Построение индикаторной диаграммы дизельного

двигателя

 

Индикаторную диаграмму дизельного двигателя строят по результатам теплового расчёта для номинального режима его работы аналитическим методом.

Для построения индикаторной диаграммы необходимо определить ординаты промежуточных точек политроп сжатия и расширения, расчёт которых выполняют в табличной форме (табл.4).

Высота камеры сгорания после сжатия:  h_с=2/(e-1).                            (51)

Высота камеря сгорания после расширения: h_z=r*h_c.                   (52)

S_x=(1-соsa+l₁/4*(1-cos2a)  - безразмерное перемещение поршня.         (53)

(2+h_c)/(S_x+h_c)=e_х - текущее значение степени сжатия                               (54)

(S_x+h_c)/(r*h_c)=d_х - текущее значение степени последующего расширения (55)

р_bx=p_z/d_xⁿ² - абсолютное давление на участке расширения                        (56)

р_сx=p_а*e_xⁿ¹ - абсолютное давление на участке сжатия                                (57)

Индикаторную диаграмму строят в координатах р_г – S_x (давление газов – ход поршня) и р_г – j (давление – угол поворота кривошипа).

В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережение зажигания определяют положение характерных точек:

 

Таблица 4 – Характерные точки (дизель безнаддува)

 

обозначение	ao	ao	Sx=(1-соsa)+l1/4*(1-cos2a)	Sх=АХ, мм
r'	160 до в.м.т.	16	0,049	2,9
a'	160 после в.м.т.	16	0,049	2,9
a''	400 после н.м.т.	140	1,82	107,0
c'	150 до в.м.т.	15	0,043	2,5
b'	400 до н.м.т.	140	1,820	107,0

Таблица 5 – Характерные точки (дизель с наддувом, образец)

 

обозначение	ao	ao	Sx=(1-соsa)+l1/4*(1-cos2a)	Sх=АХ, мм
b'	600 до н.м.т.	120	1,594	93,8
r'	250 до в.м.т.	25	0,116	6,8
a'	250 после в.м.т.	25	0,116	6,8
a''	600 после н.м.т.	120	1,59	93,8
c'	200 до в.м.т.	20	0,075	4,4
f	12 до в.м.т.	12	0,027	1,6

 

Результаты расчёта точек политроп сводятся в таблицу 6 и по ним строится индикаторная диаграмма (см. рисунок 3).

Таблица 6 – Индикаторная диаграмма (дизельного двигателя, образец)

 

ao	Sx	Sx+hc	Политропа сжатия			Политропа расширения			ao
			(2+hc)/(Sx+hc)	exn1	Pcx, МПа	(Sx+hc)/(r*hc)	dn2	рbx, МПа
0	0,00	0,138	15,49	42,0	3,469	-	-	-	360
10	0,02	0,157	13,61	35,2	2,907			5,901	350
20	0,08	0,214	10,01	23,2	1,913	1,08	1,1	5,364	340
30	0,17	0,304	7,02	14,3	1,179	1,54	1,73	3,406	330
40	0,29	0,426	5,02	9,0	0,746	2,15	2,66	2,218	320
50	0,43	0,571	3,74	6,0	0,499	2,88	3,88	1,521	310
60	0,60	0,736	2,91	4,3	0,354	3,71	5,36	1,101	300
70	0,77	0,911	2,35	3,2	0,264	4,60	7,04	0,838	290
80	0,95	1,090	1,96	2,5	0,207	5,50	8,87	0,665	280
90	1,13	1,268	1,69	2,0	0,168	6,40	10,76	0,548	270
100	1,30	1,438	1,49	1,7	0,142	7,26	12,64	0,467	260
110	1,46	1,595	1,34	1,5	0,123	8,05	14,43	0,409	250
120	1,60	1,736	1,23	1,3	0,110	8,76	16,08	0,367	240
130	1,72	1,857	1,15	1,2	0,100	9,37	17,53	0,337	230
140	1,82	1,958	1,09	1,1	0,093	9,88	18,76	0,315	220
150	1,90	2,037	1,05	1,1	0,088	10,28	19,73	0,299	210
160	1,95	2,093	1,02	1,0	0,085	10,56	20,43	0,289	200
170	1,99	2,127	1,01	1,0	0,083	10,73	20,86	0,283	190
180	2,00	2,138	1,00	1,0	0,083	10,79	21,00	0,281	180

Динамический расчёт кривошипно-шатунного механизма

Давление и силы давления газов (р_г, кПа и Р_г, кН)

           

                     p_г=p-p_o,      Р_г=р_г*(p*D²/4), кН                                       (58)

 

где: р и р_о - абсолютное давление газов, взятое по индикаторной диаграмме,    и атмосферное давление, кПа.

Массы поступательно движущихся и вращающихся частей КШМ, кг находятся по зависимостям

 

                      m = m_п + 0,3·m_ш,    m_r = m_к +0,7·m_ш,                            (59)

где   m_п, m_ш и m_к – массы комплекта поршня, шатуна и неуравновешанной  части одного колена вала, кг.

                    m_п=m_п'*F_п;     m_ш=m_ш'*F_п;       m_к=m_к'*F_п                  (60)

где: m_п',m_ш' и m_к'-конструктивные массы КШМ находятся методом линейной интерполяции (см. приложение А)

     F_п- площадь поршня, м²

 

Силы инерции поступательная и центробежная, кН

 

P_j=-m*R*w²*(cosa+l₁*cos2a)*10^-3,                                                  (61)

Р_ц=-m_r*R*w²*10^-3                                                                                         (62)

 

   

        Суммарная сила,    Р_S = Р_г + Р_j.                                                     (63)

 

 

Прочие силы

                               кН- сила по оси шатуна                                             (64)

где:                                                                                                       (65)

N=P _S*tgb     кН - сила нормальная к стенке цилиндра                    (66)

где:                                                                                                      (67)

                                    кН - тангенциальная, нормальная сила к                 (68)

                                          радиусу кривошипа

где:                                                                                                         (69)

                                  

                                     кН - радиальная сила                                            (70)

где:                                                                                                         (71)

 

  Р_к=К+Р_ц          кН - результирующая вдоль кривошипа                       (72)

                                   кН - результирующая сила по оси шатунной           (73)

                                  шейки

     Результаты динамического расчета оформляются в виде таблиц и интерпретируются графически (примеры на рисунках 4 - 7).

Среднее значение тангенциальной силы при графическом и аналитическом определении (проверка правильности расчетов), кН

 

                ,                                                                      (74)

где     T_i – текущее значение силы Т для одного цилиндра;

     t= 4 – тактность двигателя.

Погрешность силы Т, %

 

                                                                                                                             (75)