- •Содержание
- •Введение
- •1Тепловой расчёт рабочего цикла двигателя
- •1.1 Рабочее тело и его свойства
- •1.2 Процесс впуска
- •1.3 Процесс сжатия
- •1.4 Процесс сгорания
- •1.5 Процесс расширения
- •1.6 Процесс выпуска
- •1.7 Индикаторные показатели рабочего цикла
- •1.8 Эффективные показатели двигателя
- •1.9 Основные параметры и показатели двигателя
- •1.10 Оценка надежности проектируемого двигателя
- •1.11 Тепловой баланс двигателя
- •1.12 Построение индикаторной диаграммы
- •2 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма
- •2.1 Расчет силовых факторов, действующих в кривошипно-шатунном механизме
- •3 Подбор автотранспортного средства к двигателю
- •4 Порядок компоновки двигателя
- •Заключение
- •Список использованных источников
- •Приложение а
- •Основные показатели двигателя Приложение б Техническая характеристика двигателя
1.12 Построение индикаторной диаграммы
Индикаторная диаграмма – графическая зависимость давления газа в цилиндре от надпоршневого объема, либо перемещения поршня или угла поворота коленчатого вала. Индикаторная диаграмма строится с использованием результатов теплового расчета.
Определяется отрезок АВ в мм, соответствующий рабочему объёму двигателя Vh, по величине равный ходу поршня S в масштабе µs = S/AB в мм/мм Масштаб µsпринимают равным 1,0; 1,5 или 2,0. При этом длина отрезка АВ = S/µs должна войти в рекомендуемый диапазон 70…100 мм.
Отрезок ОА в мм соответствует объёму камеры сгорания Vc, и определяется из выражения ОА = АВ/(ε - 1).
На оси абсцисс в соответствии с рисунком 1 откладываются отрезки ОА и АВ.
Отрезок, соответствующий полному объему цилиндра ОВ в мм определяется по формуле: ОВ = ОА+АВ.
Масштаб хода поршня µs = 1,5 мм/мм.
Отрезок, соответствующий рабочему объему цилиндра, АВ=115/1,5=76,7 мм.
Отрезок, соответствующий объёму камеры сгорания, ОА=76,7/(17,4-1)=4,68 мм.
Отрезок, соответствующий полному объему цилиндра ОВ=76,7+4,68=81,38 мм.
По оси ординат откладывается отрезок ОД, соответствующий максимальному давлению сгорания, в масштабе µр=рz /ОД в МПа/мм так, чтобы отношение ОД/АВ = 1,2…1,7, а масштаб давления принимал одно из рекомендуемых значений µр=0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0,07; 0,10.
Масштаб давления µр =0,07 МПа/мм.
Затем по данным теплового расчета на диаграмме откладывают в масштабе µр величины давлений pа, pc, pz, pb, pr, соответствующих характерным точкам: а; с; z; b; r. Между точками А и В проводятся прямые линии, параллельные оси абсцисс, ординаты которых соответствуют давлениям.
мм,
мм,
мм,
мм,
мм.
Построение политроп сжатия и расширения проводится аналитическим методом. Для этого вычисляется ряд промежуточных точек (от 8 до 12) для интервала объёмов (Vc … Va) и (Vz … Vb) по уравнению политропы pVn = const.
Для политропы сжатия откуда определяется давление в МПа по формулам:
. (2.90)
где px и Vx – давление и объём в расчетной точке процесса сжатия;
ОВ – отрезок, соответствующий полному объему цилиндра, мм;
ОХ – абсцисса расчетной точки, мм.
Аналогично для политропы расширения определяется давление в МПа по формулам:
. (2.91)
Абцисса расчетной точки ОХ в мм определяется по формуле:
.
где АХ – перемещение поршня в мм и определяется по формуле:
. (2.92)
где λ – отношение радиуса кривошипа R к длинне шатуна Lш, выбирается по таблице 1.11.
α – угол поворота коленчатого вала, град., а значения тригонометрической функции
для различных λ и α приведены в приложении Б.
