2.10. Индикаторная диаграмма двигателя

В методическом пособии дано представление об индикаторной диаграмме двигателя, описана её значимость для анализа цикла и доводки двигателя, а также приведены основные методические подходы, зависимости и указания для построения индикаторной диаграммы двигателя.

Индикаторная диаграмма двигателя представляет собой зависимость давления рабочего тела в термодинамическом цикле от угла поворота кривошипа (угла поворота коленвала двигателя).

Ранее уже были получены зависимости для расчета давления от объёма рабочего тела для всех термодинамических процессов, составляющих цикл. Поэтому, здесь обратим внимание главным образом на последовательности и расчёте объёма рабочего тела в зависимости от угла поворота кривошипа

Методически выберем следующую последовательность расчёта.

1) Определяем интервал изменения угла поворота кривошипа в каждом термодинамическом процессе, составляющем цикл.

В процессе политропного сжатия угол поворота кривошипа изменяется от до . Изохорные процессы подвода и отвода тепла происходят при неизменном значении угла поворота кривошипа. Значение угла поворота кривошипа в изохорном процессе подвода тепла равно , а в изохорном процессе отвода тепла – . Неизвестным остаётся только лишь угол поворота кривошипа, при котором заканчивается изобарный процесс подвода тела и начинается политропное расширение рабочего тела.

Именно это значение угла поворота кривошипа и следует определить для того, чтобы установить интервалы изменения угла в изобарном процессе подхода тепла и в процессе политропного расширения рабочего тела (см. далее).

2) Изменяем с достаточно малым шагом угол поворота кривошипа внутри каждого интервала и для каждого угла определяем объём рабочего тела и его давление.

В методическом пособии приведена упрощенная зависимость 7.1, позволяющая рассчитывать объём рабочего тела при изменении угла поворота кривошипа

Зависимость объёма рабочего тела от угла поворота кривошипа описывается формулой:

– текущий объём рабочего тела

– объём рабочего тела в конце термодинамического процесса сжатия

– степень сжатия

– угол поворота кривошипа

Видоизменив формулу получим соотношение для определения угла поворота кривошипа в конце изобарного подвода тепла – в начале политропного расширения рабочего тела

Этому значению соответствует значение угла 159 и 201 градусов. Так как конец изобарного подвода тепла – начало политропного расширения рабочего тела находится в интервале 180-360 градусов угла поворота коленвала, то выбираем значение 201 градуса.

Рассчитаем значение давления в каждом термодинамическом процессе. В процессе политропного сжатия рабочего тела давление считается по следующей зависимости:

Разобьем работу кривошипа в этом термодинамическом процессе на 15 равных частей через 12 градусов для построения индикаторной диаграммы двигателя и посчитаем давление на каждом из участков и запишем полученные данные в таблицу:

0	0,088	48	0,111	96	0,238	144	1,124
12	0,089	60	0,127	108	0,322	156	1,869
24	0,093	72	0,150	120	0,460	168	2,915
36	0,100	84	0,185	132	0,698	180	3,525

Для графического изображения термодинамических процессов подвода тепла при постоянном давлении и объёме достаточно по 2 точки в каждом процессе

Процесс изохорного подвода тепла

Процесс изобарного подвода тепла

В процессе политропного сжатия рабочего тела давление считается по следующей зависимости:

Разобьем работу кривошипа в этом термодинамическом процессе на 11 равных частей через градусов, т.е. 14,5 градусов для построения индикаторной диаграммы двигателя и посчитаем давление на каждом из участков и запишем полученные данные в таблицу:

201	7,755	244,0	1,688	287,5	0,688	331,0	0,452
215,1	4,444	258,5	1,172	302,0	0,572	345,5	0,427
229,6	2,633	273,0	0,871	316,5	0,497	360,0	0,419

Процесс изохорного отвода тепла