VI. Построение внешней скоростной характеристики (ВСХ)
1. Построение ВСХ по результатам теплового расчета
Параметры, определённые в ходе теплового расчета оформляются в виде таблицы и наносятся на график.
2. Построение ВСХ по эмпирическим зависимостям
ВСХ строится по результатам теплового расчета, проведенного для одного режима работы двигателя – номинального (режима максимальной мощности) и использования эмпирических зависимостей. Расчетные точки определяются через каждые 500…1000 
, оформляются в виде таблицы и наносятся на график.
2.1 Эффективная мощность
— ДсИЗ: 
— дизель: 
— номинальная эффективная мощность (кВт) и частота оборотов коленчатого вала ( ) при номинальной мощности;
— эффективная мощность и частота оборотов коленчатого вала в искомой точке ВСХ.
2.2 Эффективный крутящий момент
2.3 Удельный эффективный расход топлива
— ДсИЗ: 
— дизель: 
, г/кВт*ч – удельный эффективный расход топлива при номинальной мощности.
2.4 Часовой расход топлива
2.5 Коэффициент наполнения
где 
— коэффициент избытка воздуха в искомой точке ВСХ.
Величина принимается в соответствии с заданием или по графику приложения 3.
3. По ВСХ определяют коэффициент приспособляемости:
где 
— максимальный крутящий момент;
— крутящий момент при номинальной мощности.
Список литературы
1. Основная литература
1.1 Двигатели внутреннего сгорания / под ред. Луканина В.Н. – М.: Высшая школа, 2005. –311 с.;
1.2 КОЛЧИН А.И., ДЕМИДОВ В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учебное пособие для вузов – М.: Высшая школа, 2002. – 400 с.
2. Дополнительная литература
2.1 Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей / под ред. Орлина А.С. – М.: Машиностроение, 1983. – 372 с.
2.2 ЛУКАЧЕВ С.В. Основы рабочего процесса и характеристики двигателей внутреннего сгорания: Учебное пособие – Куйбышев: КуАИ, 1987. – 76 с.
2.3 РАЙКОВ И.Я. Испытания двигателей внутреннего сгорания – М.: Высшая школа, 1975. – 320 с.
2.4 ЗВОНОВ В.А. Токсичность двигателей внутреннего сгорания – М.: Машиностроение, 1981. – 160 с.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. Образец исходных данных на расчет ДВС
а) двигатель с искровым зажиганием (ДсИЗ)
— число цилиндров: 4;
— расположение цилиндров: рядное;
| № варианта | ||||||||||||||||||||
| номинальная мощность Ne, кВт | ||||||||||||||||||||
| номинальная частота оборотов КВ n, об/мин | ||||||||||||||||||||
| степень сжатия ε | 7,3 | 8,9 | 9,1 | 10,5 | 9,5 | 8,3 | 7,4 | 9,3 | 8,7 | 9,8 | 9,0 | 7,1 | 8,5 | 9,8 | 10,6 | 9,9 | 9,4 | 8,3 | 10,0 | 9,7 |
| коэфф-т состава смеси α1 | 0,87 | 0,89 | 0,91 | 0,93 | 0,95 | 0,97 | 0,99 | 0,98 | 0,96 | 0,94 | 0,92 | 0,90 | 0,88 | 0,86 | 0,85 | 0,87 | 0,89 | 0,91 | 0,93 | 0,95 |
| коэфф-т состава смеси α2,3,4 | 1,01 | 1,02 | 1,03 | 1,04 | 1,05 | 1,06 | 1,07 | 1,08 | 1,09 | 1,10 | 1,09 | 1,08 | 1,07 | 1,06 | 1,05 | 1,04 | 1,03 | 1,02 | 1,01 | 1,00 |
| отношение Sп / Dц | 0,95 | 0,90 | 1,00 | 0,93 | 1,01 | 0,84 | 0,88 | 1,10 | 0,87 | 0,86 | 0,90 | 0,95 | 0,85 | 0,87 | 1,00 | 0,93 | 1,03 | 0,86 | 0,94 | 0,96 |
