3.2.Тепловой расчет дизеля

Произвести расчет четырехтактного дизеля, предназначенного для грузового автомобиля. Эффективная мощность двигателя Ne = 170 кВт при частоте вращения коленчатого вала n = 2600 об/мин. Двигатель восьмицилиндровый, i = 8 с V-образным расположением. Система охлаждения жидкостная закрытого типа. Степень сжатия  = 17.

Тепловой расчет

При проведении теплового расчета для нескольких скоростных режимов обычно выбирают 4 основных режима. Для дизеля такими режимами являются:

1) режим минимальной частоты вращения n_min = 600 … 1000 об/мин, обеспечивающий устойчивую работу двигателя;

2) режим максимального крутящего момента при n_M = [n_min + n_N] (0,25...0,3) + n_min;

3) режим максимальной (номинальной) мощности при n_N;

4) режим максимальной частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу при n_max = (1,05 … 1,07)n_N.

С учетом приведенных рекомендаций и задания (n_N = 2600 об/мин) тепловой расчет последовательно проводится для n = 1000, 1400, 2600 об/мин. Поскольку при максимальной частоте холостого хода мощность двигателя равна 0, этот режим не просчитываем.

Топливо. В соответствии с ГОСТ 305-73 для рассчитываемого двигателя принимаем дизельное топливо (для работы в летних условиях — марки Л и для работы в зимних условиях — марки 3). Цетановое число топлива - не менее 45.

Средний элементарный состав и молекулярная масса топлива

С = 0,870; Н =0,126; O = 0,004.

Низшая теплота сгорания топлива

H_u = 33,91C+125,6H-10,89(O-S)-2,51(9H+W) =

= 33,9142440[кДж/кг].

Параметры рабочего тела. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива

L₀ = (1/0,208)(C/12 + H/4 – O/32) =

= (1/0,208)(0,855/12 + 0,145/4 – 0,004/32) =

= 0,5 [кмоль воздуха/кг топлива]

l₀ = (1/0,23)[(8/3)C + 8H -O] = (1/0,23)[(8/3)0,855+8  0,145-0,004] =

= 14,452 [кг возд/кг топлива]

Коэффициент избытка воздуха устанавливается на основании следующих соображений. Уменьшение коэффициента избытка воздуха  до возможных пределов уменьшает размеры цилиндра и, следовательно, повышает литровую мощность дизеля, но одновременно с этим значительно возрастает теплонапряженность двигателя, особенно деталей поршневой группы, увеличивается дымность выпускных газов.

Лучшие образцы современных дизелей без наддува со струйным смесеобразованием устойчиво работают на режиме максимального момента без существенного перегрева при  = 1,4...1,5. В связи с этим можно принять: _М = 1,45- для дизеля на режиме максимального момента. На режиме номинальной мощности _N = (1+0,18)_М  1,7 и на режиме минимальных оборотов = 1,75 – немного больше, чем на номинальной мощности.

Количество свежего заряда:

Количество горючей смеси

М₁ =  L₀ ;

при n = 1000 об/мин

M₁ = 1,7  0,5 = 0,875 [кмоль гор.смеси / кг топлива]

при n = 1400 об/мин

M₁ = 1,45  0,5 = 0,725 [кмоль гор.смеси / кг топлива]

при n = 2600 об/мин

M₁ = 1,75  0,5 = 0,85 [кмоль гор.смеси / кг топлива]

Количество отдельных компонентов продуктов сгорания при принятых скоростных режимах:

при n = 1000 об/мин

M_CO2 = C/12 = 0,87/12 = 0,0725 [кмоль CO₂/кг топлива]

M_H2O = H/2 = 0,126/2 = 0,063 [кмоль H₂O/кг топлива]

M_O2 = 0,208()L₀ = 0,208(1,75 – 1) 0,5 = 0,078 [кмоль O₂/кг топлива]