Таблица 1.11 – Величина параметра различных двигателей
Двигатель |
|
ВАЗ-2106 |
0,296 |
ЗМЗ-53-11 |
0,256 |
ЗИЛ-508.10 |
0,257 |
ЯМЗ-236М |
0,264 |
КАМАЗ-740 |
0,270 |
Существующие |
0,24…0,31 |
Политропы сжатия и расширения строят в диапазонах α=180…360° и α = 360…540 соответственно с шагом ∆α = 10°. Результаты расчета заносятся в таблицу 2.12.
Между точками А и В проводятся прямые линии, параллельные оси абсцисс, ординаты которых соответствуют давлениям pа, pr, p0. Точка с соединяется отрезком с точкой z (для дизелей z´), точка b соединяется вертикальным отрезком с линией рr в точке 1 , точка r соединяется вертикальным отрезком с линией pa в точке m.
Для дизельного двигателя через точку Д параллельно оси абсцисс проводится полупрямая. Она пересекакется в точке z´ с вертикальной линией, проходящей через точку А, а также с линией политропы расширения в точке z. Величина отрезка zz´ должна совпасть со значением, полученым по формуле: zz′ = ОА(ρ-1).
мм.
Таким образом, получается теоретическая (расчетная) индикаторная диаграмма, а rmac(z´)zb1r.
Действительная индикаторная диаграмма отличается от теоретической (расчетной), т.к. в реальном двигателе за счет опережения зажигания или впрыска топлива рабочая смесь воспламеняется до прихода поршня в ВМТ и повышает давление в конце хода сжатия. Процесс видимого сгорания происходит при изменяющемся объёме. Открытие выпускного клапана до прихода поршня в НМТ снижает давление в конце хода расширения.
Для построения действительной индикаторной диаграммы находятся характерные точки. Давление в точке с″, характеризующей момент достижения поршня ВМТ, определяется по формуле:
рс″=(1,15…1,25)рс, (2.93)
МПа.
Точку b˝ - момент достижения поршня НМТ в конце расширения – располагают между точками b и a. При этом давление рb˝ в МПа ориентировочно расчитывают по формуле:
, (2.94)
МПа.
Точка zд характеризует действительное максимальное давление цикла рzдв МПа, определяемое по формуле:
- для дизельного двигателя
рzд = рz; (2.95)
МПа.
Таблица 1.12 – Результаты расчета политроп сжатия и расширения
α, град |
|
АХ, мм |
ОХ, мм |
|
Сжатие |
α, град |
Расширение |
||||
|
,мм |
|
,мм |
||||||||
180 |
2 |
76,7 |
81,38 |
1,000246 |
0,091330517 |
1,3047216 |
540 |
0,326097747 |
4,658539 |
||
190 |
1,988878501 |
76,27349 |
80,95349 |
1,005516 |
0,091985544 |
1,3140791 |
530 |
0,328195005 |
4,6885 |
||
200 |
1,955484621 |
74,99284 |
79,67284 |
1,021678 |
0,094002196 |
1,3428885 |
520 |
0,334642304 |
4,780604 |
||
210 |
1,899775404 |
72,85639 |
77,53639 |
1,04983 |
0,097542169 |
1,3934595 |
510 |
0,345925512 |
4,941793 |
||
220 |
1,821823191 |
69,86692 |
74,54692 |
1,09193 |
0,102900047 |
1,4700006 |
500 |
0,36292354 |
5,184622 |
||
230 |
1,722008862 |
66,03904 |
70,71904 |
1,151034 |
0,110547907 |
1,5792558 |
490 |
0,387030348 |
5,529005 |
||
240 |
1,60125 |
61,40794 |
66,08794 |
1,231692 |
0,121214278 |
1,7316325 |
480 |
0,420368623 |
6,005266 |
||
250 |
1,461228143 |
56,0381 |
60,7181 |
1,340622 |
0,136021406 |
1,9431629 |
470 |
0,466155925 |
6,65937 |
||
260 |
1,30457743 |
50,03054 |
54,71054 |
1,48783 |
0,156726833 |
2,2389547 |
460 |
0,529337558 |
7,561965 |
||
270 |
1,135 |
43,52725 |
48,20725 |
1,688543 |
0,186160339 |
2,6594334 |
450 |
0,61770668 |
8,824381 |
||
280 |
0,957281074 |
36,71173 |
41,39173 |
1,966576 |
0,229043258 |
3,2720465 |
440 |
0,743951834 |
10,62788 |
||
290 |
0,777187857 |
29,80515 |
34,48515 |
2,360436 |
