2. Задание на курсовую задачу

Выполняемая курсовая задача состоит из двух частей:

1.Расчетно-пояснительная записка:

1. Аналитическая часть содержит историю создания выбранного автомобиля, особенности конструкции, модификации. В качестве пояснительного материала необходимо приложить общий вид, чертежи, габаритные размеры транспортного средства, а также параметры и технические характеристики, необходимые для расчета. Объем первой части – до 15 листов.

Расчетно-пояснительная записка содержит:

- расчет внешней характеристики автомобиля;

- расчет динамического паспорта автомобиля;

- расчет экономической характеристики.

2. Графическая часть:

Графическая часть выполняется на листах формата А4 и включает в себя все основные графики, построенные на основе выполненных расчетов.

Студентам дневного отделения задание выдается преподавателем в начале семестра с учетом пожеланий студентов. Студенты заочного отделения выбирают исходные данные задания согласно последним двум цифрам зачетной книжки (студенческого билета или паспорта) согласно табл.1 Приложения 1.

Задание на курсовое проектирование содержит следующие данные:

- модель автомобиля, взятая за основу расчетов;

- справочные данные из таблицы.

3. Расчетная часть Силы, действующие на автомобиль

1. Сопротивление подъёму.

G

Рис. 1 Силы, действующие на автомобиль

- сила веса;

α - угол подъёма.

Р_n = Gsinα ≈ Gi, Н

i = tgα ≈ sinα

tgα - уклон.

2. Сопротивление качению по дороге.

P_f1=z₁f, P_f2=z₂f

z₁, z₂ - реакции;

f - коэффициент сопротивления качению, учитывающий деформации поверхности и шины (асфальтобетонное покрытие-0,014, булыжная мостовая-0,018, грунтовое покрытие - 0,025,песчаная дорога-0,15).

P_f = (z₁ + z₂)f, Н.

3. Сила сопротивления дороги

P_д = Р_n + Р_f = (f + i)G = ΨG,

Ψ = f + i.

4. Сопротивление движению воздуха.

Аэродинамическое сопротивление уже при скорости движения 50 - 60 км/час превышает любое другое сопротивление, а при скорости 100 - 120 км/час превосходит все вместе взятые.

К аэродинамическим сопротивлениям относятся:

- сопротивление формы автомобиля,

-сопротивление трения о наружные поверхности,

-сопротивление, вызванное выступающими частями автомобиля,

-внутренние сопротивления.

P_в = kFV², Н

k - удельное лобовое сопротивление, сила на 1 м² площади поперечного сечения автомобиля при V =1 м/с. (0,25-0,4 для легковых автомобилей; 0,5-0,7 для грузовых автомобилей); F - лобовая площадь автомобиля; Р≈ВН (грузовые), Р≈0.75 ВН (легковые), В - ширина автомобиля, Н - высота автомобиля; V - скорость движения.

5. Усилие на ведущем колесе. Сила тяги.

.

Силы при разгоне

1. Инерционный момент вращающихся деталей двигателя - J_м•ε_м,

где: J_м - момент инерции маховика, кгм/с; ε_м - угловое ускорение, 1/с².

2. Момент на полуосях

М₀=(М_е - J_м•ε_м) η_тр•i_тр

3. Инерционный момент колёс (-J₂•ε₂ – J₁•ε₁)

4. Момент на ведущих колёсах

М₀=(M - J_м•ε_м) η_тр•i_тр - J₂•ε₂,

так как то

Окончательно:

,

где: j - ускорение центра колёс (при прямолинейном движении ускорение центра тяжести автомобиля), так как

При разгоне Р_т меньше, при замедлении больше.

5. Сила инерции поступательного движения движущихся масс:

, кгс

6. В общем виде уравнение сил при равномерном движении:

После преобразований:

f(z₁ + z₂) – P_п = P_д

δ_вр - коэффициент учёта вращающихся масс. Если значения J_м, J₂ неизвестны, то

G_а - вес с полной нагрузкой; G - вес с данной нагрузкой;

δ₁ ≈ δ₂ ≈ 0,03-0,05.