| давление окр. среды Рк, мм.рт.ст. | ||||||||||||||||||||
| температура окр. среды Тк, 0С | -10 | -20 | -30 | -40 | -35 | -25 | -15 | -5 |
б) дизельный двигатель
— число цилиндров: 4;
— расположение цилиндров: рядное;
| № варианта | ||||||||||||||||||||
| номинальная мощность Ne, кВт | ||||||||||||||||||||
| номинальная частота оборотов КВ n, об/мин | ||||||||||||||||||||
| степень сжатия ε | 17,3 | 18,9 | 19,1 | 20,5 | 19,5 | 18,3 | 17,4 | 19,3 | 18,7 | 19,8 | 16,0 | 17,1 | 16,5 | 19,8 | 20,6 | 21,0 | 19,4 | 18,3 | 20,0 | 19,7 |
| отношение Sп / Dц | 0,95 | 0,90 | 1,00 | 0,93 | 1,01 | 1,05 | 1,03 | 1,10 | 1,07 | 1,02 | 0,90 | 0,93 | 0,95 | 0,97 | 1,00 | 0,93 | 1,03 | 1,10 | 0,94 | 0,96 |
| давление окр. среды Рк, мм.рт.ст. | ||||||||||||||||||||
| температура окр. среды Тк, 0С | -10 | -20 | -30 | -40 | -35 | -25 | -15 | -5 | ||||||||||||
| степень повышения давления λ | 2,0 | 1,9 | 1,8 | 1,7 | 1,6 | 1,7 | 2,1 | 1,9 | 2,0 | 1,8 | 2,3 | 2,1 | 2,2 | 2,0 | 1,9 | 1,7 | 1,8 | 1,9 | 1,6 | 1,7 |
Приложение 2. Элементарный состав и молярная масса жидких топлив
| топливо | Содержание, кг вещества/кг топлива | Молярная масса, mт (кг/кмоль) | ||
| С | Н | О | ||
| Бензин | 0,855 | 0,145 | — | 110-120 |
| Дизельное топливо | 0,870 | 0,126 | 0,004 | 180-200 |
| Метанол СН3ОН | 0,375 | 0,125 | 0,500 | |
| Этанол С2Н5ОН | 0,520 | 0,130 | 0,350 |
Приложение 2а. Выбор октанового числа топлива для ДсИЗ без наддува
| Степень сжатия ε | Менее 8,5 | 8,5 – 9,9 | 10,0 – 10,9 | 11,0 – 12,0 |
| Октановое число по исследовательскому методу |
Приложение 3. Состав топливовоздушной смеси
(коэффициент избытка воздуха)
а) двигатель с искровым зажиганием
б) дизельный двигатель
Приложение 4. Температура остаточных газов
а) двигатель с искровым зажиганием
б) дизельный двигатель
Приложение 5. Номограмма для определения показателя адиабаты сжатия k1
Приложение 6. Формулы для определения средних мольных теплоемкостей отдельных газов при постоянном объеме
Приложение 7. Коэффициент использования теплоты
а) двигатель с искровым зажиганием
б) дизельный двигатель
Приложение 8. Номограмма определения показателя адиабаты
а) двигатель с искровым зажиганием
Примечание: Определение k2 по номограмме производится следующим образом. По имеющимся значениям e и ТZ определяют точку, которой соответствует значение k2 при a = 1. Для нахождения значения k2 при заданном a необходимо полученную точку перенести по горизонтали на вертикаль, соответствующую a = 1, и далее параллельно вспомогательным кривым до вертикали, соответствующей заданному значению a.
б) дизельный двигатель
Примечание: Определение k2 по номограммам производится следующим образом. По имеющимся значениям d и ТZ определяют точку, которой соответствует значение k2 при a = 1. Для нахождения значения k2 при заданном a необходимо полученную точку перенести по горизонтали на вертикаль, соответствующую a = 1, и далее параллельно вспомогательным кривым до вертикали, соответствующей заданному значению a.