M_N2 = 0,792  L₀ = 0,792  1,75  0,5 = 0,693 [кмоль N₂/кг топлива]

при n = 1400 об/мин

M_CO2 = C/12 = 0,87/12 = 0,0725 [кмоль CO₂/кг топлива]

M_H2O = H/2 = 0,126/2 = 0,063 [кмоль H₂O/кг топлива]

M_O2 = 0,208()L₀ = 0,208(1,45 – 1) 0,5 = 0,0468 [кмоль O₂/кг топлива]

M_N2 = 0,792  L₀ = 0,792  1,45  0,5 = 0,574 [кмоль N₂/кг топлива]

при n = 2600 об/мин

M_CO2 = C/12 = 0,87/12 = 0,0725 [кмоль CO₂/кг топлива]

M_H2O = H/2 = 0,126/2 = 0,063 [кмоль H₂O/кг топлива]

M_O2 = 0,208()L₀ = 0,208(1,70 – 1) 0,5 = 0,0728 [кмоль O₂/кг топлива]

M_N2 = 0,792  L₀ = 0,792  1,75  0,5 = 0,673 [кмоль N₂/кг топлива]

Общее количество продуктов сгорания

M₂ = M_CO2 + M_H2O + M_O2 + M_N2

при n =1000 об/мин

M₂ = 0,0725 + 0,063 + 0,078 + 0,693 = 0,9065 [кмоль пр. сг/ кг. топл]

ппри n =1400 об/мин

M₂ = 0,0725 + 0,063 + 0,0468 + 0,574 = 0,7563 [кмоль пр. сг/ кг. топл]

при n =2600 об/мин

M₂ = 0,0725 + 0,063 + 0,0728 + 0,673 = 0,8813 [кмоль пр. сг/ кг. топл]

Параметры окружающей среды и остаточные газы. Давление и температура окружающей среды при работе двигателя без наддува p_к = p₀ = 0,1 МПа и T_к = T₀ = 293K

Температура остаточных газов. При постоянном значении степени сжатия  = 17 температура остаточных газов практически линейно возрастает с увеличением скоростного режима и повышается при уменьшении . Учитывая это, можно принять что при n = 1400 об/мин и  = 1,45 будет максимальная температура остаточных газов:

n = 1000; 1400; 2600 об/мин;

Тr = 680; 730; 710 К.

Давление остаточных газов pr за счет расширения фаз газораспределения и снижения сопротивлений при конструктивном оформлении выпускного тракта рассчитываемого двигателя можно получить на номинальном скоростном режиме

p_rN = 1,05 p₀ = 1,05  0,1 = 0,105 [МПа].

Тогда

A_p = (p_rN -p₀ 1,035)10⁸/(n²_N p₀) = (0,105 – 0,1  1,035)10⁸/(2600²  0,1) = 0,222

p_r = p₀(1,035 + A_p 10^-8n²) = 0,1(1,035 + 0,222  10^-8n²) =

= 0,1035 + 0,0222  10^-8 n² .

Отсюда получим:

n = 1000; 1400; 2600 об/мин;

pr = 0,1037; 0,1039; 0,1050 МПа.

Процесс впуска. Температура подогрева свежего заряда. С целью получения хорошего наполнения двигателя на номинальном скоростном режиме принимается T_N = 20 C. Тогда

A_T = T_N /(110 - 0,0125n_N ) = 20/(110 - 0,0125  2600) = 0,258

T = A_T (110 – 0,0125n) = 0,258 (110 – 0,0125n) = 28,38 - 0,003225n

Далее получим:

n = 1000; 1400; 2600 об/мин;

AT = 25; 24; 20 С.

Плотность заряда на впуске

₀ = p₀  10⁶/(R_в T₀ ) = 0,1  10⁶/(287  293) = 1,189 кг/м³.

где R_в = 287 Дж/кг.град - универсальная газовая постоянная для воздуха.