Тяговый расчет автомобиля

Исходные данные для расчёта:

М_пол - полная масса автомобиля

М₁ - масса, приходящаяся на передний мост автомобиля

М₂ - масса, приходящаяся на задний мост автомобиля

L - расстояние между осями мостов автомобиля (база)

b - расстояние от центра тяжести автомобиля до оси заднего моста

r - радиус колеса автомобиля

а - коэффициент учёта вращающихся масс автомобиля

η_тс - коэффициент полезного действия трансмиссии

р - количество передач

F_лоб - площадь лобового сопротивления автомобиля ветровой нагрузке

К_в- удельная ветровая нагрузка на автомобиль

N_{E max} - максимальное значение эффективной мощности двигателя

n_min - устойчивая минимальная частота вращения коленчатого вала двигателя

n_N- частота вращения коленчатого вала двигателя, при которой достигается максимальное значение мощности

g - удельный расход топлива

φ_max коэффициент сцепления колеса с дорогой

ψ₁, ψ₂, ψ₃- значения коэффициента сопротивления дороги передвижению автомобиля

Кинематическая схема автомобиля

Кинематическая схема автомобиля с приводом на передние колеса приведена на рис 2.

1

Рис. 2 Кинематическая схема автомобиля с приводом на передние колеса

- двигатель (Д). Предназначен для преобразования тепловой энергии в механическую.

2 - сцепление. Для кратковременного разъединения двигателя от трансмиссии.

3 - коробка перемены передач (КПП). Для изменения крутящего момента (М), для разъединения Д от трансмиссии на длительный период и изменения направления движения автомобиля.

4. - главная передача. Изменение М по величине и направлению.

5. - дифференциал. Распределение М по полуосям.

6. - ведущие колёса.

7. - полуоси.

Трансмиссия - служит для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колёсам и для его изменения в соответствии с условиями движения, а также для отключения двигателя от ведущих колёс (рис. 3).

К

Рис.3 изменение крутящего момента трансмиссии

рутящий момент на ведущих колёсах:

М_к = М_e • i_кп • i_гп • η_тр

Частота вращения ведущих колёс:

Мощность на ведущих колёсах:

Nк = Ne • η_тр,

где η_тр - КПД трансмиссии

i_кп - передаточное отношение коробки передач

i_гп - передаточное отношение главной передачи.

Целями тягового расчёта являются предварительный выбор тягово-скоростных свойств автомобиля с принятыми параметрами.

1. Выбор основных параметров автомобиля

1.1 Определение полной массы автомобиля и распределение ее по осям:

т_а = т₀ + т_гр + (q₀ + q_бг) N_сум,кг,

где:

т₀ - масса снаряженного автомобиля (прототип);

т_гр - номинальная грузоподъемность автомобиля;

q₀ - расчетная масса пассажира;

q_бг - расчетная масса багажа;

Nсум - количество перевозимых пассажиров (суммарно) с учетом водителя;

Распределение массы по осям автомобиля:

т_а1 - масса приходящаяся на переднюю ось:

т_а1≈(46%)т_а

т_а2 - масса приходящаяся на заднюю ось:

т_а2 ≈(54%)т_а

1.2 Расчет координат центра тяжести автомобиля:

- - расстояние от оси передней балки до центра тяжести автомобиля (см. Рис.4)

- расстояние от оси заднего моста до центра тяжести автомобиля;

h=0,25•B - высота центра тяжести (где B - высота автомобиля)

Рис. 4 Схема для определения осевых нагрузок

1.3 Выбор шин:

Определение осевой нагрузки, действующей на шину:

- нагрузка на шину переднего моста;

- нагрузка на шину заднего моста,

где:

i₁ - количество шин установленных на переднем мосту;

i₂ -количество шин установленных на заднем мосту;

i₁ = i₂ = 2

Маркировка шин:

175/70 R14 80 S

где:

175=В - ширина профиля, мм;

70=h - высота профиля мм, h=0,7В

R - радиальный корд;

14 - посадочный диаметр d=14 дюймов;

80 - индекс грузоподъёмности;

Индекс грузоподъемности — принятое условное обозначение максимально допускаемой нагрузки на шину

индекс 75 — соответствует 387 кгс;

78—425;

80—450;

82—475;

84—500;

85—575;

88—560;

91—615;

92—630;

103—875.

