1.7 Визначення параметрів циліндра і двигуна

Визначають орієнтовний робочий об’єм двигуна V_ор, л:

Vор=30·τ·Nepe·nN

де:

τ — тактність двигуна.

Визначають об’єм циліндра двигуна V_h, л:

Vh=Vорi

Знаходять діаметр циліндра D, мм:

D=100·4Vhπ·(SD)

Хід поршня S, мм:

S=D·(SD)

Діаметр циліндра і хід поршня після визначення необхідно округлити до цілих чи до десятих (у залежності від технічного завдання за узгодженням з керівником).

Обчислюють дійсну середню швидкість поршня V_п.сер., м/c, і порівнюють її з попередньо прийнятою:

Vn.cep=S·nN30000

Якщо дійсна і попередньо прийнята середні швидкості поршня відрізняються більш ніж на 1 м/с, необхідно скоригувати її значення і повторити розрахунок механічних втрат та ефективних параметрів двигуна, а також розмірів циліндра.

Фактичний робочий об’єм двигуна V, л:

V=π·D2·S·i4·106

Фактичний робочий об’єм циліндра V_h, л:

Vh=Vi

Індикаторну потужність двигуна N_і, кВт, визначають за формулою:

Ni=pi·V·nN30τ

Фактичну потужність двигуна N_e, кВт, визначають за формулою:

Ne=pe·V·nN30τ

Літрову потужність двигуна N_л, кВт/л, визначають за формулою:

Nл=NeV

Питому поршневу потужність двигуна N_П, кВт/дм², обчислюють за формулою:

NП=4·104·Nei·π·D2

Визначають годинну витрату палива на номінальному режимі:

для бензинових і дизельних — годинну масову витрату G_ПN, кг/год:

GПN=Ne·geN1000

для газових — годинну об’ємну витрату V_ГN, м³/год:

V_ГN = N_e · ν_eN

для газодизельних — годинну об’ємну витрату газового палива V_ГN, м³/год, і годинну масову витрату рідкого палива G_ПN, кг/год:

V_ГN = N_e · ν_eN

GПN=Ne·geNД1000

Обчислюють крутний момент двигуна на номінальному режимі М_КN, Н·м:

MKN=30000·Neπ·nN

1.8 Побудова індикаторної діаграми

Індикаторна діаграма будується з метою наочного представлення теплових процесів, що протікають у двигуні, і самого робочого циклу. Діаграму необхідно будувати на аркуші формату А4 (210×297 мм). На горизонтальній осі потрібно відкласти в масштабі значення мінімального V_c і максимального V_a об’ємів циліндра, що обчислені з виражень:

Vc=Vhε-1

V_a = V_b = V_c + V_h

По вертикальній осі в масштабі відкладають тиск в характерних точках циклу a, c, z, z’, b. Горизонтальний і вертикальний масштаби варто приймати такими, щоб діаграма заповнювала весь аркуш. Для дизельних і газодизельних двигунів абсцису точки z визначають за формулою:

V_z = V_c · ρ

Число проміжних точок V_i у процесах стиску і розширення повинне бути 8–10. Рекомендується для забезпечення точності побудови приймати менші проміжки між значеннями об’ємів у районі верхньої мертвої точки і великі — у районі нижньої мертвої точки. Тиск в проміжних точках політропних процесів стиску і розширення визначаються за формулами:

pci=pa·(VaVi)n1 — на лінії стиску,

pzi=pb·(VbVi)n2 — на лінії розширення.

Результати розрахунку заносять у таблицю 9. Після побудови проміжних точок їх з’єднують плавною кривою за допомогою лекала. Приклади побудови показані на рисунках 1 і 2.

Таблиця 9 Результати розрахунку індикаторної діаграми
Vi, л	pci, МПа	Vi, л	pzi, МПа

Якщо за завданням керівника проектування необхідно побудувати повну індикаторну діаграму, то порядок її побудови наступний.

Після побудови розрахункової діаграми, як описано вище, на графіку відкладають точку r. Далі необхідно задатися кутами фаз газорозподілу, випередження запалювання (для дизелів і газодизелів — випередження впорскування палива), тривалістю затримки запалення і кутом закінчення процесу наявного згоряння (Додаток Д).

Положення точки r′ (відкриття впускного клапана) орієнтовно визначають за формулами:

V_r′ = V_c + 12V_h(1 – cosφ_вип.вп)

p_r′ = p_r

Положення точки a″ (закриття впускного клапана) визначають за формулами:

V_a″ = V_c + 12V_h(1 – cos(180° – φ_зап.вп))

p_a″ = p_r

Положення точки b′ (відкриття випускного клапана) визначають за формулою:

V_b′ = V_c + 12V_h(1 – cos(180° – φ_вип.вп))

а ордината р_b′ визначиться, піднімаючи вертикаль від осі абсцис із точки V_b’ до перетинання з лінією процесу розширення.

Положення точки а′ (закриття випускного клапана) визначають за формулами:

V_a′ = V_c + 12V_h(1 – cosφ_зап.вп)

p_a′ = p_a

Положення точки с′ (випередження запалювання чи впорскування палива) визначають за формулами:

V_c′ = V_c + 12V_h(1 – cosφ_{вип.зап.}) — для бензинових і газових,

V_c′ = V_c + 12V_h(1 – cosφ_{вип.впр}) — для дизелів і газодизелів.

а ординату р_с′ визначають, піднімаючи вертикаль від осі абсцис із точки V_с′ до перетинання з лінією процесу стиску.

Положення точки f (початку запалення) визначають за формулою:

V_f = V_c + 12V_h(1 – cos(φ_{вип.зап.} – φ_{зап.зап.})) — для бензинових і газових,

V_f = V_c + 12V_h(1 – cos(φ_{вип.впр} – φ_{зап.зап.})) — для дизелів і газодизелів.

а ординату р_f визначають, піднімаючи вертикаль від осі абсцис із точки V_f до перетинання з лінією процесу стиску.

Точка с″ (фактичний початок наявного горіння) знаходиться на лінії cz (у дизелів і газодизелів — cz′), а ординату визначають за формулою:

p_c′ = (1,15 – 1,25)p_c

Ордината точки z_д визначена в тепловому розрахунку, а абсцису визначають за формулою:

V_z∂ = V_c + 12V_h(1 – cosφ_{зак.згор.})

Точку b″ розташовують на лінії ab приблизно посередині.

З’єднують прямими лініями точки а′ — a, r — r′ — a″, c″ — z_д, а точки f — c″, b′ — b″ — a″, а′ — r і z_д з лінією розширення з’єднують за допомогою лекала так, як це показано на рисунку 3.

Рис. 1. Індикаторна діаграма бензинового і газового двигуна

Рис. 2. Індикаторна діаграма дизельного і газодизельного двигуна

Рис. 3. Індикаторна діаграма дизельного двигуна