Параметры энергетических установок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Параметры окружающей среды

Давление и температуру окружающей среды при выполнении расчетов по варианту принять:

Р_о=0,01+0,0002Е7 = 0,01+0,0002Е7=0,1014 (МПа);

Т_о=302-2Еz=302-2Е7=288 (К).

Здесь z - номер варианта, последняя цифра зачетной книжки студента.

2. Элементарный состав и техническая характеристика топлива

Жидкие моторные топлива, используемые для автомобильных двигателей внутреннего сгорания, представляют собой совокупность целого ряда углеводородных соединений.

Его элементарный состав по массе можно представить как:

C+H+O_T=1 кг

где: С - содержание углерода; кг/кг топлива;

Н - содержание водорода; кг/кг топлива;

О_т - содержание кислорода в соединениях топлива; кг/кг топлива;

Для карбюраторных двигателей, где в качестве топлива используется бензин, с содержанием: С=0,855; Н=0,145; О_т= 0.

Для расчета согласно варианта принять:

С=0,84+0,003Еz=0,84+0,003Е7=0,861 (кг/кг топлива);

Н=1-С=1-0,861=0,139 (кг/кг топлива).

Низшая теплотворная способность топлива для бензина составляет - H_u=43930 кДж/кг топлива.

Молекулярную массу топлива используемого для автомобильных карбюраторных двигателей принять m_т=115 кг/кмоль.

Соотношение количества остаточного водорода и окиси углерода в составе продуктов сгорания принять равным величине К=0,5

3. Подогрев заряда в процессе впуска

Свежий заряд при движении во впускной системе и цилиндре соприкасается с горячими стенками. В результате происходит некоторое повышение температуры смеси. Аналитическое определение ДТ осложняется отсутствием данных для определения коэффициента теплоотдачи и средней температуры поверхностей. В связи с этим при тепловом расчете его значение подбирают на основе ранее полученных экспериментальных результатов, с учетом физики происходящих явлений. В карбюраторных двигателях часть тепловой энергии заряда расходуется на испарение мелкораспыленного топлива. В конечном итоге степень подогрева заряда в процессе впуска оценивается значением ДТ в пределах 0…20.

4. Параметры процесса выпуска отработавших и остаточных газов

Качество протекания процесса наполнения цилиндра во многом определяется параметрами выпуска отработавших газов: давлением на выпуске - P_r и температурой отработавших газов - T_r.

Величина P_r определяется давлением внешней среды - P_o. При расчете коэффициентов остаточных газов и наполнения принимаем давление - =. Принимаем =1,17=0,119 (МПа).

Температура отработавших газов Т_r зависит от состава смеси, степени расширения и теплообмена при расширении и выпуске. Температура остаточных газов для бензиновых двигателей в зависимости от ранее приведённых условий изменяется в пределах Т_r =950…1050 К. Значения P_r и T_r принимаем самостоятельно исходя из условий окружающей среды и особенностей конструктивных параметров прототипа согласно задания. Принимаем Т_r =1000 К.

5. Суммарный коэффициент сопротивления впускной системы

Совершенство организации, процесса впуска и соответственно параметры конца впуска во многом определяется оригинальностью конструкции самой системы впуска и характеризуется ее суммарным коэффициентом сопротивления - (в²+ж). Здесь p=W_ц/W_вп определяет гашение скорости движения смеси при поступлении в цилиндр, ж - коэффициент гидравлического сопротивления системы впуска, отнесенный к наиболее узкому ее сечению, сечение впускного клапана. При хорошо сконструированной системе впуска ее суммарный коэффициент сопротивления составляет (в²+ж)=2,0… 3,5. Принимаем (в²+ж)=3,0.