S - индекс допустимой максимальной скорости движения = 180 км/ч.

Индекс скорости - принятое условное обозначение максимально допускаемой скорости в км/ч:

L—120;

Р—150;

Q—160

S—180.

Радиус качения колеса: ,

где Ɣ - коэффициент смятия шины = (0,92 - 0,94)

2. Внешняя скоростная характеристика двигателя

Обычно внешнюю скоростную характеристику двигателя получают путём испытания двигателя на специальном стенде по стандартной методике. Внешнюю скоростную характеристику можно построить воспользовавшись формулой:

,

где N_еⁱ, ω_i - текущие значения мощности и угловой скорости,

ω =0,108n

N_max, ω_N- максимальные значения мощности двигателя и угловой скорости коленчатого вала при максимальной мощности (задаются), k, а, b, с - коэффициенты (табл.1)

Табл.1

Коэффициент	карбюраторный ДВС ДВС	Дизельный ДВС
		1	2	3
а	1	0,87	0,6	0,7
b	1	1,13	1,4	1,3
с	1	1	1	1
ω/ωN		k
0,2	0,232	0,152	0,184	0,168
0,3	0,363	0,258	0,3	0,279
0,4	0,496	0,376	0,424	0,4
0,5	0,625	0,5	0,55	0,525
0,6	0,744	0,624	0,672	0,646
0,7	0,847	0,742	0,784	0,763
0,8	0,928	0,848	0,88	0,864
0,9	0,981	0,936	0,954	0,945
1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
1Д	0,98	-	—	-

где 1 - двигатель с неразделённой камерой сгорания 2 - двигатель с предварительной камерой сгорания 3 - двигатель с вихревой камерой сгорания.

Внешняя скоростная характеристика может быть задана таблично в относительных единицах:

Карбюраторные двигатели Табл.2

	ωmin						ωN	ωN	ωmax
n/nmах	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
Ne/Nmax	0,214	0,478	0,648	0,76	0,891	0,942	1,0	0,985	0,956

Дизельные двигатели Табл.3

n/nmах	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
Ne/Nmax	0,19	0,32	0,48	0,6	0,73	0,85	0,93	0,98	1,0

Порядок построения внешней скоростной характеристики:

В соответствии с заданием разность ω_N - ω_min делится на 10 интервалов и определяются текущие значения ω_min N_eⁱ. Затем определяются значения крутящего момента на коленчатом валу двигателя М_еⁱ.

Результаты расчётов заносятся в таблицу 4:

Табл.4

n, об/мин
ω,рад/с
Nеi ,квт
Mei;,H•м

Внешняя скоростная характеристика

Внешний вид скоростной характеристики представлен на рис. 4

Рис.4 Примечания:

- Обычно на практике используют зависимости:

ω_mах=(1,1…1,2) ω_N

ω_min = 60 - 80, рад/с

- Внешняя скоростная характеристика может быть построена в координатах:

N_е,М_е=f(п_i),

где n - частота вращения коленчатого вала двигателя, об/мин

ω_i = 0,108 п_i

3. Максимальная скорость равномерного движения автомобиля

Максимальная скорость движения автомобиля V_mах определяется на основе графоаналитического решения уравнений тягового или мощностного балансов (рис. 5):

Рис.5 прямая 1 - значение мощности на ведущем мосту автомобиля

N_k = N_e•η_тр (η_тр - КПД трансмиссии)

прямая 2 - затрата мощности на передвижение автомобиля

N = N_д + N_w

N_д - мощность, необходимая на преодоление сопротивления дороги;

N_д = GψV, где

G=М•g - вес автомобиля (g - ускорение свободного падения);

ψ = ψ₁ • ψ₂ • ψ₃ - суммарный коэффициент сопротивления дороги;

N_w - мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления воздуха передвижению.

