2.4. Построение индикаторной диаграммы

Определив параметры всех точек индикаторной диаграммы (Ра, Рс, Pz, Рв и Рг) расчетным путем, переходят к построению действительной индикаторной диаграммы. Расчетная диаграмма отличается от теоретической только тем, что процессы расширения и сжатия в ней принимают не адиабатными, а политропными с показателямиn₁иn₂. Обычно высота диаграммы должна быть больше длины в 1,2 … 1,5 раза.

Выбирают масштаб давлений: p= 1 МПа = 40 ... 50 мм.

Масштаб объемов: линейный масштаб рабочего объема цилиндра (, л) соответствует ходу поршня (S, мм). Для удобства построения его величину принимают равной 100 мм.

Определяют число миллиметров, соответствующее объему камеры сгорания:

. (2.57)

Наносят на миллиметровой бумаге расчетные значения и и точки, полученные путем расчета: Ра, Рс,Pz, Рв, Рг (рис. 1). Линию, соответствующую атмосферному давлению (Р₀), проводят в виде тонкой горизонтали.

Построение индикаторной диаграммы может быть выполнено аналитически и графически.

Аналитический способ.Первоначально строят кривые расширения и сжатия аналитическим методом, который основан на использовании уравнения политропы:

.

Любая искомая точка политропы сжатия находится из выра-жения:

, откуда . (2.58)

Принимая значения для отношения в пределах от 1 до– степени сжатия, можно определить соответствующие величины Р_хполитропы сжатия. Значения для различных Р_хполитропы расширения определяются аналогично из выражения:

, откуда , (2.59)

где значения для отношения объемов для дизелей берутся в пределах от 1 до– степени последующего расширения,определеннойранее.

Рис. 1. Индикаторная диаграмма дизельного двигателя

Графический способ.Построение политроп сжатия и расширения производится по методу Брауэра (рис. 2).

Рис. 2. Построение действительной индикаторной диаграммы

двигателя (метод Брауэра)

Из начала координат под произвольным углом α (рекомендуют принимать 15 … 20 ⁰) к оси абсцисс проводят лучОМ, затем под определенными углами β₁и β₂к оси ординат – два лучаONиOK. Тангенсы этих углов соответственно для сжатия и расширения:

и .

Кривую политропы сжатия строят следующим образом. Из точки С конца сжатия проводят линию, параллельную оси абсцисс, до пересечения с осью ординат, из точки пересечения под углом 45⁰– линию до пересечения с лучомON, а из этой точки – горизонтальную линию. Затем из точки С проводят линию, параллельную оси ординат, до пересечения с лучомOM, из точки пересечения под углом 45⁰к вертикали – линию до пересечения с осью абсцисс, а из полученной точки восстанавливают перпендикуляр до пересечения с ранее проведенной горизонтальной линией. Точка пересечения этих двух линий даст новую точку политропы сжатия. Аналогичным путем находят и другие точки политропы сжатия.

Кривую политропы расширения строят таким же путем, как и политропы сжатия, из точки Z.

Построенные расчетные диаграммы отличаются от действительных, так как реальный процесс сгорания протекает при конечных скоростях, и имеют место углы опережения зажигания и предварение выпуска. Указанные отличия в протекании процессов обусловливают плавный переход одного процесса в другой, соответственно чему производится скругление диаграммы.

Таким образом, после построения политроп расширения и сжатия производится скругление индикаторной диаграммы с учетом опережения открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов и момента зажигания смеси. Для этого:

а) под осью абсцисс проводят на пути поршня S, как на диаметре, полуокружность радиусомR=S/ 2 (рис. 1, 2);

б) из центра вправо откладывают отрезок O'О'₁=R²/ 2L,

где L– длина шатуна, вычисляется из соотношения

; (2.60)

в) из точки под углом(угол опережения открытия выпускного клапана) проводят луч, полученную точку, соответствующую открытию выпускного клапана, сносят на кривую расширения ;

г) наносят на окружность точку C₁, соответствующую углу опережения зажигания= 20 ... 30°, и сносят на кривую сжатия в виде точки. Положение точкиопределяют углом опережения зажигания, а положение точкиможет быть найдено из выражения

.

д) подсчитывают = 0,85(действительное давление в конце сгорания смеси) и наносят на кривую расширения в виде точки;

е) проводят кривую изменения конца сжатия в связи с опережением зажигания (через точку С);

ж) проводят прямую из точки до точки;

з) проводят плавную кривую с учетом предварения открытия выпускных клапанов. Точкарасположена примерно на равном расстоянии от точек а иb.

После этого проводят линию атмосферного давления, линию выпуска и линию впускаra.

Проведя все указанные построения, получаем действительную индикаторную диаграмму.

При построении индикаторной диаграммы дизельного двигателя необходимо учесть наличие точек ив соответствии со значением степени предварительного расширения(рис. 1). Площадь индикаторной диаграммы можем заменить площадью равновеликого прямоугольника, ординатой которого является – среднее индикаторное давление, определенное выше, а основанием – величина хода поршня.

Положение точки должно быть смещено вправо от линии (в.м.т.) на 10 … 15⁰поворота коленчатого вала. Точкадолжна соответствовать моменту открытия выпускного клапана.

Как видно из чертежа, площадь действительной диаграммы меньше площади расчетной. Это уменьшение учитывается коэффициентом полноты диаграмм. Кроме того, в действительных условиях затрачивается работа на осуществление процессов впуска и выпуска, величина которой измеряется площадью.