Потери давления на впуске. В соответствии со скоростным режимом двигателя (n = 2600 об/мин) и при условии качественной обработки внутренней поверхности впускной системы можно принять ² + _вп = 2,7 и _вп = 70 м/с. Тогда

A_n = _вп /n_N = 70/2600 = 0,0269;

p_a = (² + _вп) A_n² n² _к  10^-6/2.

Отсюда получим:

при n = 1000 об/мин

p_a = 2,7  0,0269²  1000²  1,189  10^-6/2 = 0,00116 МПа

при n = 1400 об/мин

p_a = 2,7  0,0269²  1400²  1,189  10^-6/2 = 0,00228 МПа

при n = 2600 об/мин

p_a = 2,7  0,0269²  2600²  1,189  10^-6/2 = 0,0785 МПа

Давление в конце впуска

p_a = p₀ - p_a

n = 1000; 1400; 2600 об/мин;

pa = 0,09884; 0,09772; 0,09215 МПа.

Коэффициент остаточных газов. При определении r для двигателя без наддува применяется коэффициент очистки и коэффициент дозарядки _оч = _доз = 1, тогда

_r = [(T₀+T)/T_r][ p_r /( p_a - p_r)].

При n = 1000 об/мин

_r = [(293+25)/630][0,1037 /(17  0,09884 – 0,1037)] = 0,0332

при n = 1400 об/мин

_r = [(293+24)/730][0,1039 /(17  0,09772 – 0,1039)] = 0,0290

при  n = 2600 об/мин

_r = [(293+20)/710][0,105 /(17  0,09215 – 0,105)] = 0,0316

Температура в конце впуска

T_a = (T₀ + T + _r T_r)/(1 + _r)

При n = 1000 об/мин

T_a = (293 + 25 + 0,0332  630)/(1 + 0,0332) = 328 K

при n = 1400 об/мин

T_a = (293 + 24 + 0,0290  730)/(1 + 0,0290) = 328,6 K

при n = 2600 об/мин

T_a = (293 + 20 + 0,0316  710)/(1 + 0,0316) = 325,1 K

Коэффициент наполнения

_v = [T₀/(T₀ + T)][1/(-1)][1/p₀](p_a - p_r).

При n = 1000 об/мин

_v = [293/(293 + 25)][1/(-1)][1/0,1](17 – ) = 0,908

при n = 1400 об/мин

_v = [293/(293 + 24)][1/(-1)][1/0,1](17– ) = 0,896

при n = 2600 об/мин

_v = [293/(293 + 20)][1/(-1)][1/0,1](17 – ) = 0,855

Процесс сжатия. Средний показатель адиабаты сжатия k1 при  = 17 и рассчитанных значениях Та определяется по графику (см. рис. 2.), а средний показатель политропы сжатия n1 принимается несколько меньше k1.

При выборе n1 учитывается, что с уменьшением частоты вращения теплоотдача от газов в стенки цилиндра увеличивается, а n1 уменьшается по сравнению с k1 более значительно:

n = 1000; 1400; 2600 об/мин;

k1 = 1,3727; 1,3728; 1,3732;

Та = 328,0 328,6 325,1 К;

n1 = 1,370; 1,370; 1,370.

Давление в конце сжатия

p_c = p_a ⁿ¹

При n = 1000 об/мин p_c = 0,09884  17^1,370 = 4,793 МПа;

при n = 1400 об/мин p_c = 0,09772  17^1,370 = 4,739 МПа;

при n = 2600 об/мин p_c = 0,09215  17^1,370 = 4,469 МПа.

