не являются образцами для оформления курсового проекта. В курсовом проекте следует написать расчетную формулу, пояснить составляющие ее члены. В случае выбора отдельных величин по опытным данным, указать их диапазон изменения и принять желаемое значение.
В приведенных примерах это не делается, так как все изложено в методике теплового расчета.
Основная задача примеров: показать, как решается уравнение сгорания, т.к. это решение вызывает более всего вопросов и чаще всего в нем делаются ошибки.
megalektsii.ru
Двигатели автомобильно-транспортных средств
Индикаторная диаграмма строится с целью проверки полученного аналитическим путем значения среднего индикаторного давления и получения наглядного представления протекания рабочего цикла в цилиндре рассчитываемого двигателя...
Динамический расчет двигателя Москвич 412
Условная высота камеры сгорания при положении плоского поршня в ВМТ Поправка Брикса на конечную длину шатуна, мм Значения давления газов на линии расширения теоретической индикаторной диаграммы в диапазоне ц=0…180? ПКВ...
Динамический расчёт кривошипно-шатунного механизма двигателя
На горизонтальной оси откладываем отрезок АВ = 78.7 мм, соответствующий ходу поршня, взятому в натуральную величину. Далее откладываем отрезок ОА, соответствующий объёму камеры сгорания. Величину отрезка ОА определяем из соотношения: (1...
Комплексный расчет двигателя внутреннего сгорания ВАЗ-2110
- кинематический и динамический расчеты двигателя; - расчет и построение теоретической скоростной характеристики двигателя. 1. Расчет необходимой номинальной мощности д.в.с. автомобиля Ширина автомобиля B=1,68 м; Высота автомобиля H=1...
Методика теплового расчета двигателя внутреннего сгорания
Индикаторную диаграмму строят на отдельном стандартном листе, в системе координат в соответствии с расчётными величинами выбирается масштабы по осям давлений и объёмов и наносятся равномерные шкалы...
Расчет мощности трактора
При построении индикаторной диаграммы в Р-V координатах давление откладывается по оси ординат в абсолютных единицах давления (МПа), а объем надпоршневого пространства - по оси абсцисс в относительных единицах (мм) объема VС...
Расчет процессов в двигателе ВАЗ-2103
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)...
Расчет рабочих процессов двигателя
Индикаторная диаграмма строится в координатах давление Р - V ( приложение А). По оси абсцисс откладываются вычисленные ранее объемы Va, Vc, Vz, Vb, соответствующие положению характерных точек индикаторной диаграммы...
Расчет транспортных двигателей
Построение индикаторной диаграммы двигателя внутреннего сгорания производится с использованием данных расчета рабочего процесса. При построении диаграммы ее масштабы рекомендуется выбирать с таким расчетом, чтобы получить высоту, равную 1...
Тепловой и динамический расчет автомобильного двигателя
Построение индикаторной диаграммы ДВС производится в координатах (давление - объем) или (давление - ход поршня) на основании данных расчета рабочего цикла. В начале построения на оси абсцисс откладывается отрезок АВ...
Тепловой и динамический расчет двигателя
Индикаторная диаграмма строится в координатах . Построение индикаторной диаграммы двигателя внутреннего сгорания производится на основании теплового расчета. В начале построения на оси абсцисс откладывают отрезок...
Тепловой и динамический расчет двигателя
Индикаторная диаграмма строится в координатах . Построение индикаторной диаграммы двигателя внутреннего сгорания производится на основании теплового расчета. В начале построения на оси абсцисс откладывают отрезок...
Тепловой и динамический расчет дизельного двигателя ЯМЗ-236
Построение индикаторной диаграммы дизеля. Масштабы диаграммы : масштаб хода поршня -- ms = 0,75мм /мм; масштаб давлений -- mP = 0,025МПа /мм Таблица 12 - Расчетные данные для построения индикаторной диаграммы Приведенный рабочий объем АВ = S / ms = 169...
Тепловой расчет двигателя автомобиля
Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня МS = 1мм в мм; масштаб давлений Мр = 0,05 МПа в мм. Величины в приведенном масштабе, соответствующие объему цилиндра и объему камеры сгорания АВ =S/Мs =71/1,0=71 мм; ОА =АВ/(10,5-1) =7...
Тепловой расчет и тепловой баланс двигателя ЯМЗ-238 (дизельное топливо)
Индикаторную диаграмму строим для номинального режима работы двигателя, т. е. при Nе = 231,9 кВт и и n=2250 об/мин, графическим методом. Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня Ms=1 мм в мм; масштаб давлений Мр=0,05 МПа в мм. Величины в приведенном масштабе...
tran.bobrodobro.ru
