Питання для самоперевірки

1. Відносно якого параметру визначають геометричні розміри елементів клапанного механізму двигуна?

2. Як і чому відрізняються за розмірами впускний і випускний клапани?

3. За якими показниками визначають пропускну спроможність клапана?

4. Які параметри враховують при визначенні прохідного перерізу клапана?

5. За яких умов визначають максимальну пропускну спроможність клапана?

6. Назвіть межі значень швидкості потоку газів у прохідному перерізі клапанів для бензинових двигунів і дизелів.

Практичне заняття 5. Тема: Визначення параметрів автомобільного двигуна і передавальних чисел трансмісії

Визначення максимальної потужності двигуна

Під час руху автомобіля потужність його двигуна витрачається на подолання сил опору: дороги, повітря, тертя в трансмісії, інерції при розгоні автомобіля. При необхідності також враховується сила тяги на крюку.

При розрахунку потужності двигуна виходять з умови забезпечення руху автомобіля з заданою максимальною швидкістю. Для цього використовують формулу [11]:

(5.1)

де V_max - максимальна швидкість автомобіля, км/год;

М_a - повна маса автомобіля;

η_Т - коефіцієнт корисної дії трансмісії: для легкових автомобілів

η_Т = 0,90…0,94, для вантажних автомобілів і автобусів η_Т = 0,84…0,87; для автомобілів підвищеної прохідності η_Т = 0,82…0,85;

η_ГП - коефіцієнт корисної дії гідропередачі; η_Т = 0,96…0,98.

Максимальна потужність двигуна визначається за формулою:

, (5.2)

де коефіцієнти а, b і с приймають: для бензинових двигунів – а = b = с = 1; для чотиритактних дизельних двигунів з неподіленими камерами згорання – а = 0,53; b = 1,56; с = 1,09, для двотактних дизелів – а = 0,87; b = 1,13; с = 1,0.

λ – коефіцієнт швидкохідності двигуна (відношення частоти обертання колінчастого вала двигуна при максимальній швидкості до частоти обертання при максимальній потужності); λ = n_vmax / n_n. Значення коефіцієнта швидкохідності приймають рівними: для швидкохідних (V > 120 км/год) легкових автомобілів з бензиновими двигунами – λ = 0,9…1(λ = 1,0…1,1– двигуни без обмеження частоти обертання колінчастого вала (к. в.); λ = 0,8…0,9 – двигуни з обмеженням частоти обертання к. в. (вантажні автомобілі); λ = 0,9…1,0 – для дизелів.

Максимальну потужність, отриману за формулою (5.2), округлюють у бік збільшення до найближчого цілого значення.

Розрахунок і побудова зовнішньої швидкісної характеристики двигуна

Зовнішня швидкісна характеристика виражає чисельно або у вигяді графіків залежність ефективної потужності Ne, моменту Ме, питомої ge і погодинної Gт витрат палива від частоти обертання n_e колінчастого вала двигуна при повному навантаженні.

При визначенні розрахунковим методом залежності ефективної потужності Ne від числа обертів к. в. двигуна (n_e) використовують формулу С. Р. Лейдермана:

, кВт, (5.3)

де n_N - частота обертання колінчастого вала двигуна при максимальній (N_emax) потужності двигуна, хв.^-1;

N_e і n_e - поточні значення потужності двигуна і частоти обертання колінчастого вала.

Для розрахунків приймають ряд значень (як правило, шість-вісім) n_e в діапазоні від n_min до n_vmax. Вважається, що мінімальна стійка частота обертів колінчастого вала становить: для бензинових двигунів – n_min = 800 хв^-1; для дизелів – n_min =600 хв^-1.

Максимальну частоту обертання (n_vmax) вибирають залежно від типу і коефіцієнта швидкохідності двигуна.

Значення ефективного моменту Ме двигуна визначають за формулою:

M_e = 9550∙ (N_e / n_e), Н∙м. (5.4)

Поточні значення питомої g_e і погодинної Gт витрат палива визначають за формулами:

,г/кВт·год. (5.5)

де g_N - ефективна витрата палива при N_emax; для бензинових двигунів:

g_N = (300…380), г/кВт∙год; для дизелів – g_N = (215…285), г/кВт∙год.

Gт = Ne ∙ge∙ 10^-3, кг/год . (5.6)

За результатами розрахунків доцільно побудувати таблицю.

Для ілюстрації використання методики Лейдермана при розрахунках і побудові зовнішньої характеристики проведемо чисельні розрахунки для бензинового двигуна при наступних вихідних даних.

Вихідні дані:

n_N=5500 хв^-1; n_e = 500…6000 хв^-1; N_emax= 45,069 кВт; g_N = 303 г/кВт·год; а = b = с = 1.

Результати розрахунку параметрів зовнішньої швидкісної характеристики зводимо в таблицю 5.1.

