1.4 Расчет и построение скоростной характеристики двигателя

Для выполнения полного расчета необходимо построить внешнюю скоростную характеристику двигателя, для чего определяют максимальную мощность N_max и ее текущие значения N_ei при различных величинах частоты вращения коленчатого вала.

Максимальную мощность двигателя подсчитывают по формуле:

(1.8)

где (С₁; С₂; С₃ – эмпирические коэффициенты,

Для карбюраторных двигателей С₁=С₂=С₃=1

Для дизелей С₁=0,53 С₂=1,56 С₃=1,09

λ = n_v / n_{N ,} (1.9)

где: n_v - частота вращения вала двигателя при максимальной скорости движения автомобиля, мин^-1

n_N -частота вращения вала двигателя при номинальной (максимальной) мощности двигателя, мин^-1(выбирают по двигателю-прототипу).

Для бензиновых двигателей λ = 1,05…1,1

Для дизелей и бензиновых двигателей с ограничителем частоты вращения λ = 1.

Характеристика строится в интервале частот вращения

от n_min=500 мин^-1 (дизель), 1000 мин^-1 (бензин) до n_v.

Текущие значения мощности определяют по формуле:

, (1.10)

где n_ei - произвольное, в пределах рабочей зоны, значение частоты вращения вала двигателя, мин^-1.

Значения эффективного крутящего момента М_е определяются при тех же значениях частоты вращения коленчатого вала по формуле:

, Н∙м (1.11)

Эффективный удельный расход топлива определяют по формуле:

, г/кВт∙ч (1.12)

g_N - эффективный удельный расход топлива на номинальном режиме (при N_{e max}) (принимают по заданию), г/квт.ч,

g_ei - эффективный удельный расход топлива при N_ei, г/квт.ч.

d - эмпирический коэффициент, зависящий от типа двигателя.

Для бензиновых двигателей d = 1,2; для дизелей d = 1,55.

При построении внешней скоростной характеристики двигателя по оси абсцисс откладывают как частоту вращения вала двигателя, так и скорость автомобиля на высшей передаче, используя формулу коэффициента оборотности η_о :

η_о = n_v / V_max (1.13)

Рассчитанное значение η_о одинаково во всем диапазоне частоты вращения вала двигателя и скорости движения автомобиля для конкретной передачи.

Используя формулу (1.13) можно по известным значениям скорости движения автомобиля определить для конкретной передачи соответствующую частоту вращения вала двигателя и наоборот.

Построение внешней характеристики двигателя проводят в следующей последовательности:

1. Определяют по формулам (1.5) и (1.8) значения N_v и N_max

2. Произвольно, в пределах рабочей зоны, через равные промежутки, выбирают значения n_ei (6-8 значений). В эти значения должны входить n_v, n_N и n_max.

3. Для выбранных значений n_ei определяют скорости движения (используя формулу 1.13), а по формулам (1.10), (1.11), (1.12) определяют величины N_ei, M_ei, g_ei.

Результаты расчетов заносят в таблицу 1.1 и по ним строят внешнюю скоростную характеристику двигателя.

Таблица 1.1

№	n , мин-1	Nе , кВт	Mе , H∙м	ge, г/кВт∙ч
1
2
3
4
5
6
7
8

На регуляторной ветви характеристики дизеля принимают изменения мощности N_e , крутящего момента M_e по закону прямой линии.

При этом частоту вращения на холостом ходу, когда N_e = 0 , определяют из выражения:

n_max=n_N∙(1,07…1,08) (1.14)

Пример построения внешней скоростной характеристики бензинового двигателя приведен на рис.1.1(а), регуляторной характеристики дизеля на рис.1.1(б).

(a)

(б)

5. Определение передаточного числа главной передачи.

Передаточное число главной передачи существенно влияет на тягово-динамические и экономические показатели автомобиля, его определяют по формуле:

(1.15)

где i_к - передаточное число коробки передач на высшей передаче.

Если наивысшая передача прямая, то i_к = 1, если имеет место ускоряющая передача, то i_к = 0,5…0,8.

