12. Построение индикаторной диаграммы двигателя внутреннего сгорания

Индикаторная диаграмма ДВС строится с использованием данных расчета рабочего процесса.

1. При построении диаграммы ее масштабы рекомендуется выбирать с таким расчетом, чтобы получить высоту равной 1,2–1,7 ее основания. Масштабы диаграммы принимаются в следующих пределах: масштаб хода поршня M_S = 0,5; 1,0; 1,5 мм в мм; масштаб давлений M_p = 0,020; 0,025; 0,040; 0,050; 0,070–0,100 МПа в мм.

2. Определяется длина отрезка AB, соответствующего рабочему объему цилиндра, а по величине равного ходу поршня S в масштабе M_S, мм

.

(12.1)

3. Определяется отрезок OA, соответствующий объему камеры сгорания, мм

.

(12.2)

Для дизелей, работающих по циклу со смешанным подводом теплоты, также определяется величина отрезка z′z, соответствующего перемещению поршня, при котором продолжается подвод теплоты в цикл в процессе расширения (при постоянном давлении), мм

,

(12.3)

где ρ – степень предварительного расширения.

4. Из точки O, являющейся началом координат диаграммы, по оси абсцисс откладывается отрезок OA (мм). Далее от точки A по оси абсцисс откладывается отрезок AB. Таким образом, абсцисса A соответствует положению поршня в верхней мертвой точке (в.м.т.), а абсцисса B – в нижней мертвой точке (н.м.т.).

5. На основании данных теплового расчета определяется максимальная высота диаграммы (точка z), а также ординаты характерных точек, мм: ; ; ; ; ; .

6. Характерные точки a (B, ); b (B, ); c (A, ); r (A, ); z (A, ) наносятся на диаграмму. Также показывается величина давления окружающей среды p₀.

7. Производится построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом.

Построение политропы сжатия производится с использованием зависимости, МПа

,

(12.4)

где p_x, V_x – давление и объем в искомой точке процесса сжатия.

Если привести параметры состояния рабочего тела в надпоршневом пространстве к масштабу диаграммы, то зависимость 12.4 может быть преобразована к следующему виду, мм

,

(12.5)

где OX – расстояние по оси абсцисс от начала координат до искомой точки процесса сжатия, мм.

Отношение V_a/V_x, а соответственно и OB/OX, изменяется в пределах от 1 до ε (степень сжатия).

Построение политропы расширения производится с использованием зависимости, МПа

,

(12.6)

где p_x, V_x – давление и объем в искомой точке процесса расширения.

Если привести параметры состояния рабочего тела в надпоршневом пространстве к масштабу диаграммы, то зависимость 12.6 может быть преобразована к следующему виду, мм

.

(12.7)

Для бензиновых двигателей отношение V_b/V_x, а соответственно и OB/OX, изменяется в пределах от 1 до ε, а для дизелей – от 1 до δ=ε/ρ (степень последующего расширения).

Определение ординат расчетных точек политроп сжатия и расширения удобно производить в табличной форме (см. табл. 12.1).

Точки a и c соединяют плавной кривой, проходящей через вычисленные и нанесенные на поле диаграммы точки политропы сжатия, а точки z и b – кривой, проходящей через точки политропы расширения (координаты точек в табл. 12.1 приведены в графах 2 и 5 для политропы сжатия и в графах 2 и 8 для политропы расширения).

8. Для бензинового двигателя прямыми линиями соединяются точки с и z, а также b и a, а для дизеля – точки c и z′; z′ и z, а также b и a. Принимается, что процесс выпуска протекает сначала при постоянном объеме от давления p_b до давления p_r (из точки b вертикально вниз), затем – при постоянном давлении p_r от н.м.т. до в.м.т. (горизонтально до точки r), а процесс впуска сначала протекает также при постоянном объеме от давления p_r до давления p_a (из точки r вертикально вниз), затем – при постоянном давлении p_a от в.м.т. до н.м.т. (горизонтально до точки a).

Таблица 12.1