1.2 Показатели рабочего цикла.

На основании исходных данных и полученных по предыдущим расчетам значений можно определить основные показатели рабочего цикла.

Среднее индикаторное давление цикла (МПа), которое характеризует механическую отдачу цикла, может быть определено по индикаторной диаграмме цикла или рассчитано по следующим зависимостям:

- для бензиновых двигателей

; (1.12)

- для дизельных двигателей

. (1.13)

Индикаторная мощность двигателя (КВт) рассчитывается по формуле:

; (1.14)

где - количество цилиндров двигателя;

- тактность двигателя.

Индикаторный КПД двигателя характеризует степень использования теплоты в действительном цикле и определяется по формуле:

; (1.15)

где – количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива (для предварительного расчёта принять 14,5 кг/кг; низшую теплоту сгорания бензина 44 мДж/кг; дизельного топлива 42,5 мДж/кг).

Рисунок 1.2 Номограмма для определения показателя адиабаты расширения К₂ для бензинового двигателя.

Рисунок 1.3 Номограмма для определения показателя адиабаты расширения К₂ для дизельного двигателя

Эффективный КПД двигателя учитывает тепловые и механические потери двигателя и определяется по формуле

(1.16)

На этом этапе расчёта можно принять в пределах .

Значение, механического КПД при известной величине давления механических потерь (МПа) определяется по формуле:

или (1.17)

При известном эффективном КПД двигателя могут быть определены его эффективные показатели, учитывающие механические потери в самом двигателе:

- среднее эффективное давление (МПа)

; (1.18)

- эффективная мощность двигателя (КВт)

(1.19)

1.3 Геометрические характеристики двигателя и цилиндра двигателя.

Рабочий объем двигателя можно определить по формуле:

, (1.20)

где   тактность двигателя.

Задаваясь числом цилиндров i , получим рабочий объем одного цилиндра:

. (1.21)

Задавшись величиной короткоходности можно определить основные размеры цилиндра по формулам:

. (1.22)

Рисунок 1.4 Основные геометрические характеристики КШМ и ЦПГ

Величина объема камеры сгорания (камеры сжатия), мм,

(1.23)

Рабочий объем цилиндра:

(1.24)

2. Расчёт параметров внешней скоростной характеристики.

Внешняя скоростная характеристика двигателя внутреннего сгорания строится на основании проведенных испытаний на тормозных стендах при полностью открытой дроссельной заслонке (рейки управления топливным насосом высокого давления). Представляет собой зависимости различных характеристик двигателя (мощность, крутящий момент, расход топлива и др.) от частоты вращения коленчатого вала (КВ).

С достаточной степенью точности внешняя скоростная характеристика может быть построена по результатам расчета, проведенного для одного режима работы двигателя  режима максимальной мощности, и использования эмпирических зависимостей.

Построение кривых внешней скоростной характеристики ведется в интервале:

от = 400...1200

до = (1,1...1.2)

для карбюраторных двигателей и

от = 350...700

до

для дизелей, где  частота вращения коленчатого вала двигателя при номинальной мощности.

Максимальная частота вращения коленчатого вала ограничивается по условиям качественного рабочего процесса, расчётных напряжений деталей, недопустимым увеличением инерционных усилий и т.д., минимальная определяется условием устойчивости работы двигателя при полной нагрузке.

Расчетные точки кривой эффективной мощности, (КВт) определяются по следующим эмпирическим зависимостям через каждые 500 ...1000 :

- для карбюраторных двигателей

, (1.25)

- для дизелей с неразделенными камерами

, (1.26)

где ;  эффективная мощность и частота вращения в расчетной точке характеристики;

 номинальная эффективная мощность и частота вращения коленчатого вала двигателя при номинальной мощности.

Значения эффективного крутящего момента двигателя (Н∙м) могут быть определены по формуле,

(1.27)

Значение среднего эффективного давления (МПа) для рассчитываемых точек может быть определено по формуле,

(1.28)

где  тактность двигателя;

V_h  объем двигателя, л.

Точки кривой среднего индикаторного давления, (МПа),

, (1.29)

где  среднее давление механических потерь двигателя, определяется по уравнениям 1.17, приведенным в разделе 1.2, в зависимости от типа и конструкции двигателя.

Расчетные точки индикаторного крутящего момента могут быть определены по кривой или из выражения, Н∙м,

. (1.30)

Удельный эффективный расход топлива, (г/КВт∙ч):

- для карбюраторных двигателей:

; (1.31)

- для дизелей с неразделенными камерами:

; (1.32)

где и  удельный эффективный расход топлива соответственно при номинальной мощности и в расчетной точке характеристики. Для данного построения можно принять:

- для карбюраторных двигателей:

= 210...275 г / кВт∙ч;

- для дизелей:

= 170...210 г / кВт∙ч.

Часовой расход топлива , кг/ч,

(1.33)

Для определения коэффициента наполнения двигателя необходимо задаваться законом изменения коэффициента избытка воздуха в функции частотны вращения коленчатого вала. Для карбюраторных двигателей с достаточной степенью точности можно принять значения постоянными на всех скоростных режимах, кроме минимальной частоты вращения. При следует принимать смесь несколько более обогащенную, чем при . Значение величины можно принять . В дизелях при работе по скоростной характеристике с увеличением частоты вращения значение несколько увеличивается. Для четырехтактного двигателя с непосредственным впрыском можно принять линейное изменение , причем

. (1.34)

При выбранном законе изменения коэффициент наполнения

, (1.35)

где - количество воздуха, необходимое для полного сгорания топлива, определяется на основании расчёта; в этом построении можно принять:

- для карбюраторных двигателей кг/кг;

- для дизелей кг/кг.

По скоростной характеристике можно определить коэффициент приспособляемости двигателя, характеризующий способность двигателя преодолевать кратковременные перегрузки, представляющий собой отношение:

(1.36)

Расчетные значения величины К находятся в пределах:

- для карбюраторных двигателей 1,25...1,35;

- для дизелей 1,05...1,25.

Данные расчета параметров внешней скоростной характеристики удобно занести в таблицу 1.1, по расчётным данным строят графики внешней скоростной характеристики двигателя. Примеры построения внешней скоростной характеристики показаны на рисунках 1.5 и 1.6.

Таблица 1.1 Расчет параметров внешней скоростной характеристики

Частота вращения КВ, мин	КВт	МПа	МПа	Н*м	Н*м	г/КВт*ч	кг/ч
…
…
…
…
…

Рисунок 1.5 Внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя

Рисунок 1.6 Внешняя скоростная характеристика дизельного двигателя