Для полноприводных, специальных, сельскохозяйственных автомобилей и автобусов i_о увеличивают на 10…20% по сравнению с базовой моделью с целью обеспечения запаса мощности двигателя для преодоления дополнительных сопротивлений, часто встречающихся на тяжелых дорогах.

Для маломонтажных автомобилей и при ограниченной мощности двигателя i_о также повышают на 8…10%.

Рассчитанное передаточное число главной передачи с учетом указанных условий следует сопоставить с величиной i_о автомобиля-прототипа.

5. Определение передаточных чисел в коробке передач.

Вначале определяют передаточное число коробки передач на первой передаче i_к1, при этом передаточное число должно удовлетворять следующим условиям:

• обеспечить преодоление заданного максимального дорожного сопротивления,

• обеспечить реализацию касательной силы тяги при передаче максимального крутящего момента двигателя по сцеплению.

Первое условие будет выполнено, если максимальная касательная сила будет равна

(1.16)

откуда

(1.17)

Второе условие будет обеспечено, если

(1.18)

откуда

(1.19)

где G - вес автомобиля, Н

ψ_max - (заданный) коэффициент дорожного сопротивления,

r_к - радиус качения ведущего колеса, м

λ - коэффициент нагрузки ведущих колес (= 0,75),

φ_max - коэффициент сцепления ведущих колес с опорным основанием (дорогой), η_тр - КПД трансмиссии.

Таким образом, передаточное число первой ступени коробки передач должно лежать в пределах, обусловливающих преодоление автомобилем максимального дорожного сопротивления и отсутствие буксования ведущих колес.

Общее передаточное число трансмиссии на первой передаче равно

i_тр1 = i_o∙ i_к1 (1.20)

Передаточные числа промежуточных передач КПП определяют из условия распределения их по закону геометрической прогрессии, для которого справедливы следующие соотношения:

(1.21)

откуда

; ;или

Знаменатель геометрической прогрессии определяется из выражения

(1.22)

где z - число передач,

i_кпz - передаточное число на высшей передаче.

Если высшая передача прямая i_кпz=1 , то

(1.23)

Таким образом могут быть найдены передаточные числа коробки передач на всех передачах.

Зная передаточные числа коробки передач и главной передачи, определяют передаточные числа трансмиссии по формуле:

i_трi = i_кi∙i_o

После этого определяют скорость движения автомобиля по передачам, используя выражение

, км/ч (1.24)

2. Расчет и построение

динамической характеристики автомобиля

Динамической характеристикой называют графическую зависимость динамического фактора от скорости движения автомобиля на различных передачах.

Динамический фактор представляет собой отношение избыточной касательной силы тяги к весу автомобиля

(2.1)

Таким образом величина динамического фактора зависит от характера протекания кривой крутящего момента двигателя М_к , передаточного числа трансмиссии i_тр , скорости движения автомобиля V , и его веса G_a.

Для получения данных, необходимых для построения теоретической динамической характеристики автомобиля, проводят расчеты в следующей последовательности:

1. Принимают выбранные при построении скоростной характеристики двигателя значения частот вращения коленчатого вала – n_ei.

2. Для этих значений частоты вращения коленчатого вала подсчитывают величины скоростей движения автомобиля на каждой передаче по формуле (1.24) и величины касательных сил тяги по формуле:

, H (2.2)

Величину M_кi при каждом значении частоты вращения коленчатого вала определяют по ранее построенной внешней скоростной характеристике двигателя (рис.1.1).

3. Подсчитывают значения силы сопротивления воздуху

, H (2.3)

Полученные в результате расчета данные заносят в таблицу:

Таблица 2.1

Передача	Расчет. точка	n. мин-1	V. км/ч	Мк, Н∙м	Рк, Н	Рw, Н	D
І	1
	2
	3
	4
	5
	6
	7
	8
…
V	1
	2
	3
	4
	5
	6
	7
	8

.

Общий вид динамической характеристики приведен на рис.2.1