Материал: 2181
|
|
|
И |
|
|
Д |
|
|
А |
|
|
б |
|
|
|
и |
|
|
|
Рис. 1.4. Теоретическая индикаторная д аграмма ензинового двигателя
сферного (двигателиСбез наддува) или равным давлению наддува (двигатели с наддувом). Поршень движется от ВМТ к НМТ, проходя точки 1 10. Впускной клапан открыт.
Процесс наполнен я свеж м зарядом цилиндра (воздухом у дизеля, топливом и воздухом у бензинового двигателя) происходит при постоянном давлении, значение которого на 10 – 20% меньше атмо-
Процесс сжатия воздуха начинается в НМТ (клапаны закрыты), поршень движется к ВМТ, проходя точки 10 1. Процесс сжатия протекает политропно (кривая между значениями давления Ра и Рс) и определяется выражением
Ртек. сж = Pа · εn1тек , |
(1.10) |
где Ртек.сж текущие значения давления на линии сжатия; εтек текущее значение величины сжатия в цилиндре при различных положени-
11
ях поршня (в нашем примере εтек изменяется от 1 до 10); n1 среднее значение политропы сжатия для бензиновых двигателей 1,3 − 1,37.
Величина εтек зависит от полного объема цилиндра Vа, текущего объема сжатого воздуха перед поршнем Vтек и определяется выражением [1]
εтек = Vа / Vтек . |
(1.11) |
Для положения поршня в цилиндре 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 (см. рис. 1.4) текущая величина сжатия εтек равна 1 (10/10); 1,11 (10/9); 1,25 (10/8); 1,42 (10/7); 1,66 (10/6); 2,0 (10/5); 2,5 (10/4); 3,3 (10/3); 5,0 (10/2); 10 (10/1).
Давление в конце такта сжатия Рс определим по формуле |
|
Рс = Pа · εn1 . |
(1.12) |
В нашем примере Рс = 0,08·101,35 =1,8 МПа. Значение Рс |
для бен- |
зиновых двигателей достигает давления, равного 1,5 − 2,0 МПа. |
|
В конце процесса сжатия горючая смесь, состоящая примерно из |
|
меняется при помощи искры и фронт пламениИраспространяется по объему камеры сгорания со скоростью 40 − 60 м/с. Температура в
процессе сгорания достигает 2200 −Д2400 К, а давление 4 − 6 МПа. Повышение давления при сгорании λ = Рz / Pc зависит от степени сжа-
15 частей воздуха и 1 части распыленного топлива (бензина), воспла-
тия, угла опережения зажиганиябА, частоты вращения и может достигать значения, равного 3 − 4. В нашем примере λ = 3.
НМТ, проходя точкии1 10). Давление газов снижается и в конце расширения достигает значения Рв = 0,3 − 0,5 МПа. Давление в конце расширения определяется по формуле Рв= Рz / ε n2. Промежуточные
В процессе расш рен я (о ъем увеличивается) совершается работа давлением газов (такт расширения, поршень движется от ВМТ к
значения давления на линии расширения находим из выражения |
|
|
С |
Ртек. рас = Pz / δ n2тек , |
(1.13) |
|
||
где n2 – показатель политропы расширения, равный для бензиновых двигателей 1,25 1,30; δтек− текущая степень расширения, равная для нашего примера 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10.
В некоторых учебных пособиях величину Ртек рас определяют по формуле
Ртек. рас = Pв · δ n2тек , |
(1.14) |
что может привести к ошибкам в расчетах. Так, при δтек= 5 по фор-
муле (1.13) Ртек.рас = 0,73 МПа, а по формуле (1.14) − 2,24 МПа.
12
Для построения линий сжатия и расширения индикаторной диаграммы по формулам (1.10) и (1.13) делаем вычисления и заносим их в табл. 1.1. Затем в соответствующем масштабе откладываем точки на линии сжатия и расширения. Участки диаграммы 1–10 относятся к линии расширения, а 10–1 к линии сжатия (изменяется направление движения поршня).
Для определения индикаторных показателей – работы сжатия, расширения, индикаторной работы, среднего индикаторного давления на участках диаграммы 1–2, 2–3, 3–4, 4–5, 5–6, 6–7, 7–8, 8–9, 9–10
сначала определяем работу сжатия (Н·м) по формуле
Атек.сж = Ртек.сж· V , |
(1.15) |
где Ртек.сж – среднее текущее значение давления на расчетном участке диаграммы; V – объем цилиндра на расчетном участке.