Приложение 9. Бланк задания на курсовую работу
Задание №
Студенту_________________________________ группы _______________
Выполнить расчет действительного рабочего цикла поршневого ДВС с построением индикаторной диаграммы на номинальном режиме. По результатам расчета определить основные размеры двигателя и его эффективные параметры. Рассчитать и построить внешнюю скоростную характеристику двигателя и его тепловой баланс.
— тип двигателя (прототип) ___________________ ;
— номинальная мощность Ne = __________ кВт
при номинальной частоте оборотов коленчатого вала nN = ______мин -1 ;
— рабочий объём двигателя VH = ______ дм 3 ;
— число и расположение цилиндров i = ________ ;
— коэффициент избытка воздуха a 1, 2, 3, 4 = ____________________ ;
— степень сжатия e = _____ ;
— степень повышения давления λ = ________;
— ход поршня S = ______ мм, диаметр цилиндра D = ______ мм,
отношение S/D = ______;
— атмосферные условия: давление р0 = _________ мм. рт. ст.,
температура Т0 = ______ о С ;
— вид топлива ___________ .
Замечания после проверки:
Приложение 10. Контрольные вопросы для проверки знаний
1. Общие сведения о ДВС и их классификация.
2. Принцип действия 4-х тактного ДВС.
3. Термодинамический цикл ДВС с искровым зажиганием.
4. Термодинамический цикл дизельного двигателя.
5. Основные параметры цилиндра и двигателя.
6. Определение теплоты сгорания топлива. Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1кг топлива.
7. Выбор коэффициента состава смеси.
8. Количество горючей смеси. Количество отдельных компонентов продуктов сгорания. Общее количество продуктов сгорания.
9. Параметры окружающей среды и остаточных газов. Параметры на впуске. Температура остаточных газов. Давление остаточных газов.
10. Процессы газообмена. Фазы газораспределения.
11. Температура подогрева свежего заряда. Плотность заряда на впуске. Давление в конце впуска.
12. Периоды процессов газообмена.
13. Показатели качества газообмена.
14. Коэффициент остаточных газов. Температура в конце впуска. Определение коэффициента наполнения.
15. Влияние различных факторов на коэффициент наполнения.
16. Давление и температура в конце сжатия. Средняя мольная теплоемкость свежей смеси, остаточных газов, рабочей смеси.
17. Влияние различных факторов на процесс сжатия.
18. Коэффициент молекулярного изменения горючей смеси. Количество теплоты потерянное из-за химической неполноты сгорания топлива. Теплота сгорания рабочей смеси.
19. Особенности процесса сгорания в ДВС с искровым зажиганием.
20. Влияние различных факторов на процесс сгорания.
21. Коэффициент использования теплоты. Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания.
22. Определение температуры сгорания.
23. Максимальное теоретическое давление сгорания. Степень повышения давления.
24. Определение среднего показателя политропы расширения. Давление и температура в конце процесса расширения.
25. Влияние различных факторов на процесс расширения.
26. Показатели рабочего цикла. Общие сведения.
27. Теоретическое среднее индикаторное давление. Действительное среднее индикаторное давление.
28. Индикаторный КПД. Удельный индикаторный расход топлива.
29. Среднее давление механических потерь. Среднее эффективное давление.
30. Механический КПД. Эффективный КПД. Удельный эффективный расход топлива.
31. Построение индикаторной диаграммы: Построение политроп сжатия и расширения. Скругление. Выбор фаз газораспределения.
32. Тепловой баланс двигателя.
33. Построение внешней скоростной характеристики.
34. Рабочий процесс дизельного двигателя: Индикаторная диаграмма.
35. Рабочий процесс дизельного двигателя: Процессы смесеобразования и горения в дизелях.
