1.4. Индикаторная диаграмма двигателя

Полученная в эксперименте индикаторная диаграмма двигателя – важное средство в анализе термодинамических циклов и работы двигателя в целом. Экспериментальная индикаторная диаграмма позволяет уточнить форму цикла, установить закон горения топлива, определить максимальные значения давления и температуры рабочего тела. С помощью такой диаграммы можно оптимизировать адаптацию турбонагнетателя к двигателю. Индикаторная диаграмма двигателя представляет собой зависимость давления рабочего тела во время совершения цикла от угла поворота кривошипа (угла поворота коленвала двигателя). В курсовом проекте необходимо получить расчётную индикаторную диаграмму двигателя и изобразить её графически.

Так как ранее уже были получены зависимости для расчёта давления от объёма рабочего тела в термодинамическом цикле, то для построения индикаторной диаграммы необходимо дополнительно получить зависимость и для угла поворота кривошипа от объёма рабочего тела.

Возможен и другой подход. В этом подходе следует первоначально определить границы изменения угла поворота кривошипа при совершении каждого термодинамического процесса. Затем, задаваясь значениями угла поворота кривошипа в этих выделенных интервалах, определять соответствующие значения объёма рабочего тела, а по уравнениям термодинамических процессов определять давление рабочего тела. В курсовом проекте рекомендуется использовать эту методику построения индикаторной диаграммы двигателя.

Из простых геометрических соображений можно получить упрощенное уравнение для определения аналитической связи между объёмом рабочего тела и углом поворота кривошипа. Соответствующие обозначения и оси для отсчёта угла поворота кривошипа приведены на рис.2.

7.1

7.2

В этих уравнениях:

– текущий объём рабочего тела;

– объём рабочего тела в конце термодинамического процесса сжатия;

– степень сжатия;

– угол поворота кривошипа.

Расчёты, выполненные с использованием уравнений 7.1 и 7.2, позволяют получить достаточно полное представление об индикаторной диаграмме двигателя.

Vmin

ВМТ

Ход поршня

НМТ

Vmax

Р

ис.2. Конструктивные параметры поршневой расширительной машины

1.5. Внешняя скоростная характеристика двигателя

Скоростная характеристика двигателя – это зависимости эффективной мощности двигателя, вращающего момента, расхода топлива и удельного расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Зачастую наибольший интерес представляет внешняя скоростная характеристика двигателя, соответствующая его работе с наибольшей цикловой подачей топлива.

На основании большого количества экспериментальных исследований поршневых двигателей внутреннего сгорания были получены эмпирические зависимости, описывающие внешнюю скоростную характеристику двигателя [3].

Так, мощность двигателя может быть описана зависимостью

, 8.1

в которой

– максимальная мощность двигателя (при заданной в исходных данных частоте вращения двигателя);

– мощность двигателя;

– относительная частота вращения коленвала, представляющая собой отношение текущей частоты к частоте вращения коленвала при максимальной мощности;

– текущая частота вращения коленвала двигателя;

– частота вращения коленвала двигателя, заданная в исходных данных курсового проекта.

– эмпирические коэффициенты.

Для дизельных двигателей в [3] рекомендуется выбирать значение коэффициента . Коэффициенты следует получать решением системы уравнений

(для обеспечения );

(т.к. при мощность двигателя принимает максимальное значение).

При построении внешней скоростной характеристики двигателя его максимальную мощность следует определять по зависимости 5.11, расход топлива принимать прямо пропорциональным частоте вращения коленвала, а удельный расход топлива рассчитывать по зависимости 5.12.

Вращающий момент двигателя рассчитывается по формуле

, 8.2

где – текущая угловая скорость вращения коленвала двигателя

Качественный анализ внешней скоростной характеристики двигателя студенту предлагается выполнить самостоятельно.