Построение индикаторной диаграммы дизеля с наддувом.

Мас­штабы диаграммы (см. рис. 3): масштаб хода поршня - ; масштаб

 давлений - .

Приведенные величины рабочего объема цилиндра и объема каме­ры сгорания соответственно:

Максимальная высота диаграммы (точки z ' и z) и положение точки z по оси абсцисс

Ординаты характерных точек:

Построение политроп сжатия и расширения проводится графическим методом (см. рис. 3):

а) для луча ОС принимаем угол ;

б) ,

в) используя лучи OD и ОС, строим политропу сжатия, начиная с точки с;

г) ,

д) используя лучи ОЕ и ОС, строим политропу расширения, на­чиная с точки z;

Теоретическое среднее индикаторное давление

что очень близко к величине , полученной в тепловом расчете (F ' — площадь диаграммы acz ' zba).

Скругление индикаторной диаграммы. Учитывая достаточную бы­строходность рассчитываемого дизеля и величину наддува, ориенти­ровочно устанавливаются следующие фазы газораспределения: впуск— начало (точка r ') за 25° до в. м. т. и окончание (точка а") - 60° после н. м. т.; выпуск - начало (точка b ') за 60° до н. м. т. и окончание (точка а') - 25° после в. м. т.

С учетом быстроходности дизеля принимается угол опережения впрыска 20° (точка с ') и продолжительность периода задержки воспла­менения

 (точка f).

В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения впрыска определяется положение точек b '', r ',а',а", с' и f по формуле для перемещения поршня (см. гл. VI):

где l - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Выбор величины l производится при проведении динамического расчета, а при построении индикаторной диаграммы ориентировочно устанавливаем .

Расчеты ординат точек r ', а', а", с', f и b ' сведены в табл.18.

 

Положение точки с" определяется из выражения

Точка z _д лежит на линии r ' r ориентировочно вблизи точки r. Нарастание давления от точки с" до z _д составляет

или

где 10° - положение точки z _д по оси абсцисс, град. Соединяя плавными

 

 

Таблица 18

Обозначение точек	Положение точек			Расстояние точек от в.м.т. (АХ), мм
b '	60° до н.м.т.	120	1,601	64,0
r '	25° до в.м.т.	25	0,122	4,9
а'	25° после в.м.т.	25	0,122	4,9
а"	60° после н.м.т.	120	1,601	64,0
с'	20° до в.м.т.	20	0,076	3,0
f	(20-8°) до в.м.т.	12	0,038	1,5

 

кривыми точки r с а', с' с с" и далее с z _д и кривой расширения, b ' с b " (точка b " располагается обычно между точками b и a) и далее с r ' r, получим

скругленную дейст­вительную индикаторную диаграмму ra ' ac ' fc " z _д b ' b " r.

Тепловой баланс

Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом для дизелей:

без наддува

с наддувом

Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 с, для дизелей:

без наддува

с наддувом

Теплота, передаваемая охлаждающей среде, для дизелей:

без наддува

с наддувом

где   - коэффициент пропорциональности для четы­рехтактных двигателей.; i - число ци­линдров; D - диаметр цилиндра, см; n - частота вращения колен­чатого вала двигателя, об/мин;  - показатель степени (для четырехтактных двигателей).

Теплота, унесенная с отработавшими газами (в дизеле с наддувом часть теплоты отработавших газов используется в газовой турбине),

для дизеля без наддува

где - определено по табл. 2 приложения методом интерполяции

при и ; 

; - определено по табл. 3 приложения (графа «Воздух») при ;

для дизеля с наддувом

где - определено по табл. 2 приложения методом интерполяции

 при и ; ; - определено по табл. 3 приложения (графа «Воздух») при .

Неучтенные потери теплоты

для дизеля без наддува

для дизеля с наддувом

Составляющие теплового баланса представлены в табл.19.

Таблица 19

Составляющие теплового баланса	Дизель без наддува		Дизель с наддувом
	Q, Дж/с	q,%	Q, Дж/с	q,%
Теплота, эквивалентная эффективной работе	175900	35,1	233000	38,6
Теплота, передаваемая охлаждающей среде	178460	35,6	184520	30,5
Теплота, унесенная с отработанными газами	136150	27,1	164770	27,3
Неучтенные потери теплоты	11340	2,2	22010	3,6
Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом	501850	100	604300	100

4. ДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ КРИВОШИПНО-ШАТУННОГО МЕХАНИЗМА ДВИГАТЕЛЯ

Целью данного этапа работы является определение действующих на элементы кривошипно-шатунного механизма сил и моментов, знание которых необходимо для расчета на прочность и износостойкость деталей проектируемого двигателя и расчета подшипников коленчатого вала.

В результате выполнения данной работы должны быть представлены следующие графические материалы:

· развернутые по углу поворота коленчатого вала диаграммы:

· силы давления газов Р_г, силы инерции P_j, суммарной силы P _S = P _г + P_j, боковой силы N, тангенциальной силы Т инормальной К;

· полярная диаграмма сил R _шш, действующих на шатунную шейку коленчатого вала, и диаграмма этих сил, развернутая по углу поворота;

· диаграмма износа шатунной шейки;

· диаграмма суммарного индикаторного крутящего момента от всех цилиндров двигателя.

