3 Побудова зовнішньої швидкісної характеристики двигуна, визначення параметрів трансмісії, побудова силового балансу автомобіля

3.1 Визначення параметрів автомобільного двигуна

3.1.1 Визначення швидкохідності двигуна.

При виборі швидкохідності двигуна автомобіля, що проектується, слід враховувати досвід вітчизняного і зарубіжного двигунобудування і тенденції його розвитку.

Найчастіше в тягових розрахунках частоту обертання колінчастого вала n_N двигуна при максимальній потужності N_max вибирають на підставі прототипу проектованого автомобіля. Орієнтирні значення n_N (хв^-1) змінюються в наступних межах:

Бензинові двигуни:

– легкових автомобілів.............................................................4500…6000.

Приймаємо для чисельних розрахунків згідно прототипу n_N = 5500 хв^-1.

3.1.2 Визначення максимальної потужності двигуна

Потужність автомобільного двигуна витрачається на подолання сил опору: дороги, повітря, тертя в трансмісії, на розгін автомобіля і подолання сили тяги на крюку.

Для одиночного автомобіля потужність двигуна (кВт) визначають з умови забезпечення руху із заданою максимальною швидкістю за формулою:

(3.1)

де V_max - максимальна швидкість автомобіля, км/год;

М_a - повна маса автомобіля, кг;

η_т - коефіцієнт корисної дії трансмісії:

– для легкових автомобілів η_т = 0,92…0,95;

Згідно з завданням на проектування легкового автомобіля приймаємо: η_т = 0,93

η_гп – коефіцієнт корисної дії (ККД) гідропередачі. ККД гідропередачі визначається по безрозмірній характеристиці і знаходиться у межах: η_гп = 0,96…0,98 при роботі в режимі гідромуфти або η_гп = 1,0 при блокуванні гідротрансформатора.

Чисельний розрахунок :

при F = 2,048 м²;

К_в ∙F = 0,3·2,048 = 0,61 Н·с²/м²;

ψ = 0,034;

η_гп =1 (гідротрансформатор відсутній);

η_т = 0,93;

при максимальній швидкості автомобіля V_max = 145 км/год;

повна маса автомобіля М_а = 1460 кг

Використовуючи потужність двигуна Nv, обчислену за формулою (3.1), визначають його максимальну потужність за формулою:

_(3.2)

де λ = (n_vmax / n_N) – відношення частоти обертання колінчастого вала двигуна при максимальній швидкості до частоти обертання при максимальній потужності (коефіцієнт швидкохідності). Значення коефіцієнта швидкохідності приймають рівними:

– для бензинових двигунів без обмеження частоти обертання – λ = 1,0…1,1.

Коефіцієнти а, b і с характеризують тип двигуна і спосіб сумішоутворення і становлять:

– для бензинових двигунів – а = b = с = 1.

кВт.

3.1.3 Розрахунок і побудова зовнішньої швидкісної характеристики двигуна

Зовнішня швидкісна характеристика є залежністю ефективної потужності Ne, крутного моменту Ме, питомої g_e і погодинної G_т витрат палива від числа обертів n_e колінчастого вала двигуна при повному навантаженні.

Залежність ефективної потужності Ne у функції від числа обертів n_e колінчастого вала двигуна можна побудувати, використовуючи формулу С.Р.Лейдермана:

(3.3)

де n_N – частота обертання колінчастого вала двигуна при максимальній (N_emax= N_max) потужності, приймаємо згідно з прототипом 5500 об/хв;

N_e і n_e – поточне значення потужності і частоти обертання колінчастого вала.

При побудові графіків, слід задатися 6…8-мома значеннями частоти обертання n_e в діапазоні від n_min до n_vmax. Мінімальну стійку частоту обертання колінчастого вала приймаємо згідно з прототипом – n_min = 850хв^-1.

Частоту обертання колінчастого вала при максимальній швидкості (n_vmax) знаходять залежно від вибраного значення коефіцієнта швидкохідності за формулою: n_Vmax = λ ∙ n_N. Значення ефективного моменту Ме двигуна (Н·м) визначається за формулою:

M_e = 9550 (N_e / n_e), Н·м (3.4)

Поточні значення питомого g_e (г/кВт·год) і погодинного G_т (кг/год) витрат палива можна визначити за формулами:

(3.5)

де g_N - ефективна витрата палива при N_emax (г/кВт·год); для бензинових двигунів: g_N = (250…350).

G_т = N_e g_e 10^-3, кг/год (3.6)

Прийнявши для чисельних розрахунків мінімальні оберти колінчастого вала n_min = 850 хв^-1, номінальні оберти (при максимальній потужності) – n_N = 5500 хв^-1 і максимальні для не завантаженого автомобіля – n_mах = 5600хв^-1, а = b = с = 1, g_N = 285,6 г/кВт·год (за прототипом) проводимо розрахунки, результати яких заносимо в таблицю 3.1.

Таблиця 3.1 – Параметри зовнішньої швидкісної характеристики двигуна

ne, хв.-1	ne / nN	(ne / nN)2	Ne, кВт	Me, Нм	ge,г/кВт·год	Gт, кг/год
n1 = 850	0,155	0,024	11,27	126,6	310,6	3,5
n2 = 1700	0,309	0,096	24,11	135,4	293,0	7,1
n3 = 2550	0,464	0,215	37,27	139,6	281,8	10,5
n4 = 3400	0,618	0,382	49,12	138,0	277,2	13,6
n5 = 4250	0,773	0,598	58,41	131,3	279,1	16,3
n6 = 5100	0,927	0,859	63,67	118,7	287,6	18,2
n7 = 5500	1,0	1,0	64,31	111,7	293,8	18,9
n8 = 5600	1,018	1,036	64,29	109,6	295,6	19,0

За даними таблиці 3.1 будується зовнішня швидкісна характеристика двигуна: графіки N_e = f(n_e); М_е = f(n_e); g_e = f(n_e); G_т = f(n_e).

Загальний вигляд зовнішньої швидкісної характеристики наведено на рисунку 3.1.

Рисунок 3.1 – Зовнішня швидкісна характеристика бензинового двигуна

Із швидкісної характеристики визначається також коефіцієнт пристосованості двигуна за відношенням:

(3.7)

де М_max – максимальний крутний момент двигуна, Н·м;

М_Ne – крутний момент при максимальній потужності двигуна, Н·м

Розрахункові значення К для бензинових двигунів знаходяться в межах:

К = 1,25…1,35.

Отримане значення знаходиться в допустимих межах.