Приложение 11. Оптимизационный расчет ДсИЗ на ЭВМ.
Задачей оптимизационного расчета является изучение влияния задаваемых конструктивных и режимных параметров двигателя на эффективность его работы. Цель оптимизационного расчета – получение зависимости эффективных и индикаторных показателей работы ДВС (мощность, крутящий момент, удельный расход топлива и т.д.) от изменяемого параметра.
а) Перечень задаваемых параметров работы ДВС и диапазон их изменения
| № п/п | Задаваемый параметр | Диапазон изменения параметра | Шаг изменения параметра |
| Мин. величина | Макс. величина | ||
| Степень сжатия ε | 0,5 | ||
| Состав смеси α | 0,7 | 1,0 | 0,05 |
| Номинальная частота оборотов (быстроходность) nN, мин -1 | |||
| Режимы работы ДВС: а) мин. частоты оборотов n min , мин -1 б) макс. крутящего момента n М , мин -1 в) макс. частоты оборотов n max , мин -1 | 40% nN 105% nN | 60% nN 120% nN | |
| Отношение хода поршня к диаметру цилиндра S/D | 0,7 | 1,0 | 0,05 |
| Температура воздуха на входе в двигатель То, К | |||
| Давление воздуха на входе в двигатель Ро, Па | 90 000 | 105 000 | |
| Коэффициент использования теплоты ξ Z | 0,80 | 0,95 | 0,01 |
| Коэффициент полноты индикаторной диаграммы φ И | 0,85 | 0,95 | 0,01 |
| Коэффициент дозарядки φ ДОЗ | 0,95 | 1,15 | 0,01 |
б) Индивидуальные задания на оптимизационный расчет
| № вар. | Задаваемый параметр | Исследуемый показатель |
| Степень сжатия ε | Индикаторный КПД | |
| Степень сжатия ε | Индикаторная мощность | |
| Состав смеси α | Удельный индикаторный расход топлива | |
| Состав смеси α | Эффективная мощность | |
| Номинальная частота оборотов nN | Эффективная мощность | |
| Номинальная частота оборотов nN | Мощность механических потерь | |
| Режимы работы ДВС: а) мин. частоты оборотов n min б) макс. крутящего момента nМ в) макс. частоты оборотов n max | Эффективная мощность | |
| Режимы работы ДВС: а) мин. частоты оборотов n min б) макс. крутящего момента nМ в) макс. частоты оборотов n max | Мощность механических потерь | |
| Отношение хода поршня к диаметру цилиндра S/D | Механический КПД | |
| Отношение хода поршня к диаметру цилиндра S/D | Эффективная мощность | |
| Температура воздуха на входе в двигатель То | Эффективная мощность | |
| Температура воздуха на входе в двигатель То | Удельный эффективный расход топлива | |
| Давление воздуха на входе в двигатель Ро | Эффективная мощность | |
| Давление воздуха на входе в двигатель Ро | Удельный эффективный расход топлива | |
| Коэффициент использования теплоты ξ Z | Эффективная мощность | |
| Коэффициент использования теплоты ξ Z | Удельный эффективный расход топлива | |
| Коэффициент полноты индикаторной диаграммы φ И | Индикаторная мощность | |
| Коэффициент полноты индикаторной диаграммы φ И | Удельный индикаторный расход топлива | |
| Коэффициент дозарядки φ ДОЗ | Эффективная мощность | |
| Коэффициент дозарядки φ ДОЗ | Удельный эффективный расход топлива |
в) Пример выполнения оптимизационного расчета
Задание: исследовать влияние изменения степени сжатия e в диапазоне от 8 до 14 единиц на полноту индикаторной диаграммы и эффективные показатели работы двигателя с искровым зажиганием рабочим объемом 1,6 дм 3 , номинальной частотой оборотов 5600 мин -1 .
— внешняя скоростная характеристика
— изменение эффективной мощности по внешней скоростной харатеристики
