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.

(59)

91,7 мм.

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:

(60)

12,7 мм;

где e - степень сжатия.

Отрезок OZ' — выражающий максимальное давление, определим из соотношения:

(61)

120,445 мм;

где µ_р=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:

2,4 мм; (62)

35,8 мм;

142,2 мм;

12 мм;

2,9 мм;

2,5 мм.

По точке атмосферного давления Р₀/m_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:

(63)

и в миллиметрах:

(64)

где P_сх - искомое текущее давление в процессе сжатия.

Текущее отношение объемов V_a/V_x=OB/OХ принимаем с шагом 10мм (восемь промежуточных точек) в пределах от 1 до e - значения степени сжатия.

Аналогично для политропы расширения:

(65)

и (66)

Отношение ОВ/ОХ, изменяется в интервале 1…e. 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 (Р_сх, Р_вх,) 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 Р_а и P_r. Линии политропы расширения Z-b, давления выпуска Р_r и политропы сжатия соединяем плавными округляющими линиями (см. рис.1).

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” - Z_Д а не по С – Z.

Положение точек С' и С' приближенно находятся из равенств, соответственно:

Р_с’ =0,82Р_с=1,1456 МПа - определяется на линии сжатия; (67)

Pc”=1,2Рс=1,7184 МПа - определяется на линии ВМТ. (68)

Действительное давление в конце видимого сгорания карбюраторного двигателя и положение точки Z, определяем из выражения

Pzg=0,85Pz = 4,8178 МПа (69)

Вместе с тем положение точки Z_д 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", Z_д, b', b", через промежуточные расчетные точки политропы сжатия и политропы расширения получаем округленную индикаторную диаграмму.