6. Показатель политропы сжатия

Значение параметров процесса сжатия определяется термодинамическими параметрами рабочей смеси в начале сжатия, степени сжатия и характера теплообмена, интенсивность и направление которого и должен отражать показатель политропы сжатия. В начале процесса сжатия температура смеси ниже температуры поверхностей стенок и температура смеси повышается как за счет сжатия, так и в результате подвода теплоты от стенок поэтому n₁>к. Затем температуры стенок и рабочей смеси постепенно выравниваются (n₁=к), а при дальнейшем сжатии температура смеси больше температуры стенок, происходит теплоотдача в стенки цилиндров и камеры сгорания (n₁<к). Здесь к - показатель адиабаты, к=1,41.

Таким образом, значение n₁ в процессе сжатия является переменным, зависит от характера теплообмена с учетом принятой системы охлаждения, частоты вращения, следовательно, времени в течение которого происходит теплообмен, конструктивных особенностей двигателя и теплопроводности материала поршня, головки цилиндров и гильзы, в расчете принимаем его среднее значение с учетом всех выше перечисленных факторов. При расчётах рабочего цикла двигателя с полной нагрузкой и при максимальной частоте вращения предварительные его значения принимают n₁ = 1,35…1,38, принимаем n₁ =1,37.

7. Показатель политропы расширения

Значение термодинамических параметров рабочего тела в процессе расширения также определяется на основе аналитических зависимостей политропного процесса с постоянным показателем n₂. Его значение, также как и значение показателя политропы сжатия, определяется характером протекания теплообмена в процессе расширения. Предварительное его значение принимаем на основе собственных соображений в пределах n₂=1,23…1,28, принимаем n₂=1,27.

8. Коэффициент использования теплоты

Значение коэффициента использования теплоты учитывает эффективность использования теплоты на участке сгорания. Его конкретные значения близко отражают долю теплоты, которая активно расходуется на повышение температуры рабочего тела и совершение работы. На основе опытных данных его значение при работе двигателя с полной нагрузкой изменяются в пределах: для карбюраторных двигателей ж_z=0,85…0,9. Принимаем ж_z=0,87.



9. Коэффициент степени повышения давления

Значение коэффициента степени повышения давления л=Р_z/Р_с принимается для ограничения максимальных значений давления в рабочем цикле для дизельных двигателей.

10. Коэффициент скругления индикаторной диаграммы

Расчет максимальных значений температуры и давления рабочего цикла в двигателях с искровым зажиганием, со сгоранием смеси и подводом теплоты при V=const, дает несколько завышенные значения, по сравнению с получаемыми при экспериментальных исследованиях. В реальном двигателе процесс сгорания занимает некоторый промежуток времени (30…50)^оп.к.в. и захватывает часть процесса расширения. Поэтому максимальное значение давления и температуры смещены обычно на (15…20)^оп.к.в. после ВМТ и имеют более низкие значения. В связи с этим при построении индикаторной диаграммы и определения действительного значения P_zд вводим поправочный коэффициент снижения максимального давления P_zд = 0,85?P_{z max}.

Все другие значения исходных данных: ход поршня двигателя прототипа - S_nn, отношение радиуса кривошипа к длине шатуна - l, отношение хода поршня к диаметру цилиндра S_п/D_ц проектируемого двигателя, номинальная мощность - N_e кВт, частота вращения n мин^-1 и число цилиндров выбираем и заносим в таблицу исходных данных на основе технической характеристики двигателя прототипа и полученного задания на проектирование двигателя.



11. Степень сжатия двигателя

Для обеспечения нормальной работы двигателя, октановому числу бензина должно соответствовать и определенное значение степени сжатия. Для конструируемого двигатель, эксплуатируемом на бензине марки АИ-80, выбираю степень сжатия 8,0.