Температура в конце сжатия

T_c = T_a ^n1-1

При n = 1000 об/мин T_c = 328,5  17^1,370-1 = 935,7 K;

при n = 1400 об/мин T_c = 328  17^1,370-1 = 937,4 K;

при n = 2600 об/мин T_c = 325  17^1,370-1 = 927,4 K;

Средняя мольная теплоемкость в конце сжатия:

а) свежей смеси (воздуха)

(mc_v)_t0^tc = 20,6+2,63810^-3t_с,

где t_c = T_c - 273C

n = 1000; 1400; 2600 об/мин;

tc = 662,7; 664,4; 654,4 °С;

(mc_v)_t0^tc =22,348; 22,353; 22,326 [кДж/(кмоль град)]

б) остаточных газов

(mc_v”)_t0^tc - определяется методом экстраполяции по табл. 2 приложения,

при n = 1000 об/мин,  = 1,75 и t_c = 662,7C.

(mc_v”)_t0⁶⁰⁰ = 23,672 +(23,716 – 23,541)15/20 = 23,672 [кДж/(кмоль град)]

где 23,716 и 23,541 - значения теплоемкости продуктов сгорания при 600°С соответственно при  = 1,6 и  = 1,8 взятые по табл. 2 приложения.

(mc_v”)_t0⁷⁰⁰ = 23,927 +(24,109 – 23,927)15/20 = 24,064 [кДж/(кмоль град)]

где 24,109 и 23,927 - значения теплоемкости продуктов сгорания при 700°С соответственно при  = 1,6 и  = 1,8 взятые по табл. 2 приложения.

Теплоемкость продуктов сгорания при t_c = 662,7C

(mc_v”)_t0^662,7 = 23,672 +(24,064 – 23,672)62,7/100 = 23,918 [кДж/(кмоль град)]

при n = 1400 об/мин,  = 1,45 и t_c = 664,4C определение (mc_v”)_t0^tc производится аналогично методом экстраполяции по табл. 2. приложения

(mc_v”)_t0^664,4 = 24,137 [кДж/(кмоль град)]

при n = 2600 об/мин,  = 1,7 и t_c = 654,4C определение (mc_v”)_t0^tc

(mc_v”)_t0⁶⁵⁴ = 23,839 [кДж/(кмоль град)]

в) рабочей смеси

(mc_v')_t0^tc = [1/(1+_r)][(mc_v)_t0^tc +_r (mc_v”)_t0^tc].

При n = 1000 об/мин

(mc_v')_t0^tc =[1/(1+0,0332)][22,348 +0,0332] = 22,490 [кДж/(кмоль град)]

при n = 1400 об/мин

(mc_v')_t0^tc =[1/(1+0,029)][22,353 +0,029] = 22,403 [кДж/(кмоль град)]

при n = 5600 об/мин

(mc_v')_t0^tc =[1/(1+0,0316)][22,326 +0,0316] = 22,372 [кДж/(кмоль град)]

Процесс сгорания. Коэффициент молекулярного изменения горючей

₀ = M₂/M₁ и рабочей смеси  = (₀ + _r)/(1 +_r).

При n = 1000 об/мин

₀ = 0,9065 /0,875 = 1,036;  = (1,036 + 0,03)/(1 + 0,03) = 1,035.

при n = 1400 об/мин

₀ = 0,7563 /0,725 = 1,043;  = (1,043 + 0,0298)/(1 + 0,0298) = 1,042.

при n = 2600 об/мин

₀ = 0,8813 /0,85 = 1,037;  = (1,037 + 0,032)/(1 + 0,032) = 1,036.

Теплота сгорания рабочей смеси

H_раб.см = H_u /[M₁(1+_r)]

При n = 1000 об/мин

H_раб.см = 42440/[0,875(1+0,0332)]= 46944[кДж/кмоль раб. смеси]

при n = 1400 об/мин

H_раб.см = 42440/[0,725(1+0,0290)]= 56888[кДж/кмоль раб. смеси]

при n = 2600 об/мин

H_раб.см = 42440/[0,85(1+0,0316)]= 48400[кДж/кмоль раб. смеси]

