4. Построение индикаторной диаграммы

Индикаторную диаграмму строят для номинального режима работы двигателя, т. е. при N_e = 50кВт и n = 5700 об/мин.

Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня М_s = 1 мм в мм; масштаб давлений М_р = 0,05 МПа в мм.

Приведенные величины, соответствующие рабочему объему цилиндра и объему камеры сгорания:

мм; мм

Максимальная высота диаграммы (точка z)

мм

Ординаты характерных точек:

мм; мм;

мм; мм;

мм.

Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:

а) политропа сжатия (36). Отсюда

мм,

гдемм.

№ точек	OX, мм		Политропа сжатия				Политропа расширения
				, мм	, МПа			, мм	, МПа
1	10,7	8,5	19,04	32,4	1,62 (точка с)	14,55		132,4	6,62 (точка z)
2	11,3	8	17,52	29,8	1,49	13,48		122,7	6,135
3	12,9	7	14,58	24,7	1,23	11,41		103,8	5,19
4	18,1	5	9,17	15,5	0,77	7,490		68,2	3,41
5	22,7	4	6,74	11,5	0,58	5,66		51,5	2,57
6	30,2	3	4,54	7,7	0,385	3,953		36	1,8
7	45,4	2	2,59	4,4	0,22	2,380		21,658	1,083
8	60,5	1,5	1,74	3,0	0,15	1,661		15,1	0,755
9	90,7	1	1	1,7	0,085 (точка а)	1		9,1 (точка b)	0,455

б) политропа расширения (37).Отсюда

мм

Результаты расчета точек политроп приведены в табл.

Теоретическое среднее индикаторное давление

,

где мм²- площадь диаграммы aczba. Это близко к рассчитанному.

В соответствии с принятыми фазами газораспределения и углом опережения зажигания определяют положение точек r', а', а", с', f и b' по формуле для перемещения поршня:

, (38)

где λ — отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Выбор величины λ производится при проведении динамического расчета, а при построении индикаторной диаграммы предварительно принимается λ = 0,285.

Расчеты координат точек r', а', а", с', f и b' сведены в табл.

Обозначение точек	Положение точек			Расстояние точек от в.м.т. (AX), мм
	до в.м.т.	18	0,0655	2,6
	после в.м.т.	25	0,1223	4,8
	после в.м.т.	120	1,6069	62,5
	до в.м.т.	35	0,2313	9,0
	до в.м.т.	30	0,1697	6,6
	до в.м.т.	125	1,6667	65,0

Положение точки определяется по формуле:

МПа;

мм.

Действительное давление сгорания

МПа;

мм.

Соединяя плавными кривыми точки r с а', с' с с" и далее с z_д и кривой расширения, b' с b" (точка b" располагается обычно между точками b и а) и линией выпуска b"r'r, получим скругленную действительную индикаторную диаграмму ra'ac'fc" z_дb'b"r.

Построение внешних скоростных характеристик бензинового двигателя

На основании тепловых расчетов проведенных для четырех скоростных режимов работы бензиновых двигателей, получены и сведены в таблицу необходимые величины параметров для построения внешних скоростных характеристик.

Частота вращения коленчатого вала,	Параметры внешней скоростной характеристики
900	12,28	280	130	3,44	0,878	0,86
3000	40,92	264	130	10,8	0,921	0,96
5400	46,89	325	100	18,49	0,879	0,96
5700	50	355	88	19,76	0,846	0,96

Тепловой баланс

Общее количество теплоты, введенной в двигатель с топливом:

Q₀ = H_uG_т/3,6 = 43930G_т/3,6= 12203 G_т; (39)

п	900	3000	5400	5700	об/мин
GT	3,44	10,803	18,488	19,755	кг/ч
Q0	41978	131829	225609	241070	Дж/с

Теплота, эквивалентная эффективной работе за 1 с:

Q_e = 1000N_e, (40)

п	900	3000	5400	5700	об/мин
Qe	12287	40920	56887	55650	Дж/с

Теплота, передаваемая охлаждающей среде:

Q_в= ciD^l+2mn^m (H_u - ∆Н_u)/(αН_u), (41)

где с — 0,45 - 0,53 — коэффициент пропорциональности для четырехтактных двигателей. В расчете принято с = 0,5; i — число цилиндров; D — диаметр цилиндра, см; n — частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин; m = 0,6 - 0,7 — показатель степени для четырехтактных двигателей. В расчете принято при n= 900 об/мин m = 0,6, а на всех остальных скоростных режимах — m = 0,65.