N_w =К_в•ρ•F_л•V³;

к_в - коэффициент обтекаемости автомобиля;

ρ – плотность воздуха, ρ = 1,2 кг/м³

F_л — 0,75 В_г • Н_г - площадь лобового сопротивления автомобиля;

где В_г - габаритная ширина автомобиля;

Н_г - габаритная высота автомобиля;

Значения скорости V для расчёта выбираем в интервале Vmах - Vmin;

Результаты расчётов сводим в таблицу 5: Табл. 5

V, км/ч
V, м/с
Nд, квт
Nw, квт
N, кВт

4. Передаточное отношение главной передачи

ω_к ⁼ ω_max • i_тр ⁼ ω_max •i_кп •i_гл, где

ω_к - угловая скорость ведущих колёс

i_кп - передаточное отношение коробки передач

i_гл - передаточное отношение главной передачи

Полагая, что на высшей передаче i_кп =1, определяем i_гл:

5. Передаточное отношение на первой передаче

Для определения передаточного отношения на первой передаче коробки передач используются соотношения:

Первое условие - возможность преодоления заданного максимального дорожного сопротивления:

_, где

G_сц - сцепной вес автомобиля,

М_e^mах - максимальное значение крутящего момента на коленчатом валу двигателя.

Второе условие - возможность реализовать максимальное тяговое усилие по условиям сцепления с дорогой. Тогда

,где

G = m_φg - сцепная сила тяжести, Н, т.е. сила тяжести, приходящаяся на ведущую ось или оси; m_φ - сцепная масса, кг.

Тогда для переднеприводных автомобилей m_φ = α₁ m₁ для заднеприводных m_φ = α₁ m₂,

где α₁- коэффициент перераспределения нагрузки; т₁ и m₂ - соответственно масса, приходящаяся на переднюю и заднюю ведущие оси, кг; φ = 0,6..0,8 - коэффициент сцепления для сухого шоссе; g = 9,81 м/с².

Третье условие - возможность движения с минимальной устойчивой скоростью. Тогда

, где

n_е, мин^-1 - минимально устойчивая частота вращения коленчатого вала двигателя при движении машины; V_{a min,} м/с - минимально устойчивая скорость движения.

Затем проводится сравнение полученных передаточных чисел. Они должны удовлетворять следующему условию: i_кп1^ψ ≤ i_кп1^φ, если наоборот, то целесообразно увеличить сцепную массу автомобиля, а если это невозможно, то принимается i_кп1^φ, но при этом автомобиль не сможет преодолеть заданное дорожное сопротивление. Если i_кп1^φ ≤ i_кп1^Vmin , то принимается i_кп1^Vmin.

6. Выбор передаточных чисел коробки передач

Определим минимальную устойчивую скорость движения:

Скоростной диапазон движения:

Выбор передаточных чисел коробки передач осуществляется по формулам:

1

где р - количество передач

В большинстве случаев значение q принимается равным 1,6…1,7. Для получения такого значения можно варьировать максимальной и минимальной скоростями движения автомобиля.

7. Тяговая характеристика автомобиля

Тяговой характеристикой называется зависимость тяговой силы на ведущих колёсах от скорости движения:

Результаты расчётов сводятся в таблицу 6: Табл. 6

n, об/мин
Mei, Нм
V1, м/с
V2, м/с
V3, м/с
V4, м/с
Pk1, Н
Pk2, Н
Pk3, Н
Pk4, Н

Внешний вид тяговой характеристики автомобиля представлен на рис. 6:

|

Тяговая характеристика автомобиля

Рис.6

Число кривых на тяговой характеристике соответствует числу ступеней в коробке передач. При постоянном числе оборотов двигателя n_е значение скорости на различных передачах обратно пропорционально передаточным числам коробки передач: и т.д.