· полярные и развернутые по углу поворота коленчатого вала диаграммы сил R _кш, действующих на коренные шейки;

· диаграммы набегающих крутящих моментов на коренные и на шатунные шейки коленчатого вала.

· Графический материал должен выполняться на листах миллиметровой бумаги формата А1.

· Расположение диаграмм на первом листе показано на рис. 6.

Пояснительная записка в разделе динамического расчета должна содержать:

Исходные данные и все расчеты, связанные с исследованием динамики двигателя: принятые значения конструктивных масс поршневой группы m '_п, шатуна m ’_ш и неуравновешенной части кривошипа m ’_к, принятое при разноске масс шатуна отношение l _кш / l _ш; определение масс m ’ _j, m ’_шк, m ’ _r выбор масштаба давлений m _p (МПа/мм), определение масштаба сил m _р = m_p · F _п (MН/мм) и масштаба крутящего момента m _м = m_p · F _п · r · 10⁶ (Нм/мм), определение полюсных расстояний ВП_шш и П_шш П_кш;

результаты определения площади диаграммы суммарного крутящего момента и нахождение (М_кр)_ср,

результаты проверки (М_{к p})_ср по тепловому и динамическому расчетам.

Ниже излагаются последовательность и объем выполняемой работы, а также требования, которым должны удовлетворять графики и чертежи.

 

Рис.6

 

Индикаторная диаграмма

 

Индикаторная диаграмма является исходной для построения развернутой по углу поворота коленчатого вала диаграммы сил давления газов.

Для ее построения можно рекомендовать следующие масштабы:

а) по оси ординат (масштаб давлений)

m _р = 0,025 МПа/мм при Р_z < 5,0 МПа,

m _р =  0,04 - " - при P_z, от 5,0 до 8,0 МПа,

m _р = 0,05  - " -  при P_z> 8,0 МПа;

б) по оси абсцисс (масштаб хода поршня)

m_s = 1,0 мм хода/мм при S > 80 мм,

m_s = 0,5 - " - при S <80мм.

Рядом с индикаторной диаграммой необходимо начертить диаграмму фаз газораспределения и нанести на индикаторную диаграмму точки А₁, А₂, В₁, В₂, соответствующие моментам открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов. Необходимо также обозначить угол опережения зажигания (подачи топлива для дизелей) и в соответствии с принятыми фазами и углом опережения скруглить индикаторную диаграмму. Фазы газораспределения ряда автотракторных двигателей приведены в приложении Таблица 6.

 

4.2..Диаграмма сил давления газов Р_г, развернутая по углу поворота коленчатого вала

 

Эта диаграмма представляет собой график избыточных давлений газов на поршень. Она (как и все последующие) строится в том же масштабе, что и индикаторная диаграмма.

Для построения развернутой диаграммы Р_г на индикаторной диаграмме находят ординаты, соответствующие различным положениям коленчатого вала, от 0° до 720°, через каждые 30°. В интервале от 360° до 390° ординаты определяются через 10°.

Связь между углом поворота коленчатого вала и перемещением поршня удобнее всего определять графически с учетом поправки на конечную длину шатуна (поправка Брикса). Для этого под индикаторной диаграммой из точки 0 (см. рис. 6) радиусом S /2 m_s проводят полуокружность. Затем от центра полуокружности в сторону НМТ откладывают отрезок ОО₁, равный r l /2 m_s. Значения l современных отечественных автотракторных двигателей приведены в приложении 2. Полуокружность из центра О₁ делят лучами с интервалом 30°. Из точек, полученных на полуокружности, проводят вертикальные линии до пересечения с линиями индикаторной диаграммы. Отрезкиих от оси абсцисс до соответствующей линии индикаторной диаграммы отображают абсолютное давление газов в цилиндре для данного положения коленчатого вала.

Справа от индикаторной диаграммы (рис. 6) строится координатная сетка сразу для всех сил, которые должны быть развернуты в координаты Р - j.

Масштаб по оси абсцисс m _j рекомендуется принимать равным 2 град/мм.

Следовательно, ось абсцисс делится на 24 части по 15 мм и через эти точки проводят вертикальные линии.

Ось абсцисс cледует проводить на уровне линии атмосферного давления (P₀) индикаторной диаграммы, так как развернутая диаграмма должна представлять собой избыточное давление газов (P _г). Избыточное давление газов, начиная с ВМТ такта впуска, переносится с индикаторной диаграммы на соответствующие вертикали.

Максимальная величина избыточного давления Р_{г max} = P_z - P _о откладывается на дополнительной вертикали между 12 - 13 точками. Положение ее определяется следующим образом: точка z ' индикаторной диаграммы проектируется на полуокружность, проекция точки соединяется с центром О₁, определяется угол j _{z ’}, правее 12-й вертикали откладывается отрезок, соответствующий j z ’, и проводится вертикаль 12^'.

Полученные точки диаграммы P _г соединяются плавной сплошной линией.

 

4.3. Диаграмма удельных сил инерции P_j возвратно-поступательно движущихся масс кривошипного механизма

 

Сила инерции возвратно - поступательно движущихся деталей, отнесенная к площади пораня, равна

где в принятом масштабе

Значения конструктивных масс m ’_п, m ’_ш а такжеотношений l _шк / l _ш определяются на основании статистических данных (см. табл. 20 и приложение 2).

Таблица 20

Параметры