Исходные данные к тепловому расчету

Наименование параметров.	Обозначения	Ед. изм	Численное значение
1. Давление окружающей среды	P0	Мпа	0,1014
2. Температура окружающей среды	T0	K	288
3. Содержание углерода в топливе	С	-	0,861
4. Содержание водорода в топливе	Н	-	0,139
5. Содержение кислорода в топливе	От	-	0.0
6. Теплотворная способность топлива	HU	кДж/кг	43930
7. Молекулярная масса топлива	мТ	кг/кмоль	115
8. Коэффициент отношения водорода и окиси углерода в продуктах сгорания	К	-	0,5
9. Универсальная газовая постоянная	мR	кДж/кмоль*К	8,314
10. Газовая постоянная воздуха	R	Дж/кг*К	287
11. Степень подогрева заряда	ДT	К	10
12. Давление газов на выпуске	Рг	МПа	0,119
13. Температура газов на выпуске	Тг	К	1000
14. Суммарный коэффициент сопротивления впускной системы	(в2+ж)	-	3,0
15. Показатель политропы сжатия	n1	-	1,37
16. Покозатель политропы расширения	n2	-	1,27
17. Коэффициент использования теплоты	жZ	-	0,87
18. Степень повышения давления	л	-	-
19. Коэффициент скругления индикаторной диаграммы	цД	-	0,97
20. Ход поршня прототипа	Snn	м	0,08
21. Отношение радиуса кривошипа к длине шатуна	л (R/L)	-	0,27
22. Степень сжатия	е	-	8,0
23. Коэффициент избытка воздуха	б	-	0,9
24. Отношение хода поршня к диаметру цилиндра	S/D	-	0,9
25. Эффективная мощность двигателя	Ne	КВт	95
26. Номинальная частота вращения	n	мин-1	2800
27. Число цилиндров	i	-	8

13. Расчет параметров рабочего цикла теплового двигателя

тепловой двигатель топливо

Расчет процесса впуска

Протекание газообмена в цилиндре двигателя включает удаление из цилиндра отработавших газов и наполнение его свежим зарядом. Задачей расчета процесса газообмена является определение следующих конечных его параметров.

1) Давление и температура заряда в начале сжатия - р_а, Т_а;

2) коэффициент остаточных газов - г_r,

3) коэффициент наполнения - з_v.

Для определения их значений в начале определим:

Плотность воздуха окружающей среды

(кг/м³);

Среднюю скорость смеси (воздуха) на впуске в сечении клапана из уравнения с учетом диаметра цилиндра, хода поршня прототипа

(м/с);

где S_пп - ход поршня для двигателя, рекомендуемого прототипа;

n - заданная частота вращения коленчатого вала, мин ^-1.

Скорость смеси должна составлять 50-90 м/с.

В расчетах принимаем скорость смеси W_см = 70 м/с за счет конструктивных изменений впускной системы.

Тогда давление в процессе впуска и к началу такта сжатия - Р_а равно

Коэффициент остаточных газов - г_r характеризует качество очистки цилиндра, и содержание остаточных газов в рабочей смеси. Определяем из соотношения

;

где Т_r, P_r, - соответственно температура и давление остаточных газов, К и МПа;

е - степень сжатия двигателя;

ДТ - степень подогрева смеси на впуске, К;

Т₀ - температура окружающей среды.

Температура рабочей смеси в конце впуска несколько возрастает за счет подогрева от стенок впускного трубопровода, цилиндра, камеры сгорания и при перемешивании с горячими остаточными газами. Ее значение определяется из зависимости:

(К).



Основным оценочным показателем совершенства организации процесса газообмена является коэффициент наполнения цилиндра определяем его значения из выражения:

Расчет процесса сжатия.

Основное назначение процесса сжатия - повышение термодинамических параметров состояния рабочей смеси и ее концентрация в небольшом по геометрическим размерам ограниченном объеме камеры сгорания перед воспламенением. Процесс сжатия смеси в двигателе происходит при движении поршня от HMT к ВМТ. Носит политропный характер с переменным показателем политропного процесса n₁=1,37.

Значения давления P_с и температуры Т_с в конце сжатия определяем из соотношения зависимостей термодинамических параметров для политропного процесса:

МПа;

К.

Определение состава, количества и физико-технических характеристик рабочей смеси и продуктов сгорания.