При всех преимуществах тяговая характеристика обладает и рядом недостатков: она недостаточно удобна для сравнительной оценки тяговых свойств автомобилей, обладающих различной массой, т.к. при одинаковых значениях Р_к они будут иметь на одной и той же дороге различные максимальные скорости, различные ускорения, преодолевать неодинаковые предельные подъёмы и др. Более удобно пользоваться безразмерной величиной D — динамическим фактором:

,

где G - сила тяжести не загруженного автомобиля;

Р_W = сρF_лV²- сила сопротивления воздуха,

где с - безразмерный коэффициент аэродинамического сопротивления; ρ - плотность воздуха, равная 1,2 кг/м³; F_л - лобовая площадь автомобиля; V - скорость автомобиля.

Графическую зависимость D=f(V) называют динамической характеристикой автомобиля.

Результаты расчётов сводятся в таблицу 7: Табл. 7

n, об/мин
Mei;Нм
V1, м/с
V2, м/с
V3, м/с
V4, м/с
PW1, Н
PW2, Н
PW3, Н
PW4, Н
Pk1, Н
Pk2, Н
Pk3, Н
Pk4, Н
D1
D2
D3
D4

Внешний вид динамической характеристики автомобиля представлен на рис. 7:

Д

Рис. 7. Динамическая характеристика автомобиля:

I — III — передачи; I΄— передача при уменьшенной подаче топлива; v_тах — максимальная скорость автомобиля; v_mах(ψ) - максимальная скорость автомобиля для конкретных дорожных условий

инамическая характеристика автомобиля

Рис.7

Для автомобиля, снаряженного карбюраторным двигателем без ограничителя оборотов, правые ветви кривых динамической характеристики для всех передач, кроме высшей, доводятся до пересечения с кривой следующей высшей передачи. Для автомобиля, снабжённого двигателем с ограничителем оборотов или регулятором, ограничиваются скоростью, соответствующей на данной передаче оборотам двигателя по ограничителю или регулятору. Крайняя правая точка кривой высшей передачи при отсутствии ограничителя оборотов доводится до оси абсцисс. Крайние левые точки кривых динамической характеристики соответствуют скорости, получаемой на каждой передаче при устойчивой минимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя при полной подаче топлива.

Основными параметрами динамической характеристики, по которым можно судить о тяговых свойствах автомобиля, являются:

• Максимальный динамический фактор D_mах, на высшей передаче, величина которого определяет диапазон дорожных сопротивлений, преодолеваемых без переключения передач;

• Критическая скорость V_к, соответствующая D_mах, определяет диапазон устойчивого движения на высшей передаче при работе двигателя при полной подаче топлива. При скоростях движения от V_max до V_к двигатель работает на устойчивой ветви внешней скоростной характеристики и любое, сколь угодно малое увеличение дорожного сопротивления приведёт к падению скорости движения, сопровождаемое увеличением момента двигателя, а следовательно, и динамического фактора. Равновесие сил будет восстановлено при меньшей скорости. После уменьшения скорости ниже критической двигатель заглохнет, если не перейти на нижнюю передачу коробки перемены передач;

• максимальный динамический фактор D_mах на низшей передаче, величина которого определяет максимальное дорожное сопротивление, преодолеваемое автомобилем. Величина D_mах является важнейшим параметром, характеризующим проходимость автомобиля.

Динамическая характеристика позволяет решать различные задачи:

• Определять максимальные скорости движения автомобиля на дорогах с различным суммарным коэффициентом дорожного сопротивления ψ;

• максимальные подъёмы, предъявляемые АТС при движении с различными постоянными скоростями на различных передачах;

• находить максимальные ускорения при разгоне автомобиля;

• сравнивать динамические свойства автомобилей различных типов.

При анализе эксплуатационных свойств автомобиля удобно дополнять динамическую характеристику номограммой нагрузок. Такая совокупность графиков называется динамическим паспортом автомобиля (рис .8). Он позволяет решать уравнения движения с учётом большого числа факторов: нагрузки на автомобиль, коэффициента сцепления колёс с дорогой и т.д.

