Построение, индикаторной диаграммы двигателя

 

В качестве закона изменения движущих сил F_д (или сил полезного сопротивления F_с) задаются механические характеристики. Механической характеристикой ДВС, поршневых насосов и компрессоров является зависимость давления p_i газов в цилиндре на поршень от его перемещения S. Индикаторная диаграмма строится совместно с планом положений механизма (рис. 5.3). Индикаторная диаграмма строится в относительных координатах – «давление - перемещение» в соответствии с функцией , которая представлена в виде табл. 5.1 или 5.2 или 5.3, здесь – текущее давление в цилиндре в соответствие с i - тым положением кривошипа, – максимальное давление в цилиндре, – текущее перемещение поршня согласно i - тому положению кривошипа, – ход поршня. Ось абсцисс индикаторной диаграммы располагается параллельно оси цилиндра x - x (рис.5.2). На этой оси откладывается отрезок 0-1,0, равный ходу поршня в масштабе H = B₀B₆ (точка B₀ соответствует верхней мертвой точке, точка B₆ – нижней мертвой точке), на котором будет строиться индикаторная диаграмма. Отрезок 0-1 делится на десять равных частей – 0-0,1, 0,1-0,2, 0,2-0,3, 0,4-0,5 …. 0,9-1,0 (рис.5.3). Другой отрезок 0-1,который допускается по-возможности выбрать той же величины 0-1 = B₀B₆, необходимо отложить по оси ординат , затем его также делят на десять равных отрезков – 0-0,1, 0,1-0,2, 0,2-0,3, 0,4-0,5 …. 0,9-1,0.

 

Рис. 5.3. Построение индикаторной диаграммы четырехтактного двигателя

 

Индикаторная диаграмма как замкнутая кривая состоит из отдельных участков, соответствующих тактам работы двигателя (расширение, выхлоп, всасывание, сжатие – для четырехтактного двигателя, расширение и продув, надув и сжатие – для двухтактных двигателей). По данным, указанным в табл. 5.1 или табл. 5.2 или табл. 5.3 для определенного такта по точкам строится индикаторная диаграмма.

В верхней мертвой точке (ВМТ) поршня начинается процесс горения топлива, которое было подано в цилиндр в конце такта сжатия. Горение топлива сопровождается образованием газов, которые создают давление в цилиндре и давят на поршень и перемещают его вниз. При движении поршня вниз от точки B₀ (ВМТ) до точки B₆ (НМТ) давление газов изменяется по кривой abc (рис.5.4) т.е. происходит такт расширения (первый такт).

При перемещении поршня в положение близкое к НМТ отрывается выхлопной клапан, и отработанный газ под давлением на 5-10% выше атмосферного через этот клапан удаляется в атмосферу. На участке cd (рис.5.4) происходит такт выхлопа (второй такт) и поршень из НМТ будет перемещаться вверх.

При подходе поршня к ВМТ на такте выхлопа открывается всасывающий клапан и при движении поршня вниз происходит всасывание воздуха из атмосферы при давлении на поршень примерно на 5-10 % ниже атмосферного. Участок ef (рис.5.4) индикаторной диаграммы соответствует такту всасывания (третий такт).

Рабочий цикл заканчивается четвертым тактом – тактом сжатия. При движении поршня вверх всасывающий клапан закрывается, и поршень начинает сжимать воздух, поступивший в цилиндр. Участок fа (рис.5.4) иллюстрирует изменение давления на такте сжатия.

На тактах выхлопа и всасывания давление газов постоянно, поэтому этим участкам индикаторной диаграммы соответствуют прямые cd и ef. На такте всасывания и в начале такта сжатия индикаторное давление p_i меньше атмосферного

, т.е сила давления газов на поршень будет действовать со стороны картера.

max

Рис. 5.4. Индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя:

abc – расширение; cd – выхлоп; ef – всасывание; fa – сжатие.

 

Масштаб оси ординат индикаторной диаграммы рассчитывают по зависимости

МПа/мм,

 

где – максимальное давление газов в цилиндре, МПа;

– максимальная ордината, которая изображает на индикаторной диаграмме максимальное давление , , мм.

При исследовании двухтактных двигателей внутреннего сгорания индикаторная диаграмма строится аналогичным образом с четырехтактным, используя зависимости по табл. 5.2. Цикл двухтактного двигателя совершается за один оборот коленчатого вала. При движении поршня вниз происходит сгорание топлива и расширение образовавшихся газов, затем при приближении поршня к НМТ осуществляется выхлоп отработанных газов и продувка цилиндра. При движение поршня вверх выхлоп и продувка продолжаются и затем происходит такт сжатия.

Посторенние индикаторной диаграммы двухступенчатого двухцилиндрового компрессора основано на данных, приведенных в табл. 5.3. Цикл двухступенчатого компрессора совершается за один оборот коленчатого вала. При движении поршня вниз осуществляется расширение и всасывание при движении поршня вверх – сжатие и нагнетание.