Тема 2. Процеси робочого циклу поршневих двигунів

Заняття 18. Побудова індикаторних діаграм чотиритактних

Двигунів.

1. Отримати навички у побудові індикаторних діаграм робочого циклу поршневих двигунів внутрішнього згорання.

2. Поглибити і систематизувати знання з теорії ДВЗ

3. Виховувати у студентів здатність до творчого мислення, прагнення до володіння знаннями, почуття відповідальності за знання теорії і матеріальної частини автомобіля та гордість за обраний фах.

1. 1.1. Теоретичний середній індикаторний тиск

,МПа

Таблиця 3.1

Індикаторні показники автомобільних ДВЗ

1.2. Дійсний середній індикаторний тиск

, МПа,

де j - коефіцієнт повноти індикаторної діаграми, приймається за таблицею А-1.

1.3. Індикаторна потужність двигуна

, кВт,

де V_л – робочий об’єм циліндрів двигуна у літрах (літраж);

n – частота обертання колінчастого вала, об/хв;

t – коефіцієнт тактності (t = 4).

Значення V_л та n приймають за таблицею А-1.

1.4. Індикаторний коефіцієнт корисної дії

1.5. Індикаторні питомі витрати палива

, г/кВт×год.

1.6. Тиск механічних втрат Р_м визначають за емпіричною залежністю по заданому у таблиці А-1 значенню середньої швидкості поршня (V_п.ср, м/с).

Для бензинових двигунів з числом циліндрів до 6 та відношенням S/D > 1

, МПа.

Для бензинових двигунів з числом циліндрів до 6 та відношенням S/D < 1

, МПа.

Для бензинових двигунів з числом циліндрів 8 та більше

, МПа.

Для чотирьохтактних дизелів з нероздільними камерами згоряння

, МПа.

Для чотирьохтактних дизелів з роздільними камерами згоряння

, МПа.

1.7. Середній ефективний тиск , МПа.

1.8. Механічний коефіцієнт корисної дії .

1.9. Ефективний коефіцієнт корисної дії .

1.10. Ефективна потужність двигуна .

1.11. Ефективні питомі витрати рідкого палива

, г/кВт×год.

1.12. Годинні витрати палива , кг/год.

1.13. Циклова подача рідкого палива

, г/цикл.

Таблиця 3.2

Ефективні показники автомобільних ДВЗ

2.

2.1. Робочий об’єм циліндра

, л,

де і – кількість циліндрів (таблиця А-1).

2.2. Діаметр циліндра

, мм,

де S/D – відношення ходу поршня до діаметра циліндра, приймають за таблицею А-1.

Значення D приймають для подальшого розрахунку округленим до цілих значень у мм.

2.3. Хід поршня , мм. Значення ходу поршня приймають для подальших розрахунків округленим до цілих міліметрів.

2.4. Уточнене значення літражу двигуна

, л.,

де D та S у мм.

2.5. Уточнене значення ефективної потужності

, кВт.

2.6. Номінальний ефективний крутний момент

, Н×м.

2.7. Уточнене значення годинних витрат палива

, кг/год.

2.8. Уточнене значення середньої швидкості поршня

, м/с.

2.9. Загальна кількість тепла, що вводиться у двигун при згорянні палива

, Дж/с.

2.10. Тепло еквівалентне ефективній роботі

, Дж/с.

2.11. Тепло, що передається охолоджуючому середовищу

, Дж/с,

де С- коефіцієнт пропорційності (для чотирьохтактних двигунів С = 0,45…0,52);

і – число циліндрів; D – діаметр циліндра у см; m – показник степеня (для чотирьохтактних двигунів m = 0,6…0,7); n- число обертів колінчастого валу двигуна, об/хв.

2.12. Теплота, що винесена з відпрацьованими газами

, Дж/с,

де - середня мольна теплоємність відпрацьованих газів при сталому тискові у кінці випуску;

, кДж/кмоль×град. Значення визначається згідно з пунктом 2.19 за таблицею В-2 або В-3 додатку В для t_r; – табл. 7 [1].