Определим теоретическое количества воздуха необходимое для обеспечения полного сгорания одного кг топлива:

В килограммах:



где О_т - содержание кислорода в составе топлива;

С - содержание углерода в составе одного кг топлива;

Н - содержание водорода в составе одного кг топлива.

В киломолях:

.

В зависимости от типа двигателя и режима работы количество поступающего воздуха на каждый 1 кг топлива может быть меньше или больше. Отношение этого действительного количества воздуха l_д к теоретически необходимому для обеспечения полного сгорания топлива l₀, определяет состав рабочей смеси и оценивается коэффициентом избытка воздуха - б. Его значение для проектируемого двигателя определено заданием. Тогда количество свежей смеси М₁ при использовании одного кг топлива для карбюраторных двигателей составит:

;

где м_T - молекулярная масса топлива.

Теплоту, которая выделяется при полном сгорании 1 кг топлива без учета конденсации водяного пара в продуктах сгорания, принимаем согласно исходным данным - H_u.

В карбюраторных двигателях, при работе двигателя на обогащённых смесях, при б<1.0, происходит не полное сгорание топлива. Недогорание носит химический характер в результате недостатка воздуха и кислорода содержащегося в смеси.

Количество не выделившейся теплоты при сгорании смеси равно:



Количество выделившейся теплоты, в том числе с учётом химического недогорания смеси, при сгорании смеси равно:

.

Средняя мольная теплоемкость свежей смеси в конце сжатия и в интервале температур (0…1500)^оС принимается равной:

Средняя мольная теплоемкость остаточных газов в конце сжатия при б<1 равна:

Среднюю мольную теплоемкость рабочей смеси определим из выражения:

Температура t_с - выражает температуру в конце сжатия в градусах Цельсия.

Расчет состава и количества продуктов сгорания.

Состав и количество продуктов сгорания зависит, в том числе и от коэффициента избытка воздуха. В состав продуктов сгорания при избытке топлива и неполном выгорании топлива, при б<1, входят: окись углерода СО, двуокись углерода СО₂, водяной пар Н₂О, избыточный водород Н₂ и азот воздуха.

Количество отдельных компонентов и их суммарное значение определим из соотношений полученных согласно упрощенных реакций окисления углерода и водорода при сжигании одного кг топлива.

При б<1:

где

.

В процессе сгорания и химических преобразований происходит изменение количества молей рабочей смеси:

кмоль.

Относительное изменение объема сгоревшей смеси характеризует коэффициент молекулярного изменения:



Относительное изменение объема при сгорании рабочей смеси, с учетом содержания остаточных газов, оценивается действительным коэффициентом молекулярного изменения рабочей смеси

Процесс сгорания.

Сгорание смеси является основным физическим процессом рабочего цикла двигателя. Первая часть, выделившейся при сгорании, используется на повышение внутренней энергии и совершение работы. Вторая часть передается в стенки камеры сгорания, и днище поршня. Доля активной теплоты учитывается коэффициентом активного использования теплоты z_z и практически приравнивается к максимальному значению коэффициента активного тепловыделения.

Значения термодинамических параметров в характерных точках цикла Рz и Тz определяем на основе первого закона термодинамики.

;

Для рабочего цикла двигателей с искровым зажиганием уравнение выглядит следующим образом:

;



Применительно к реальному циклу для двигателей с искровым зажиганием уравнение сгорания принимает вид:

где - средняя изохорная мольная теплоемкость газовой смеси с составом продуктов сгорания после окисления топлива:

где - средние мольные теплоемкости компонентов продуктов сгорания.

Средние мольные теплоемкости компонентов продуктов сгорания в диапазоне температур от 1500 до 2800^оС с достаточной степенью точности могут быть вычислены по эмпирическим зависимостям:

;

;



После выполнения математических операций получим выражение вида:

Тогда максимальная температура рабочей смеси в цикле определим из зависимости:

Максимальное давление цикла для двигателя с искровым зажиганием определяем как:

МПа

Степень повышения давления

Действительное значение максимального давления

МПа.