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания

(mc_v”)_t0^tz = [1/M₂][M_CO2(mc”_vCO2)_t0^tz + M_H2O(mc”_vH2O)_t0^tz +

+ M_О2(mc”_vО2)_t0^tz + M_N2(mc”_vN2)_t0^tz]

При n =1000 об/мин

(mc_v”)_t0^tz = [1/0,9065][0,0725(39,123 + 0,003349 t_z) + 0,063(26,67 +0,004438 t_z) +

+ 0,078(23,723 + 0,001550 t_z) + 0,693(21,951 + 0,001457 t_z)] =

= 23,805 + 0,004203 t_z [кДж/кмоль раб. смеси]

при n = 1400 об/мин

(mc_v”)_t0^tz = [1/0,7563][0,0725(39,123 + 0,003349 t_z) + 0,063(26,67 +0,004438 t_z) +

+ 0,0468(23,723 + 0,001550 t_z) + 0,574(21,951 + 0,001457 t_z)] =

= 24,01 + 0,002078 t_z [кДж/кмоль раб. Смеси]

при n = 2600 об/мин

(mc_v”)_t0^tz = [1/0,8813][0,0725(39,123 + 0,003349 t_z) + 0,063(26,67 +0,004438 t_z) +

+ 0,0728(23,723 + 0,001550 t_z) + 0,673(21,951 + 0,001457 t_z)] =

= 23,847 + 0,001833 t_z [кДж/кмоль раб. смеси]

Величина коэффициента использования теплоты z для дизеля можно принять равной 0,82 :

n = 1000; 1400; 2600 об/мин;

z = 0,82; 0,82; 0,82.

Температура в конце видимого процесса сгорания

_z H_раб.см + [(mc_v')_t0^tc + 8,315 ] t_c + 2270( - )=  (mc_v”)_t0^tz t_z

Принимаем коэффициент повышения давления  равным 2 для частоты вращения n = 1000, 1400 и 2600 об/мин.

При n = 1000 об/мин 

0,82  46944 + (22,490 +8,315  2)662,7 +2270(2-1,035) =

= 1,035(23,805 + 0,004203t_z + 8,315)t_z, или

0,004350 t_z² + 33,244 t_z – 66609,45 = 0

откуда

t_z = 1648C, T_z = t_z + 273 = 1648 + 273 = 1921 K.

при n = 1400 об/мин

0,82  56888 + (22,403 + 8,315  2)664,4 +2270(2-1,042) =

= 1,042(24,01 + 0,002078 t_z + 8,315)t_z, или

0,002165 t_z² + 33,683 t_z – 74756,3 = 0

откуда

t_z = 1970C, T_z = t_z + 273 = 1970 + 273 = 2343 K.

при n = 2600 об/мин

0,82  48400 + (22,372 +8,315  2)654,4 +2270(2-1,036) =

= 1,036(23,847 + 0,001833t_z + 8,315)t_z, или

0,001899 t_z² + 33,3198 t_z – 67399,2 = 0

откуда

t_z = 1832C, T_z = t_z + 273 = 1832 + 273 = 2104 K.

Максимальное давление сгорания теоретическое

p_z = p_c  .

При n = 1000 об/мин p_z = 4,793  2 = 9,586 МПа

при n = 1400 об/мин p_z = 4,739  2 = 9,478 МПа

при n = 2600 об/мин p_z = 4,469  2 = 8,938 МПа

Степень предварительного расширения

 =  T_z/( T_c).

При n = 1000 об/мин  = 1,035  1921/(2  936) = 1,063

при n = 1400 об/мин  = 1,042  2243/(2  937) = 1,247

при n = 2600 об/мин  = 1,037  2105/(2  927) = 1,176

Степень последующего расширения  = /.

n =1000; 1400; 2600 об/мин;

 =16,00; 13,63; 14,46.

Процессы расширения и выпуска. Средний показатель адиабаты расширения k2 определяется по номограмме (см. рис. 4.) при заданном  для соответствующих значений  и T_z.