На участке 10–9 (см. рис. 1.4, табл. 1.1) величина Ртек.сж равна:
Ртек.сж = (0,08+0,09)/2 = 0,085 МПа или 0,085·106 Н/м2. При диаметре цилиндра D = 8 см и ходе поршня S = 9 см рабочий объем цилиндра
|
Vh = π·D2·S /4 = 3,14· 82 · 9/4 = 450 см3 = 0,45 л = 4,5·10−4 м3 . (1.16) |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
И |
|
|
|
|
||
|
Так как величина рабочего объема цилиндра разделена на 9 час- |
||||||||||||||||
тей (шаг расчета), то 1/9 часть объема V= 0,5·10 -4 м3. Для повыше- |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Д |
|
|
|
|
|
|
||
ния точности расчета диаграмму разделяют на большее число участ- |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
ков. |
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.1 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Расчетные данные для построения линии сжатия и расширения |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Линия сжатия «а – с» |
|
|
Линия расширения «z – в» |
|||||||||||||
|
Номер |
|
εтек |
εn1тек |
|
Ра ·εn1тек, |
|
Номер |
|
δтек |
|
δn2тек |
|
|
Pz / δn2тек, |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
участка |
|
|
МПа |
|
участка |
|
|
|
|
МПа |
|
|||||
|
10 |
|
1,0 |
1,0 |
|
0,08 (Ра) |
|
1 |
|
1 |
|
1,0 |
|
|
5,4 (Рz) |
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
1,11 1,137 |
|
0,09 |
|
|
2 |
|
2 |
|
2,38 |
|
|
2,27 |
|
||
|
8 |
|
1,25 |
1,35 |
|
0,108 |
|
3 |
|
3 |
|
3,94 |
|
|
1,37 |
|
|
|
7 |
|
1,42 |
1,6 |
|
0,128 |
|
4 |
|
4 |
|
5,6 |
|
|
0,96 |
|
|
|
6 |
|
1,66 |
1,98 |
|
0,158 |
|
5 |
|
5 |
|
7,47 |
|
|
0,73 |
|
|
|
5 |
|
2,0 |
2,55 |
|
0,20 |
|
|
6 |
|
6 |
|
9,4 |
|
|
0,57 |
|
|
4 |
|
2,5 |
3,44 |
|
0,275 |
|
5 |
|
5 |
|
11,4 |
|
|
0,47 |
|
|
|
3 |
|
3,3 |
5,0 |
|
0,40 |
|
|
8 |
|
8 |
|
13,4 |
|
|
0,40 |
|
|
2 |
|
5,0 |
8,78 |
|
0,70 |
|
|
9 |
|
9 |
|
15,6 |
|
|
0,35 |
|
|
1 |
|
10 |
22,4 |
|
1,80 (Рс) |
|
10 |
|
10 |
|
17,8 |
|
|
0,30 (Рв) |
|
|
13
|
На рис. 1.5 показано оп- |
||
|
ределение работы по величине |
||
|
среднего давления газов |
Рср |
|
|
на участке изменения объёма в |
||
|
цилиндре |
V. Подобным спо- |
|
|
собом находим работу расши- |
||
|
рения газов (Н·м) в цилиндре |
||
|
двигателя на выделенных уча- |
||
|
стках: |
|
|
|
Атек.рас= |
Ртек. рас· V . (1.17) |
|
Рис. 1.5. Участок индикаторной диаграммы |
Результаты расчетов |
сво- |
|
и определение работы на нём |
И |
|
|
дим в табл. 1.2. |
|
||
Индикаторная работа на каждом участке равна разности работы |
|||
Д |
|
|
|
расширения и работы сжатия. Ввиду малости работы, затраченной на |
|||
газообмен (впуск и выпуск), её величиной пренебрегаем. Суммарная |
|||||||||
|
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
работа Асум находится путем сложения индикаторной работы каждого |
|||||||||
участка и составляет 344 Дж. |
|
|
Таблица 1.2 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
Определение индикаторной работы |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
|
и |
Ра ота |
|
Индика- |
Суммарная |
|
|
|
|
Работа |
|
|
|
||||
|
участка диа- |
сжат я, |
расш рения, |
|
торная работа, |
работа, |
|
||
|
граммы |
|
С |
бДж |
|
Дж |
Дж |
|
|
|
|
Дж |
|
|
|||||
|
10–9 |
|
4,25 |
|
16,25 |
|
12,0 |
|
|
|
9–8 |
|
5,0 |
|
19,0 |
|
13,0 |
25,0 |
|
|
8–7 |
|
6,0 |
|
21,0 |
|
15,0 |
40,0 |
|
|
7–6 |
|
7,0 |
|
25,0 |
|
18,0 |
58,0 |
|
|
6–5 |
|
9,0 |
|
32,0 |
|
23,0 |
81,0 |
|
|
5–4 |
|
12,0 |
|
39,0 |
|
27,0 |
108,0 |
|
|
4–3 |
|
16,8 |
|
58,0 |
|
41,0 |
149,0 |
|
|
3–2 |
|
28,0 |
|
91,0 |
|
63,0 |
212,0 |
|
|
2–1 |
|
63,0 |
|
195,0 |
|
132,0 |
344,0 |
|
У дизельных двигателей подвод теплоты (сгорание топлива) осуществляется смешанным способом – при постоянном объеме (как у бензиновых двигателей) и при постоянном давлении. Степень повышения давления при сгорании λ = Pz / Рс у дизелей без наддува лежит в пределах 1,5 − 2,5, а степень предварительного расширения (Vz / Vc) –1,2 − 1,5. Степень сжатия у дизелей без наддува лежит в ин-
14
тервале 16 − 18, а с наддувом – в пределах 12 − 16.
На рис. 1.6 показана верхняя часть индикаторной диаграммы дизельного двигателя. Процесс сгорания протекает от точки P'z до точки Pz при постоянном давлении. На этом участке продолжается подача топлива форсункой (продолжается процесс сгорания), и хотя поршень движется к НМТ, давление газов на теоретической индикаторной диаграмме остается постоянным.
Для определения давления в конце расширения дизельных двига-
телей используют формулу |
Рв=Рz /δn2, |
|
(1.18) |
||
|
|
|
|||
где Pz – величина максимального давления сгорания, МПа; |
|||||
δ = ε / ρп – степень последующего расширения. |
для бензиновых двига- |
||||
Степень предварительного расширения ρп |
|||||
телей – 1, а для дизелей: 1,2 − 1,4. |
|
И |
|||
|
|
|
|||
|
|
|
Д |
|
|
|
|
А |
|
|
|
|
б |
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
С |
|
|
|
|
|
Рис. 1.6. Верхняя часть индикаторной диаграммы дизеля: Vc – объём камеры сгорания; Vz – объём предварительного расширения
15