Процесс расширения.

Процесс расширения в рабочем цикле представляется как основной этап, где происходит превращение тепловой энергии в механическую работу. На его начальном участке +20…30^оп.к.в. после ВМТ продолжается интенсивный процесс подвода теплоты. В то время, большая разность температурного состояния рабочего тела и окружающей среды совершает процесс в условиях расширения. В начале расширения продолжается интенсивное сгорание топлива. Одновременно, с учетом больших скоростей движения газов и большой разности температур стенки цилиндропоршневой группы обеспечивают присутствие процесса интенсивного теплообмена. Таким образом, процесс расширения носит явно выраженный политропный характер. Значение показателя политропы предварительно принимаем при выборе исходных данных и уточняем в расчете процесса расширения. С учетом статистических данных и особенностей проектируемого двигателя в пределах n₂=1,23…1,28.

Исходя из термодинамических параметров при политропном процессе, давление и температуру в конце расширения определим по формулам:

МПа;

К.

Правильность выбора значения температуры и давления остаточных газов оценивается сравнением принятых значений и полученных расчетным путем, по величине Т_r

Расхождение принятого значения Т_r и полученного, согласно зависимости меньше допустимых 6%.

Определение индикаторных показателей рабочего цикла двигателя.

Степень совершенства организации и эффективности рабочего цикла двигателя по превращению тепловой энергии в механическую работу оценивается расчетным определением индикаторных показателей, механических потерь, эффективных показателей рабочего цикла и основных размеров проектируемого двигателя.

Среднее индикаторное давление - Р_icp как показатель качества и совершенства организации рабочего цикла определяет работу, которая совершается или совершалась бы одним литром (ед. объема) рабочего объема. Физически, среднее индикаторное давление - это условное среднее давление, которое действовало бы на поршень двигателя на протяжении всего процесса расширения, и при этом совершалась бы та индикаторная работа, что и при переменном расчетном значении давления.

Среднее индикаторное давление определяем из выражения:

С учетом скругления индикаторной диаграммы действительное среднее индикаторное давление определим из выражения:

МПа.

Индикаторный КПД - характеризует степень использования теплоты топлива и долю ее превращения в индикаторную работу:

Индикаторный удельный расход топлива:

.



Индикаторная мощность - это работа, совершаемая рабочим телом за единицу времени:

Определение механических потерь при совершении рабочего цикла.

К механическим потерям относятся потери на преодоление сопротивлений сил трения, привод вспомогательных механизмов, газообмен, привод компрессора, масляного насоса, водяного насоса, генератора, прерывателя-распределителя. Для различных типов двигателей величина потерь среднего индикаторного давления приравнивается величине среднего давления механических потерь. Оно определяется из следующего соотношения:

МПа;

где м/с - средняя скорость поршня;

n - номинальная частота вращения согласно задания;

S_п - ход поршня ранее принятый по прототипу, в метрах.

Эффективные показатели рабочего цикла для проектируемого двигателя.

Среднее эффективное давление:

МПа.

Эффективная мощность - выражает эффективную работу в единицу времени:



Механический КПД:

Эффективный КПД определяет долю общей теплоты, использованной в рабочем процессе на совершение полезной работы на валу двигателя:

Эффективный удельный расход топлива определяется для оценки экономичности работы двигателя и определяет количество топлива, которое расходуется на воспроизведение одного кВт часа энергии:

;

Определение геометрических размеров цилиндра и кривошипно-шатунной группы двигателя.

Согласно назначенного значения эффективной мощности, заданной частоты вращения и полученных значений эффективных показателей рабочего цикла определим необходимый общий рабочий литраж двигателя:

м³;



и рабочий объем одного цилиндра:

л.

