Методика построения индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма представляет собой изменение давления газов в зависимости от объема, который описывает поршень при своем движении в цилиндре (Рис. 1).

 

Конструктивные параметры:

ε – степень сжатия

S – ход поршня, [мм]

D – диаметр поршня, [мм]

V_c – объем камеры сгорания, [мм³]

V_h – рабочий объем цилиндра, [мм³]

V_a – полный объем цилиндра, [мм³]

λ =R/l_ш

R =S/2 – радиус кривошипа, [мм]

l_ш – длина шатуна, [мм]

Рис. 1 Схема поршневого двигателя внутреннего сгорания

а – продольный разрез; б – поперечный разрез

1- коленчатый вал, 2-цилиндр, 3- шатун, 4- поршень, 5- кольца, 6- камера сгорания, 7- впускной клапан, 8- впускной коллектор, 9- свеча зажигания (двигатель с воспламенением от искры - бензиновый) или форсунка (двигатель с воспламенением от сжатия – дизельный), 10- выпускной клапан, 11- выпускной коллектор, 12- поршневой палец, 13- картер, 14- маховик, 15- поддон, 16- коренные подшипники, 17- шатунные подшипники.

Для построения индикаторной диаграммы используются данные, полученные в тепловом расчете:

 

n₁ – коэффициент политропы сжатия

n₂ – коэффициент политропы расширения

P_o – атмосферное давление, [МПа]

P_k – давление наддувочного воздуха, [МПа]

P_a – давление в начале сжатия, [МПа]

P_c - давление в конце сжатия, [МПа]

P_z - максимальное давление сгорания, [МПа]

ρ – степень предварительного расширения

P_b – давление в конце расширения, [МПа]

P_r – давление остаточных газов, [МПа]

P_i – теоретическое среднее индикаторное давление, [МПа]

P_id – действительное среднее индикаторное давление с учетом коэффициента полноты диаграммы, [МПа]

Методика построения заключается в следующем:

1. Построение расчетной индикаторной диаграммы.

1.1 Выбор масштабов для построения индикаторной диаграммы.

1.1.1 Масштаб давления

М_р = _ _ _ МПа/мм

Рекомендуемый масштаб:

М_р = 0,02; 0,025; 0,05; 0,075; 0,1 МПа в мм.

1.1.2 Масштаб хода поршня

М_s = _ _ _ мм/мм

Рекомендуемый масштаб:

М_s = 1:1; 1,5:1; 2:1 мм в мм.

1. 2 Последовательность построения индикаторной диаграммы (Рис. 2).

1.2.1 Построение осей координат Р=f(V).

1.2.2 Построение сетки параллельно абсциссе оси хода поршня (V) и ординаты оси давления (Р).

1.2.3 На оси абсциссы откладывается расстояние отрезка хода поршня :

= S/М_s

Точка А соответствует положению поршня в ВМТ.

Точка В соответствует положению поршня в НМТ.

1.2.4 На оси абсциссы откладывается расстояние отрезка высоты камеры сгорания:

= /(ε –1)

1.2.5 Расстояние отрезка атмосферного давления:

= Р_о /М_р

1.2.6 Если присутствует наддув, тогда расстояние отрезка давления наддувочного воздуха равно (Рис. 2в):

= Р_к /М_р

1.2.7 В НМТ определяется точка а. Расстояние отрезка характеризует давление в начале такта сжатия: = Р_а /М_р 1.2.8 В НМТ определяется точка b. Расстояние отрезка характеризует давление в конце такта расширения: = Р_b /М_р

1.2.9 В ВМТ определяется точка с. Расстояние отрезка характеризует давление в конце такта сжатия: = Р_с/М_р

1.2.10 В ВМТ определяется точка z (для бензиновых двигателей) или z´ (для дизелей). Расстояние отрезка или характеризует максимальное давление сгорания: = Р_z/М_р = Р_z’/М_р

1.2.11 Отрезок только для дизелей, работающих по циклу со смешанным подводом теплоты. Расстояние отрезка характеризует предварительное расширение: V_z´=V_c V_z

ρ= V_z /V_c – в случае подвода теплоты при постоянном давлении (Р_z’ = Р_z) = V_z- V_c= ρ·V_c - V_c = V_c· (ρ-1)= · (ρ-1)

1,3 Построение линий сжатия и расширения:

 

Для построения линий процесса сжатия и расширения используется аналитический метод, который заключается в вычислении ряда точек для промежуточных объемов, расположенных между V_a и V_c (политропа сжатия) и V_z и V_b (политропа расширения) по уравнению политропы: P·Vⁿ=const

1.3.1 Политропа сжатия

n₁ - коэффициент политропы сжатия Р_х - текущее давление

V_x - текущий объем

V_a=ОВ – полный объем цилиндра

ОВ = ОА+АВ

V_x=ОХ