А средний показатель политропы расширения n2 оценивается по величине среднего показателя адиабаты:

n =1000; 1400; 2600 об/мин;

 =1,75; 1,45; 1,70;

Т_z =1921; 2243; 2105 К;

k₂ =1,2965; 1,2750; 1,2785;

n₂ =1,290; 1,270; 1,276.

Давление и температура в конце процесса расширения

p_b = p_z/ⁿ² и T_b = T_z/^n2-1

При n = 1000 об/мин

p_b = 9,586/16,00^1,29 = 0,268 МПа и T_b = 1921 /16,00^1,29-1 = 860K;

при n = 1400 об/мин

p_b = 9,478/13,633^1,27 = 0,3345 МПа и T_b = 2243/13,633^1,27-1 = 1079K;

при n = 2600 об/мин

p_b = 8,938/14,455^1,276 = 0,2958 МПа и T_b = 2104/14,455^1,276-1 = 1007K;

Проверка ранее принятой температуры остаточных газов:

T_r = T_b/(p_b/p_r)^1/3.

При n = 1000 об/мин

T_r = 860/(0,268/0,1037)^-1/3 = 627K; = 100(630 - 627)/627 = 0,47%;

при n = 1400 об/мин

T_r = 1079/(0,3345/0,1039)^-1/3 = 731K; = 100(730 - 731)/731 = -0,09%;

при n = 2600 об/мин

T_r = 1007/(0,2958/0,105)^-1/3 = 713K; = 100(710-713)/713 = -0,42%;

где  - погрешность расчета.

На всех скоростных режимах температура остаточных газов принята в начале расчета достаточно удачно, так как ошибка не превышает 1%.

Индикаторные параметры рабочего цикла. Теоретическое среднее индикаторное давление

При n = 1000 об/мин

p'_i = [4,793 /(17-1)][2(1,063-1)+(2 1,063 /(1,29-1))(1-1/(16,00^1,29-1))-

-(1/(1,37-1))(1-1/(17^1,37-1))] =0,725 МПа;

при n = 1400 об/мин

p'_i = [4,739 /(17-1)][2(1,247-1)+(2 1,247 /(1,28-1))(1-1/(13,633^1,28-1))-

-(1/(1,37-1))(1-1/(17^1,37-1))] =0,995 МПа;

при n = 2600 об/мин

p'_i = [4,469 /(17-1)][2(1,176-1)+(2 1,76 /(1,276-1))(1-1/(14,455^1,276-1))-

-(1/(1,37-1))(1-1/(17^1,37-1))] =0,849 МПа;

Среднее индикаторное давление

p_i = _n p'_i = 0,95 p'_i .

где коэффициент полноты диаграммы принят

n =1000; 1400; 2600 об/мин;

pi = 0,689; 0,945; 0,807 МПа.

Индикаторный к. п. д. и индикаторный удельный расход топлива

_i = (p_i l₀ )/(H_u _к _v) и g_i = 3600/(H_u _i)

При n = 1000 об/мин

_i = (0,689  14,452  1,75)/(42,44  1,189  0,908) = 0,38

g_i = 3600/(42,44  0,38) = 223 г/(кВт ч)

при n = 1400 об/мин

_i = (0,945  14,452  1,45)/(42,44  1,189  0,896) = 0,438

g_i = 3600/(42,44  0,438) = 194 г/(кВт ч)

при n = 2600 об/мин

_i = (0,807  14,452  1,7)/(42,44  1,189  0,855) = 0,460

g_i = 3600/(42,44  0,460) = 184 г/(кВт ч)

Эффективные показатели двигателя. Среднее давление механических потерь для дизеля с неразделенной камерой сгорания и без наддува

p_м = 0,089 +0,0118 c_п;

Предварительно приняв среднюю скорость поршня на номинальном режиме c_n = 10 м/с получим p_м = 0,034 +0,0113  0,00385 n МПа на различных скоростных режимах:

n = 1000; 1400; 2600 об/мин;

c_n = 3,85; 5,38; 10,00 м/с;

pм =0,134; 0,152; 0,207 МПа.