Определившись с рабочим объемом цилиндра, определим его диаметр, с учетом заданного соотношения хода поршня к диаметру цилиндра S/D:

мм;

соответственно отношению (S/D), ход поршня будет равен:

мм;

После определения размеров диаметра цилиндра и хода поршня уточняем окончательные значения рабочего литража двигателя, эффективной мощности, крутящего момента и часового расхода топлива.

Общий рабочий литраж:

л.

Эффективная мощность:

кВт.



Эффективный крутящий момент:

.

Часовой расход топлива двигателем:

кг/ч.

Средняя скорость поршня:

м/с.

Тепловой баланс рабочего цикла двигателя.

Для оценки качества организации цикла в целом, определения эффективности использования и распределения тепловой энергии при анализе рабочего цикла проектируемого двигателя необходимо определить отдельные составляющие теплового баланса с учётом влияния различных факторов, характеризующих условия эксплуатации (скоростной режим, степень загрузки, состав смеси, условия окружающей среды).

К основным составляющим теплового баланса относятся

где - общее количество теплоты, введённое в двигатель с топливом;

- теплота, эквивалентная эффективной работе двигателя;

- теплота, отданная в систему охлаждения;

- теплота, выводимая с отработавшими газами;

- не выделившаяся теплота в результате неполного сгорания топлива;

- теплота, передаваемая в систему смазки;

- остаточные потери, не учтенные составляющими теплового баланса.

Составляющие теплового баланса определяем в процентах от всей подведённой теплоты в рабочем цикле из следующих зависимостей:

1) Общее количество теплоты, подведённой за единицу времени -1с

(кДж)

2) Теплота, эквивалентная эффективной работе за единицу времени -1с

(кДж)

3) Теплота, передаваемая охлаждающей среде

где с-коэффициент пропорциональности для четырёхтактных двс=0,5;

D_ц - диаметр цилиндра, в см;

m - показатель степени = 0,65.

4) Теплота, унесённая с отработавшими газами



5) Теплота, не выделившаяся из-за химического не догорания топлива

6) Неучтённые потери теплоты

Q_ост=Q_o - (Q_e+Q_охл+Q_г+_Qнс)=245472,842 - (97079+109592,629+84446,707+48297,308)=6057,198 (кДж)

Результаты теплового баланса

Составляющие теплового баланса	Q, Дж/с	q, %
Теплота, эквивалентная эффективной работе		28,1
Теплота, передаваемая охлаждающей среде		31,7
Теплота, унесённая с отработавшими газами		24,4
Теплота, потерянная из-за химического не догорания топлива		14,0
Неучтённые потери теплоты	6057,198	1,8
Общее количество теплоты, введённой в объём цилиндра двигателя с топливом	345472,842	100

Расчет, построение и анализ внешней скоростной характеристики

Для анализа работы автомобильных двигателей используются различные характеристики, обычно получаемые экспериментальным путем при испытаниях.

При проектировании нового двигателя отдельные характеристики (например, скоростная) могут быть построены расчетным путем.

Скоростные характеристики подразделяются на внешние и частичные. Внешняя скоростная характеристика показывает зависимость основных показателей двигателя от скоростного режима при полном открытии дроссельной заслонки. Такая характеристика позволяет провести анализ и дать оценку мощностных, экономических и эксплутационных показателей при работе двигателя с полной нагрузкой.

С достаточной степенью точности внешнюю скоростную характеристику можно построить по результатам теплового расчета, проведенного для режима максимальной мощности двигателя, и использования эмпирических зависимостей.

Построение кривых скоростных характеристик проводим в интервале: от n_min=900 об/мин до n_max=(l, 05чl, 2) n_N, об/мин, через интервал n=900 об/мин.

Точки эффективной мощность:

;

где N_e и n_N - номинальная эффективная мощность (кВт) и частота вращения коленчатого вала (об/мин) при номинальной мощности;

N_ex и n_х - эффективная мощность (кВт) и частота вращения коленчатого вала в искомой точке скоростной.