При n = 900 об/мин Q_в= 0,5·4·7,9^l+2·0,6·900^0,6 (43930 - 8665)/(0,86·43930)=10433 Дж/с;

при n = 3000 об/мин Q_в= 0,5·4·7,9^l+2·0,65·3000^0,65 (43930 - 2476)/(0,96·43930)=41517 Дж/с;

при n = 5400 об/мин Q_в= 0,5·4·7,9^l+2·0,65·5400^0,65 (43930 - 2476)/(0,96·43930)=60836 Дж/с;

при n = 5700 об/мин Q_в= 0,5·4·7,9^l+2·0,65·6000^0,65 (43930 - 2476)/(0,96·43930)=65149 Дж/с.

Теплота, унесенная с отработанными газами:

. (42)

При n= 900 об/мин Q_r = (3,44/3,6) ·{0,4952· [24,197+ 8,315] · 612 —0,4525 · [20,775+ 8,315]Ч Ч20} = 9164 Дж/с,

где = 24,197 кДж/(кмоль· град) — теплоемкость остаточных газов (определена по табл. 7 методом интерполяции приα = 0,86 и t_r = Т_r — 273 = 885 — 273 = 612° С); =20,775 кДж/(кмоль · град) — теплоемкость свежего заряда определена по табл. 5 для воздуха методом интерполяции приt₀ = Т₀ — 273 = 293 — 273=20 °С.

При n= 3000 об/мин Q_r = (10,873/3,6) ·{0,536· [25,043+ 8,315] · 735 —0,5041 · [20,775+ 8,315]Ч Ч20} = 38556 Дж/с,

где = 25,043 кДж/(кмоль · град) — теплоемкость остаточных газов (определена по табл. 7 методом интерполяции приα = 0,96 и t_r = Т_r — 273 = 1010 — 273 = 735° С);

при n= 5400 об/мин Q_r = (18,488/3,6) ·{0,536· [25,043+ 8,315] · 897 —0,5041 · [20,775+ +8,315]Ч 20} = 72240Дж/с,

при n= 5700 об/мин Q_r = (19,755/3,6) ·{0,536· [25,043+ 8,315] · 799 —0,5041 · [20,775+ +8,315]Ч 20} = 77389 Дж/с,

Теплота, потерянная из-за химической неполноты сгорания топлива:

Q_н.c = ∆Н_uG_т/3,6. (43)

При n = 900 об/мин Q_н.c = 8665 • 3,44/3,6 = 8280 Дж/с;

при n =3000 об/мин Q_н.c =2476 • 10,803/3,6 =7430 Дж/с;

при n =5400 об/мин Q_н.c =2476 • 18,488/3,6 =12716 Дж/с;

при n =5700 об/мин Q_н.c =2476 • 19,755/3,6 =13587 Дж/с;

Неучтенные потери теплоты

Q_ocт =Q₀-(Q_e+Q_в+Q_r + Q_н.c). (44)

При n = 900 об/мин Q_ост = 41978 —(12287+10433+9163+8279) = 1816 Дж/с;

при n = 3000 об/мин Q_ост = 131829 — (40920 + 41517 + 38556 + 7430) = 3406 Дж/с;

при n =5400 об/мин Q_ост = 225609—(56887 + 60836+ 72240 + 12715) = 22931 Дж/с;

при n =5700 об/мин Q_ост = 241070 — (55650 + 65148 + 77389 + 13587) = 29296 Дж/с.