Динамическую характеристику строят для автомобиля с полной нагрузкой. С изменением массы автомобиля от m₀ до m_а динамический фактор изменяется и его можно определить по формуле:

где D_о - динамический фактор порожнего автомобиля с водителем. m₀ - собственная масса порожнего автомобиля с водителем.

Построение номограмм нагрузок производят следующим образом. На продолжении оси абсцисс слева от динамической характеристики откладывается равномерная шкала нагрузок таким образом, чтобы нагрузка полностью гружёного H=100% автомобиля совпадала с началом координат, а нагрузка Н=0% являлась крайней левой точкой шкалы нагрузок. Через нулевую точку шкалы нагрузок проводят прямую, параллельную оси D_а и на неё наносят шкалу динамического фактора D_о. величину масштаба а_о, для шкалы D₀ определяют по формуле

где а_а - масштаб шкалы динамического фактора автомобиля с полной нагрузкой. Равнозначные деления шкал D_а и D₀ соединяют между собой прямыми линиями. Промежуточные значения динамического фактора определяются интерполированием.

Динамический паспорт автомобиля

Рис. 9. Динамический паспорт автомобиля:

О — начало координат динамической характеристики; 0 — начало координат графика контроля буксования; А, В — характерные точки построения; D₁ — D_IV — динамический фактор по тяге на I—IV передачах; Н₂ — искомая нагрузка; v₁, v₂ — значения скорости автомобиля;

— динамический фактор по тяге при разных нагрузках;

динамический фактор по сцеплению при разных коэффициентах продольного сцепления

ТОПЛИВНАЯ ЭКОНОМИЧНОСТЬ

Измерители топливной экономичности

Топливная экономичность автомобиля имеет важное значение в эксплуатации, так как топливо — один из основных эксплуатационных материалов, потребляемый автомобилем в большом количестве. Себестоимость перевозок существенно зависит от топливной экономичности автомобиля, поскольку затраты на топливо составляют примерно 10...15% всех затрат на перевозки. Поэтому чем выше топливная экономичность автомобиля, тем меньше расход топлива и ниже себестоимость перевозок.

Топливная экономичность автомобиля оценивается двумя группами измерителей. К первой группе относятся измерители топливной экономичности самого автомобиля, ко второй — измерители топливной экономичности двигателя автомобиля.

Измерителями первой группы являются расход топлива в литрах на единицу пробега автомобиля (путевой расход топлива) q_п, л на 100 км, и расход топлива в граммах на единицу транспортной работы q_р, г/(т-км) или г/пасс.-км.

К измерителям второй группы относятся расход топлива в килограммах за час работы двигателя (часовой расход топлива) G_Т, кг/ч, и удельный эффективный расход топлива в граммах на киловатт-час q_e г/(кВт-ч).

Рассмотрим указанные измерители топливной экономичности.

Путевой расход топлива

;

где Q — общий расход топлива, л;

S_a — пробег автомобиля, км.

В указанном выражении единицей пробега являются 100 км пути (принято для автомобилей в России и многих европейских странах).

Путевой расход топлива — легко определяемая величина, но не учитывающая полезной работы автомобиля. Так, например, автомобиль, который перевозит груз, расходует больше топлива, чем автомобиль без груза. Поэтому согласно формуле он оказывается менее экономичным по сравнению с автомобилем, совершающим порожний рейс.

Расход топлива на единицу транспортной работы

где ρ_т — плотность топлива, кг/л; m_гр— масса перевезенного груза (число пассажиров), кг (пасс.); S_гр — пробег автомобиля с грузом, км.

Расход топлива на единицу транспортной работы более правильно оценивает топливную экономичность автомобиля. Однако практическое использование этой величины сопряжено с определенными трудностями вследствие того, что объем транспортной работы, выполненной автомобилем, не всегда поддается точному измерению.

Часовой расход топлива

где Т_д — время работы двигателя, ч.

Удельный эффективный расход топлива

где N_е — эффективная мощность двигателя, кВт.

