Построение индикаторной диаграммы

Индикаторная диаграмма карбюраторного двигателя построена для номинального режима работы двигателя, т.е. при N_e = 35 кВт и n = 5000 мин^–1, аналитическим методом.

Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня M_S = l мм в мм; масштаб давлений M_p = 0,05 МПа в мм.

Величины в приведённом масштабе, соответствующие рабочему объёму цилиндра и объёму камеры сгорания:

АВ = мм, ОА = мм

Максимальная высота диаграммы (точка z):

Ординаты характерных точек:

P_r / M_p = 2,302 мм;

Р_с/ M_p = 41,32 мм;

P_z/ M_p = 165,42 мм.

Р_а/ M_p = 1,776 мм;

Р_в/ M_p = 9,4 мм.

Р_о = 2 мм.

Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:

а) политропа сжатия , отсюда

мм

где OB = OA + AB = 7,98 + 71 = 78,98 мм;

б) политропа расширения , отсюда

мм

Результаты расчетов приведены в таблице 1.

Скругление индикаторной диаграммы осуществляется на основании следующих соображений и расчётов. Так как рассчитываемый двигатель достаточно быстроходный (n = 5000 мин^–1), то фазы газораспределения необходимо устанавливать с учётом получения хорошей очистки цилиндра от отработавших газов и обеспечения дозарядки в пределах, принятых в расчёте. В связи с этим начало открытия впускного клапана (точка r') устанавливается за 18° до прихода поршня в в.м.т., а закрытие (точка а") – через 60° после прохода поршнем н.м.т.; начало открытия выпускного клапана (точка b′) принимается за 55° до прихода поршня в н.м.т., а закрытие (точка а') – через 25° после прохода поршнем в.м.т. Учитывая быстроходность двигателя, угол опережения зажигания θ принимается равным 35°, а продолжительность периода задержки воспламенения – ∆ϕ₁ =5°. В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения зажигания определяют положение точек r′, a′, a′′, c′, f и b′ по формуле для перемещения поршня

AX =

Где выбор величины λ производится при проведении динамического расчёта, а при построении индикаторной диаграммы предварительно принимается λ = 0,26.

Расчёты ординат точек r', a', a", c', f и b' сведены в таблицу 1.2.

Положение точки с′′ определяется из выражения:

P_c′′ = (1,15...1,25) P_c =1,20⋅2,066=2,4792 МПа;

Положение точки z_д определяется из выражения:

 

Для упрощения расчётов можно принять, что максимальное давление сгорания достигается через – 10⁰ после в.м.т. Соединяя плавными кривыми точки и далее с z_d и кривой расширения и линией выпуска , получим скруглённую действительную индикаторную диаграмму

Таблица 1.1. Расчет политроп сжатия и расширения.

№ точек	OX мм		Политропа сжатия	Политропа расширения
	мм	МПа		мм	МПа
1		7,898	17,0652	30,3	1,52 (с)	13,2677	124,7	6,24 (z)
2		7,18	14,9723	26,6	1,33	11,7764	110,7	5,54
3		6,582	13,2875	23,6	1,18	10,5625	99,3	4,97
4		4,646	8,237	14,6	0,73	6,8315	64,2	3,21
5		3,59	5,7814	10,3	0,52	4,948	46,5	2,33
6		2,633	3,7774	6,7	0,34	3,3573	31,6	1,58
7		1,755	2,1644	3,8	0,20	2,0211		0,95
8		1,316	1,4579	2,6	0,13	1,4099	13,3	0,67
9	78,98	1,000		1,8	0,09 (а)		9,4 (b)	0,47

Таблица 1.2. Положение точек на индикаторной диаграмме.

Точки	Положение точек	φ^0		Расстояние точек от ВМТ АХ, мм
r′	18° до в.м.т		0,0655	2,3
а′	25° после в.м.т.		0,1223	4,3
а′′	60° после в.м.т		1,6069	57,1
c′	35° до в.м.т.		0,2313	8,2
f	30° до в.м.т.		0,1697	6,1
b′	55° до в.м.т.		1,6667	59,2

Рисунок - 1.1. Индикаторная диаграмма.

Тепловой баланс

Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом:

n= 820; 3000; 5000; 6000 об/мин;

= 1,689; 5,409; 9,315; 8,17 .

21611; 66006; 113671; 99699

Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 с:

Q_e = 1000N_e

n= 820; 3000; 5000; 6000 об/мин;

Q_e = 6230; 22360; 35500; .

Теплота, передаваемая охлаждающей среде:

где с = 0,45…0,53 — коэффициент для четырехтактных двигателей. i — число цилиндров; D — диаметр цилиндра, см; n — частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин; m = 0,6…0,7 — показатель степени для четырехтактных двигателей. В расчете принято при n= 820 об/мин m = 0,6, а на всех остальных скоростных режимах — m = 0,65.

При n = 820 мин^-1,

При n = 3000 мин^-1,

При n = 5000 мин^-1,

При n = 6000 мин^-1,

Теплота, унесенная с отработанными газами:

При n = 820 мин^-1,

При n = 3000 мин^-1,

При n = 5000 мин^-1,

При n = 6000 мин^-1,

 

Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива

При n = 820 мин^-1,

При n = 3000 мин^-1,

При n = 5000 мин^-1,

При n = 6000 мин^-1,

Неучтенные потери теплоты

При n = 820 мин^-1,

При n = 3000 мин^-1,

При n = 5000 мин^-1,

При n = 6000 мин^-1,

 

Таблица 1.3. Тепловой баланс двигателя

n
Дж/с	%	Дж/с	%	Дж/с	%	Дж/с	%
						49,83
		14,41		16,94		15,56		11,9
		13,75		16,08		15,41		18,85
		10,67		12,95		15,55		15,11
		9,4		2,82		2,81		2,82
		1,76		1,22		0,84		1,32
Σ

 

Рисунок-1.2. Зависимость составляющих теплового баланса карбюраторного двигателя от частоты вращения коленчатого вала.