Построение индикаторной диаграммы

 

Индикаторная диаграмма двигателя внутреннего сгорания строится с использованием данных расчета рабочего процесса. При построении диаграммы ее масштабы рекомендуется выбирать с таким расчетом, чтобы получить высоту равной 1, 2 ‒ 1, 7 ее основания. В начале построения (рис. 1 и 2) на оси абсцисс откладывается отрезок АВ, соответствующий рабочему объему цилиндра, а по величине равный ходу поршня в масштабе М_s, который в зависимости от величины хода поршня может быть принят 1: 1, 1, 5: 1 или 2: 1.

Отрезок OA (мм), соответствует объему камеры сгорания. Отрезок z'z для дизелей, работающих по циклу со смешанным подводом теплоты (рис. 2)

При построении диаграммы рекомендуется выбирать масштабы давлений М_р = 0, 02; 0, 025; 0, 04; 0, 05; 0, 07 ‒ 0, 10 МПа в мм.

Затем по данным теплового расчета на диаграмме откладывают в выбранном масштабе величины давлений в характерных точках: а, с, z', z, b, r.

Построение политроп сжатия и расширения можно производить аналитическим или графическим методом. При аналитическом методе построения политроп сжатия и расширения (см. рис. 1) вычисляется ряд точек для промежуточных объемов, расположенных между V_с и V_b по уравнению политропы .

Для бензиновых двигателей отношение V_b/V_x изменяется в интервале 1 ‒ ε, а для дизелей ‒ 1 ‒ δ.

 

Рис. 1. Построение индикаторной диаграммы карбюраторного

двигателя аналитическим методом

 

При аналитическом методе построения диаграммы определение ординат расчетных точек политроп сжатия и расширения удобно производить в табличной форме.

Соединяя точки а и с плавной кривой, проходящей через вычисленные и нанесенные на поле диаграммы точки политропы сжатия, а точки z и b ‒ кривой, проходящей через точки политропы расширения, и соединяя точки с с z, а b с а прямыми линиями (при построении диаграммы дизеля точка с соединяется прямой линией с точкой z', а z' ‒ с z, см. рис. 2), получаем расчетную индикаторную диаграмму (без учета насосных ходов). Процессы выпуска и впуска принимаются протекающими при р= const и V= const.

При графическом методе, по наиболее распространенному способу Брауэра, политропы сжатия и расширения строят следующим образом (рис. 2).

Из начала координат проводят луч ОС под произвольным углом, а к оси абсцисс (для получения достаточного количества точек на политропах) рекомендуется брать α =15°. Далее из начала координат проводят лучи ОD и ОЕ под определенными углами β ₁ и β ₂ к оси ординат.

Политропу сжатия строят с помощью лучей ОС и ОD. Из точки с проводят горизонталь до пересечения с осью ординат; из точки пересечения ‒ линию под углом 45° к вертикали до пересечения с лучом ОD, а из этой точки ‒ вторую горизонтальную линию, параллельную оси абсцисс. Затем из точки с проводят вертикальную линию до пересечения с лучом ОС; из точки пересечения ‒ под углом 45° к вертикали линию до пересечения с осью абсцисс, а из этой точки ‒ вторую вертикальную линию, параллельную оси ординат, до пересечения со второй горизонтальной линией. Точка пересечения этих линий будет промежуточной точкой 1 политропы сжатия. Точка 2 находится аналогичным путем при выборе точки 1 за начало построения.

Политропу расширения строят с помощью лучей ОС и ОЕ, начиная от точки z, аналогично построению политропы сжатия.

Полученные диаграммы (см. рис. 1 и 2) являются расчетными индикаторными диаграммами.

Значение р_i', полученное по формуле, должно быть равно значению р_i', полученному в результате теплового расчета.

Действительная индикаторная диаграмма ac'c" z_дb'b" ra отличается от расчетной, так как в реальном двигателе за счет опережения зажигания или впрыска топлива (точка с') рабочая смесь воспламеняется до прихода поршня в в.м.т. (точка f) и повышает давление в конце процесса сжатия (точка с"). Процесс видимого сгорания происходит при изменяющемся объеме и протекает по кривой c" z_д, а не по прямой cz для бензиновых двигателей (см. рис. 1) или по прямым cz' и z'z для дизеля (см. рис. 2); открытие выпускного клапана до прихода поршня в н.м.т. (точка b') снижает давление в конце расширения (точка b'', которая обычно располагается между точками b и а). Для правильного определения местоположения указанных точек необходимо установить взаимосвязь между углом φ поворота коленчатого вала и перемещением поршня S_x. Эта связь устанавливается на основании выбора длины шатуна L_ш и отношения радиуса кривошипа R к длине шатуна λ =R/ L_ш.