Среднее эффективное давление и механический к. п. д.

p_e = p_i - p_м и _м = p_e / p_i

n = 1000; 1400; 2600 об/мин;

pi = 0,689; 0,945; 0,807 МПа.

pe = 0,555; 0,793; 0,600 МПа;

_м = 0,806; 0,839; 0,743.

Эффективный к. п. д. и эффективный удельный расход топлива

_е = _i _м. и g_e = 3600/(H_u _e).

n = 1000; 1400; 2600 об/мин;

_i= 0,380; 0,438; 0,460;

_е = 0,306; 0,367; 0,342;

ge = 277; 231; 248 г/(кВтч).

Основные параметры цилиндра и двигателя. Литраж двигателя

V_л = (30  N_e)/(p_e n) = 30  4  170/(0,6  2600) = 13,077 л.

Рабочий объем одного цилиндра

V_h = 1000V_л / i = 13,077/8 = 1635 см³.

Диаметр цилиндра. Принимаем, что отношение хода поршня к диаметру цилиндра S/D =1 тогда

= 127,687 мм.

Окончательно принимается D = 128 мм и S = 128 мм.

Производим проверку рабочего объема цилиндра с новыми значениями S и D:

V_h = S  D²/(4  10³) = 128  3,14  128²/(4  10³) = 1647 см³

Разность с ранее полученным значением 0,73%, что вполне допустимо.

Основные параметры и показатели двигателя определяются по окончательно принятым значениям D и S:

V_л = i S  D²/(4  10⁶) = 8  128  3,14  128²/(4  10⁶) = 13,176 л

F_п =  D²/4 = 3,14  128²/4 = 12868 мм² = 128,68 см².

n = 1000; 1400; 2600 об/мин;

p_e = 0,555; 0,793; 0,600 МПа;

N_e = 60,48; 120,98; 170,00 кВт;

M_e = 577,6; 825,3; 624,4 Н.м;

G_T = 16,753; 27,950; 42,160 кг/ч.

Литровая мощность двигателя

N_л = N_e/V_л = 170,0/13,176 = 12,90 кВт/л

Построение индикаторной диаграммы. Индикаторную диаграмму (см. рис. 6) строят для номинального режима работы двигателя, т. е. при N_e = 170 кВт и n = 2600 об/мин.

Масштабы диаграммы: масштаб хода поршня _s = 1,5 мм/мм масштаб давлений _p = 0,08 МПа/мм.

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

AB = M_s = 128/1,5 = 85,33 мм; OA = AB/( - 1) = 128/(17 – 1) = 8 мм.

Максимальная высота диаграммы (точка z)

p_z/M_p = 8,938/0,08 = 111,7 мм.

Ординаты характерных точек:

p_a/M_p = 0,09215/0,08 = 1,2 мм. p_c/M_p = 4,469/0,08 = 55,9 мм.

p_b/M_p = 0,2958/0,08 = 3,7 мм. p_r/M_p = 0,105/0,08 = 1,3 мм.

p₀/M_p = 0,1/0,08 = 1,25 мм.

Построение политроп сжатия и расширения аналитическим методом:

а) политропа сжатия p_x = p_a (V_a /V_x)ⁿ¹ . Отсюда

p_x/M_p = (p_a/M_p)(OB/OX)ⁿ¹ = 1,2(93,3/OX)^1,37 мм.

где OB = OA + AB = 8 +85,33 = 93,3 мм.

б) политропа расширения p_x = p_b (V_b /V_x)ⁿ² . Отсюда

p_x/M_p = (p_b/M_p)(OB/OX)ⁿ² = 3,7(93,3/OX)^1,276 мм.