- середня мольна теплоємність повітря при сталому тискові і температурі середовища, звідки надходить повітря;

, кДж/кмоль×град. Значення визначається за формулою лівого рядку таблиці С-1 додатку С для t_к; – табл. 5 для повітря [1].

2.13. Теплота, що втрачена із-за хімічної неповноти згоряння:

для дизеля ;

для бензинового двигуна , Дж/с.

2.14. Невраховані втрати тепла

, Дж/с.

2.15. Складові частини теплового балансу у процентах:

; ; ; ; ; .

3. 3.1. Графічний спосіб.

Індикаторна діаграма будується у вигляді залежності тиску в циліндрі від переміщення поршня (рис. 1).

Початок координат відповідає такому уявному розташуванню поршня, при якому об’єм над ним дорівнює нулю.

Вибравши масштаб переміщення поршня в індикаторній діаграмі (як правило 1:1), по осі абсцис відкладають значення

S_c = S /(e-1), (1)

та S. Отримані точки і лінії, що проходять через них (ординати) відповідають ВМТ і НМТ.

Вибравши масштаб тиску, який доцільно прийняти таким, щоб висота індикаторної діаграми дорівнювала 1,6...1,8 ширини, проводять на відстані 0,1 МПа від осі абсцис горизонтальну лінію, яка відповідає атмосферному тиску Р₀. Потім на діаграму наносять отримані в результаті теплового розрахунку значення тисків:

по ординаті, що відповідає НМТ – Р_а, і Р_b;

по ординаті, що відповідає ВМТ – Р_r, Р_c, P_z; (для дизелів P'_z та P_z на відстані S_c r від осі ординат.

Для графічної побудови ліній стиснення а-с і розширення z-b із початку координат проводять допоміжні промені під кутом a до осі абсцис і під кутами b₁, b₂ до осі ординат. Кут a обирається довільно (рекомендується, щоб tg a=0,3), а кути b₁, b₂ будуються за залежностями:

;

.

де п₁, п₂ – показники політроп стиснення та розширення.

Для забезпечення більш високої точності побудови бажано виконувати, відкладаючи не безпосередньо кути, а будуючи їх по тангенсах.

Побудова ліній стиснення а-с і розширення z-b можна вести в будь-якому напрямку, але більша точність забезпечується при побудові з точок с і z.

Побудова лінії стиснення.

Із точки с проводиться дві лінії: одна - паралельна осі абсцис до зустрічі з віссю ординат, інша - паралельна осі ординат до зустрічі з променем, проведеним під кутом a.

Із точки перетину з віссю ординат першої лінії під кутом 45⁰ до осі ординат проводиться лінія до зустрічі з променем, проведеним під кутом b₁. Із отриманої точки проводиться горизонтальна пряма. Із точки перетину другої лінії з променем, проведеним під кутом a, проводиться пряма під кутом 45⁰ до осі абсцис до перетину осі, а з цієї точки проводиться вертикальна пряма до перетину з раніше проведеною горизонтальною лінією. Ця точка розташована на політропі стиснення. Із цієї точки побудова виконується аналогічно і отримується наступна точка лінії стиснення.

Побудова повторюється доти, поки чергова точка не розташується правіше точки а.. Через отримані точки проводять тонкими лініями криву, що являє собою лінію стиску.

Л інія розширення будується із точки z таким же способом, але із використанням променя, проведеного під кутом b₂ до осі ординат.

Лінії стиску і розширення обов'язково повинні проходити через точки а і b відповідно. Якщо хоча б одна з цих точок виявиться не на лінії, то потрібно перевірити побудову та обчислення і усунути помилки.

З'єднавши лініями нанесені розрахункові точки, одержимо лінії стиснення і розширення розрахункового циклу.

Лінії впуску і випуску будуються горизонтально, із заокругленнями в місцях їх з’єднання між собою та з лініями стиснення і розширення.

Після побудови діаграми розрахункового циклу діаграма округляється і отримується індикаторна діаграма дійсного робочого циклу двигуна.