0,293589292 |
4,1941327 |
430 |
0,929540084 |
13,27914 |
||
300 |
0,60125 |
23,05794 |
27,73794 |
2,934609 |
0,39476542 |
5,6395060 |
420 |
1,212352444 |
17,31932 |
||
310 |
0,436433642 |
16,73723 |
21,41723 |
3,800678 |
0,561153756 |
8,0164822 |
410 |
1,662065531 |
23,74379 |
||
320 |
0,289734305 |
11,11131 |
15,79131 |
5,154734 |
0,849319801 |
12,133140 |
400 |
2,410511456 |
34,43588 |
||
330 |
0,167724596 |
6,432238 |
11,11224 |
7,325257 |
1,369713913 |
19,567341 |
390 |
3,700850054 |
52,86929 |
||
340 |
0,076099379 |
2,918411 |
7,598411 |
10,71277 |
2,296872938 |
32,812470 |
380 |
5,884337413 |
84,06196 |
||
350 |
0,019262995 |
0,738736 |
5,418736 |
15,02195 |
3,637631593 |
51,966165 |
370 |
8,888405029 |
126,9772 |
||
360 |
0 |
0 |
4,68 |
17,39316 |
4,440026968 |
63,42895 |
360 |
10,62868248 |
151,8383 |
Положение точки zд должно соответствовать условию допустимой скорости нарастания давления Крв МПа/град, которая определяется по формуле:
(2.96)
где - нарастание давления в МПа, определяется по формуле:
(2.97)
- угол поворота коленчатого вала, соответствующий точке zд:
для дизельных двигателей = 6…15°; =0,2…0,5 МПа/град (при пленочном смесеобразовании); =1,0…1,2 МПа/град (при объемном смесеобразовании). Положение точки zд на индикаторной диаграмме АХ(zд) определяется по формуле для перемещения поршня АХ (2.90) при α = 360 + . Поскольку точка zд неможет находиться за пределами индикаторной диаграммы, то должно выполняться следующее условие:
, (2.98)
Принимаются характерные углы:
- угол опережения начала впрыска топлива αв = 15…25˚
- продолжительность периода задержки воспламенения αи = 8…12о;
- значения фаз газораспределения выбираются либо близкими к значениям современных автомобильных двигателей внутреннего сгорания, либо из статистического диапазона в соответствии с таблицей 1.13.
Таблица 1.13 – Фазы газораспределения различных двигателей
Тип двигателя |
Впускной клапан |
Выпускной клапан |
||
Начало открытия до ВМТ α о.вп , |
полное закрытие после НМТ α з.вп, град. |
начало открытия до НМТ α о.в, град. |
полное закрытие после ВМТ α з.в, град. |
|
КАМАЗ-740 |
13 |
49 |
66 |
10 |
Далее в соответствии с принятыми значениями угла опережения зажигания или угла опережения впрыска топлива, периодом задержки воспламенения и значениями фаз газораспределения определяют углы поворота коленчатого вала α в градусах, соответствующие характерным точкам:
- f -начало впрыска топлива или подача искры α(f) = 360 – 20=340;
- с′ - начало видимого сгорания α (c') =360 – 20 + 10 = 350;
- b' – начало открытия выпускного клапана α (b') =540 – 66=474;
- r' – начало открытия впускного клапана α (r') =720 – 13=707;
- а" – полное закрытие впускного клапана α (a") =180 + 49=229;
- a' – полное закрытие выпускного клапана α (а') = 10.
Определяется положение характерных точек по формуле для перемещения поршня АХ (2.92)
Соединение плавными кривыми точек r a′ а a" f c' c" zд b' b" r' r позволяет получить cкругленную действительную диаграмму. По индикаторной диаграмме для проверки теплового расчета и правильности построения диаграммы определяется среднее индикаторное давление в МПа:
, (2.99)
МПа.
.
где – площадь скругленной индикаторной диаграммы, мм2.
Величина , полученная планиметрированием индикаторной диаграммы, не должна отличаться от величины , полученной в тепловом расчете, более чем на 10%.
Индикаторная диаграмма строится на первом листе графической части проекта.