С учетом удельного эффективного расхода топлива определим его путевой расход:

где величина g_e, выражена в г/(кВт-ч), N_e — в кВт, а v — в м/с.

Уравнение расхода топлива

В процессе движения автомобиля эффективная мощность двигателя затрачивается на преодоление сил сопротивления движению. Для ее определения воспользуемся уравнением мощностного баланса автомобиля:

Подставив величину N_e в выражение для путевого расхода топлива, получим уравнение расхода топлива автомобилем

или

Рис. 10. Зависимости удельного эффективного расхода топлива g_е от степени использования и мощности двигателя при разных значениях угловой скорости коленчатого вала ω_e.

ω_e1.- ω_e3 — значения угловой скорости коленчатого вала двигателя

В этих выражениях мощность представлена в кВт, сила — в Н, а скорость — в м/с.

Из уравнения расхода топлива следует, что путевой расход топлива зависит от топливной экономичности двигателя (g_е), технического состояния шасси (η_тр), дорожных условий (Р_д), скорости движения и обтекаемости кузова (Р_в), нагрузки и режима движения (Р_и).

При использовании уравнения расхода топлива для определения путевого расхода топлива в различных дорожных условиях должна быть известна зависимость удельного эффективного расхода топлива от степени использования мощности двигателя при разных значениях угловой скорости коленчатого вала. Такая зависимость для бензинового двигателя приведена на рис. 10.

Из этого рисунка следует, что удельный эффективный расход топлива g_e, существенно зависит от степени использования мощности двигателя И и в меньшей степени — от угловой скорости коленчатого вала ω_e.

При увеличении степени использования мощности двигателя и снижении угловой скорости коленчатого вала g_e, уменьшается. Возрастание удельного эффективного расхода топлива при низкой степени использования мощности двигателя вызвано уменьшением механического коэффициента полезного действия двигателя и ухудшением условий для сгорания смеси в цилиндрах. Удельный эффективный расход топлива также несколько возрастает при высокой (близкой к полной) степени использования мощности из-за обогащения горючей смеси.

Топливно-экономическая характеристика автомобиля

Топливно-экономической характеристикой автомобиля называется зависимость путевого расхода топлива от скорости при равномерном движении автомобиля по дорогам с разным сопротивлением.

Топливно-экономическая характеристика позволяет определять расход топлива по известным значениям скорости движения и коэффициента сопротивления дороги. Характеристика может быть построена для любой передачи, однако обычно ее строят для высшей передачи.

Рис. 11. Топливно-экономическая характеристика автомобиля:

Ψ₁ — Ψ₃ значения коэффициента сопротивления дороги, соответствующие трем кривым путевого расхода топлива; а₁ — а₃ — точки, отвечающие минимальной устойчивой скорости движения v_min; b₁ — b₃, — точки минимума кривых; c₁ — с₃ — точки, соответствующие максимальной скорости движения по каждой дороге; q_min, v_эк1, v_max1 — минимальный расход топлива, оптимальное и максимальное значения скорости движения по дороге, характеризуемой коэффициентом ч/.

На рис. 11 представлена топливно-экономическая характеристика автомобиля для трех различных дорог с разными коэффициентами сопротивления, причем ψ₁<ψ₂< ψ₃

Каждая кривая топливно-экономической характеристики имеет три характерные точки — а, b и с.

Точка а соответствует минимальной устойчивой скорости движения автомобиля.

Точка b (точка минимума) определяет наименьший расход топлива q_min при движении автомобиля по дороге с определенными коэффициентом сопротивления ψ. Скорость, соответствующая этой точке, является оптимальной для данной дороги с точки зрения топливной экономичности.

Точка с характеризует расход топлива при его полной подаче, т.е. при полной нагрузке двигателя, и соответствует максимально возможной скорости движения на данной дороге. Кривая, проведенная через точки с_ь с₂ и с₃, отвечает расходу топлива при полной нагрузке двигателя.