Результаты расчета точек политроп приведены в табл. 18.

Теоретическое среднее индикаторное давление

p'_i = F'M_p/AB = 905  0,08/85,33 = 0,848 МПа

где F' = 905 мм² - площадь диаграммы aczba на рис. 6.

Величина полученная планиметрированием индикаторной диаграммы, p'_i = = 0,848 МПа очень близка к величине p'_i = 0,849 МПа полученной в тепловом расчете.

Скругление индикаторной диаграммы. Учитывая достаточную быстроходность рассчитываемого дизеля, ориентировочно устанавливаются следующие фазы газораспределения: впуск— начало (точка a') за 25° до в. м. т. и окончание (точка а") - 60° после н. м. т.; выпуск - начало (точка b') за 60° до н. м. т. и окончание (точка b”) - 25° после в. м. т.

С учетом быстроходности дизеля принимается угол опережения впрыска 20° (точка с') и продолжительность периода задержки воспламенения _, т.е. точка f принимается за 12 до в.м.т.

Таблица 18

Расчет политроп дизеля

№ точек	ОХ, мм	ОВ/ОХ	Политропа сжатия			Политропа расширения
			(OB/OX)n1	Px /Mp , мм	Px, мм	(OB/OX)n2	Px/Mp , мм	Px, мм
1	8	11,7	29,1	34,9	2,79 (точка с)	23,1	85,5	6,84 (точка z)
2	18,7	5	9,1	10,9	0,87	16,7	61,8	4,94
3	29,3	3,2	4,9	5,9	0,47	7,6	28,1	2,25
4	40,0	2,33	3,2	3,8	0,30	2,9	10,7	0,86
5	50,7	1,8	2,2	2,6	0,21	2,1	7,8	0,62
6	61,3	1,5	1,7	2,0	0,16	2,0	7,4	0,59
7	72,0	1,3	1,4	1,7	0,14	1,5	5,6	0,45
8	82,6	1,12	1,17	1,4	0,11	1,2	4,4	0,35
9	93,3	1	1	1,2	0,096 (точка а)	1	3,7	0,30 (точка b)

AX = (AB/2)[(1-cos) + /4 (1-cos2)],

где  - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна.

Выбор величины  производится при проведении динамического расчета, а при построении индикаторной диаграммы предварительно принимается .

Расчеты ординат точек а', а", с', f b” и b' сведены в табл. 19.

Таблица 19

Результаты расчета ординат точек

Обозначение точек	Положение точек		(1-cos) + /4 (1-cos2)	Расстояние точек от В.М.Т.(AX), мм
a'	 до В.М.Т.	25	0,122	4,9
b”	25 после В.М.Т.	25	0,122	4,9
a”	60 после Н.М.Т.	120	1,601	64,0
c'	 до В.М.Т.	20	0,076	3,0
f	(20-8) до В.М.Т.	12	0,038	1,5
b'	 до Н.М.Т.	120	1,601	64,0

Положение точки с" определяется из выражения

p_c” = (1,15...1,25)p_c = 1,25  4,469 = 5,586 МПа

p_c”/_p = 5,586/0,05 = 111,7 мм.

Точка z_д лежит ориентировочно вблизи точки z на линии z’z.

Нарастание давления от точки с" до zд составляет

8,938 – 5,586 = 3,352 МПа или 3,352/12 = 0,279 [МПа/град п.к.в.]

где 12° - положение точки zд по горизонтали (для упрощения дальнейших расчетов можно принять, что действительное максимальное давление сгорания p_zд достигается через -10° после в. м. т., т. е. при повороте коленчатого вала на 370°).

Соединяя плавными кривыми точки b” с а', с' с с" и далее с zд и кривой расширения, b' с b_д (точка b_д располагается обычно между точками b и a) и линией выпуска b_д a' r, получим скругленную действительную индикаторную диаграмму r b” a’ c' f c" zд b' a’ r.