Точки эффективного крутящего момента, в Нм:

;



Точки среднего эффективного давления, в МПа:

;

где -литраж двигателя

-текущее значение мощности, в кВт.

Точки удельного топливного расхода (г/кВтч):

;

где g_eN - удельный расход топлива при номинальной мощности.

Часовой расход топлива, в кг/ч:

;

Для определения коэффициента наполнения необходимо задаться законом изменения б по частоте вращения.

Принимаем значения б постоянными на всех скоростных режимах, кроме минимального. При n_x=n_mj_n следует принять состав смеси несколько обогащенным:

;

Тогда текущее значение коэффициента наполнения определится из выражения:



;

Все расчетные значения точек сведены в таблицу.

Результат расчета скоростной характеристики

n, об/мин	Ne, кВт	Ме, Н?м	Ре, Мпа	ge, г/кВтч	Gт, кг/ч	б	зv
800	33,397	398,849	1,135	273,777	9,143	0,8	0,834
1600	69,059	412,375	1,174	245,209	16,932	0,9	0,869
2400	93,399	371,811	1,058	264,254	24,681	0,9	0,844
3200	92,834	277,172	0,789	330,913	30,72	0,9	0,788

Расчёт и 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 А4 (298х210). Для этого необходимо определиться с размерами отрезков ОВ - представляемого полный объем цилиндра на оси абсцисс и отрезка OZ' - выражаемого максимальное давление цикла. Отрезок ОВ представляет полный объем цилиндра и состоит из 2-х частей.

11,857+83=94,857 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:



мм;

где е - степень сжатия.

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

мм;

где µ_р=0,035 - 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:

мм; мм; мм; мм; мм; мм.

По точке атмосферного давления Р₀/м_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).

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:

и в миллиметрах:

где P_сх - искомое текущее давление в процессе сжатия в МПа или мм. Текущее отношение объемов V_a/V_x=OB/OХ принимаем с шагом 8,89 мм (восемь промежуточных точек) в пределах от 1 до значения степени сжатия.

Аналогично для политропы расширения:

и

Отношение ОВ/ОХ, изменяется в интервале 1 до степени сжатия. Шаг и значения отношений ОВ/ОХ, при текущем значении ОХ, при построении политропы расширения оставляем такими же, что и при построении политропы сжатия.

Результаты расчётов для построения индикаторной диаграммы

№	ОХ - тек. значение				Pcx, Мпа	Рвх, Мпа	Pcx, мм	Рвх, мм
1	94,857	1	1	1	0,0924	0,458	2,31	12,45
2	75	1,265	1,379	1,348	0,127	0,617	3,185	15,4346
3	55	1,725	2,1106	1,999	0,195	0,915	4,875	22,889
4	45	2,1079	2,778	2,578	0,256	1,1807	6,417	29,518
5	35	2,7102	3,919	3,547	0,362	1,624	9,0529	40,613
6	25	3,794	6,214	5,438	0,574	2,4906	14,354	62,265
7	20	4,743	8,437	7,221	0,779	3,307	19,489	82,680
8	18	5,269	9,745	8,253	0,90044	3,779	22,511	94,497
9	16	5,928	11,452	9,585	1,0581	4,389	26,454	109,748
10	14	6,776	13,754	11,359	1,2708	5,2024	31,772	130,0601
11	11,857	8	17,268	14,0257	1,6	-	40	-

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-b. 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.

Положение точки Z_Д смещаем по оси абсцисс от ВМТ на (10…15)⁰ п.к.в., что составляет 1,5 - 2,0 мм (вправо). Положение точки , определяет угол предварительного открытия выпускного клапана до НМТ. Точку откладываем на половине расстояния между точками «a» и «b» на вертикальной линии с точки В. Закроется выпускной клапан в точке а, с некоторым запаздыванием после ВМТ. Впускной клапан открывается до прихода поршня к ВМТ в точке , и закроется после прохода поршнем НМТ, в точке .

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 скругленную индикаторную диаграмму.

Размещено на Allbest.ru

...