Из рис. 11 видно, что каждому значению сопротивления дороги соответствуют определенный минимальный расход топлива, оптимальная и максимально возможная скорости движения автомобиля. При возрастании сопротивления дороги увеличивается расход топлива, а эти скорости уменьшаются.

Хотя движение автомобиля с оптимальной скоростью сопровождается наименьшим расходом топлива, из этого не следует, что при выполнении транспортной работы необходимо двигаться с указанной скоростью. При выборе скорости движения нужно исходить не из условий, обеспечивающих топливную экономичность, а из времени перевозок, безопасности движения, сохранности груза и комфортности поездки для пассажиров. Так, например, увеличение скорости движения приводит к повышению производительности автомобиля и уменьшению себестоимости перевозок.

Представленная топливно-экономическая характеристика типична для автомобилей с бензиновыми двигателями. Аналогичный вид имеет и топливно-экономическая характеристика автомобилей с дизелями. Ее отличительной особенностью является менее крутой подъем кривых в области низких значений скорости движения, что можно объяснить более высокой экономичностью дизелей при малой угловой скорости коленчатого вала.

Построение топливно-экономической характеристики

Существует несколько способов построения топливно-экономической характеристики автомобиля:

• по результатам дорожных испытаний;

• по результатам стендовых испытаний;

• приближенный расчетный способ.

В первом и втором случаях топливно-экономическая характеристика строится на основании экспериментальных данных, тогда как при использовании третьего способа она может быть построена при отсутствии экспериментальных данных. Рассмотрим расчетный способ построения топливно-экономической характеристики автомобиля.

В соответствии с этим способом удельный эффективный расход топлива определяется по формуле

где g_N — удельный эффективный расход топлива при максимальной мощности двигателя, г/(кВт-ч); k_ω — коэффициент изменения удельного эффективного расхода топлива в зависимости от угловой скорости коленчатого вала двигателя; k_И — коэффициент изменения удельного эффективного расхода топлива в зависимости от степени использования мощности двигателя.

Удельный эффективный расход топлива при максимальной мощности для бензиновых двигателей составляет 300...340 г/(кВт-ч), а для дизелей — 220...260 г/(кВт-ч).

Коэффициент &_и определяется в зависимости от степени использования мощности двигателя И:

Коэффициенты k_ω и k_И могут быть также найдены по специальным графикам, представленным на рис. 4.3.

Коэффициент k_ω определяется в зависимости от отношения ω_e/ω_N угловых скоростей коленчатого вала двигателя при текущем и максимальном значениях мощности:

Расчет и построение топливно-экономической характеристики выполняют в такой последовательности:

• задают коэффициент сопротивления дороги ψ;

• выбирают пять-шесть значений угловой скорости коленчатого вала двигателя ω_e в диапазоне от ω_min до ω_mах;

• для выбранных значений ω_e определяют отношения ω_e/ω_N (значение ω_N известно) и по полученным отношениям находят значения k_ω;

• для выбранных значений со₆ определяют соответствующие скорости движения автомобиля v и для этих скоростей по заданному коэффициенту сопротивления дороги ψ находят мощности, затрачиваемые на преодоление сопротивления дороги N_д и воздуха N_в;

• по внешней скоростной характеристике двигателя для выбранных значений ω_e определяют эффективную мощность двигателя N_е или для соответствующих скоростей движения по графику мощностного баланса находят значения тяговой мощности N_т на ведущих колесах;

• по известным значениям мощностей N_д + N_в и N_е (или N_Т) для каждого значения ω_e (или v) определяют степень использования мощности двигателя И и по полученным значениям находят k_и;

• по найденным значениям коэффициентов k_ω и k_и определяют удельный эффективный расход топлива g_e;

• по полученным значениям g_e находят путевой расход топлива q_п для дороги с заданным коэффициентом сопротивления ψ, для чего используют уравнение расхода топлива при равномерном движении автомобиля.

Повторив приведенные ранее расчеты для других коэффициентов сопротивления дороги ψ, строят топливно-экономическую характеристику автомобиля.