Таблиця 5.1– Параметри зовнішньої швидкісної характеристики двигуна

ne об/хв	ne / nN	(ne / nN)2	Ne, кВт	Me, Нм	ge, г/кВт*год	Gт, кг/год
n1 = 500	0,09	0,0081	4,388	83,81
n2 = 1000	0,18	0,0324	9,309	88,90	317,25	2,45
n3 = 1500	0,27	0,0729	14,567	92,74
n4 = 2000	0,36	0,1296	19,96	95,32	286,32	4,74
n5= 2500	0,45	0.2025	25,30	96,65
n6 = 3000	0.54	0,2916	30,38	96,72	271,05	6,84
n7 = 3500	0,63	0,3969	35,01	95,53
n8 =4000	0,72	0,5184	38,99	93,09	270,84	8,79
n9 =4500	0.81	0.6561	42,12	84,44
n10 =5000	0,90	0,81	44,21	84,44	286,47	10,57
n11 =5500	1,00	1,00	45,07	78,26	303	11,44
n12 =6000	1,09	1,1881	44,31	70,52	335,72	12,06

Згідно з даними таблиці 5.1 будують зовнішню швидкісну характеристику дви­гуна: графіки Ne = f(n_e); М_e = f(n_e); g_e = f(n_e); G_т = f(n_e). Зразок зовнішньої швидкісної характеристики наведено на рисунку 5.1.

Рисунок 5.1– Зовнішня швидкісна характеристика двигуна

Визначення параметрів трансмісії автомобіля

Визначення передавального числа головної передачі

Передавальне число головної передачі визначають з умови забезпеченяя заданої максимальної швидкості V_max руху автомобіля на вищій ступені коробки передач при встановленому значенні n_vmax за формулою:

, (5.7)

де i₀ - передавальне число головної передачі;

r_к - радіус колеса, в м;

i_кв - передавальне число коробки передач (КП) на вищій ступені;

i_д - передавальне число вищої ступені додаткової передачі (роздавальна коробка, демультіплікатор); i_s – коефіцієнт ковзання гідротрансформатора.

Для випадку нашого розрахунку приймемо: r_к= 0,285 м; =6000 хв^-1; i_кв= 0,75; =140 км/год =39 м/с.

Якщо в гідротрансформаторі передбачено блокування, а також у випадку вживання трансмісії механічного типа, коли гідротрансформатор відсутній,

i_s = 1. На вищому швидкісному режимі i_s = 0,97…0,98. Якщо в трансмісії автомобіля не передбачено прискорюючу передачу, то вищою є пряма передача, а i_кв = 1. За наявності прискорюючої передачі приймають i_кв = 0,75…0,85. Передавальне число вищої ступені додаткової передачі вибирають в межах i_д = 1,0…1,5 [2].

Після підстановки значень у формулу (5.7) знаходимо:

Визначення передавального числа КП на першій передачі

При розрахунку передавального числа КП на першій передачі приймають, що автомобіль, рухаючись рівномірно, повинен долати максимальний дорожній опір, що задається максимальним значенням коефіцієнта дорожнього опору ψ_max.

Формула для визначення передавального числа КП на першій передачі наступна [11]::

, (5.8)

де М_emax - максимальний крутний момент двигуна, Н∙м; М_emax= 96,72 Н∙м (таблиця 1);

= 0,4 – коефіцієнт максимального дорожнього опору;

–вага повністю завантаженого автомобіля; у нашому випадку маса автомобіля М_а = 1420 кг, а вага – = 1420∙9,81=13916 Н.

і₀ = 4,59;

=1 (додаткова коробка передач відсутня);

η_Т – ККД трансмісії; приймаємо η_Т = 0,96.

Після підстановки значень параметрів знаходимо:

.

Для руху автомобіля без буксування необхідно, щоб при визначеному передавальному числі i_к1 забезпечувалось надійне зчеплення ведучих коліс з дорогою.

Визначаємо, при якому максимально можливому передавальному числі КПП на першій передачі забезпечується надійне зчеплення ведучих коліс з дорогою. Для цього використовуємо формулу [11]:

(5.9)

де φ - коефіцієнт зчеплення (значення, що рекомендуються φ = 0,6…1,0);

m_p2 - коефіцієнт зміни нормальних реакцій на ведучих (задніх) колесах автомобіля (при розгоні m_p2max– 1,15…1,20); М₂ = (M_a∙a)/L_a – мас­а, що приходиться на задні ведучі колеса автомобіля в статичному положенні;

L = (а + b) – колісна база автомобіля;

а, b - відстані від центра мас автомобіля до переднього або заднього мостів відповідно. Якщо проектується автомобіль зі всіма ведучими колесами, то m_pmax = 1, а G₂ = Gа. Можливість руху автомобіля на дорогах з прийнятим коефіцієнтом зчеплення буде забезпечена за умови дотримання нерівностіi_φ ≥ i_к1. Тому з двох значень i_к вибирають менше.

Повна маса автомобіля:

, (5.10)

де =1020 кг – маса спорядженого автомобіля;

= 50 кг – номінальна вантажопід’ємність автомобіля;

= 70 кг – розрахункова маса пасажира;

= 10 – розрахункова маса багажу;

= 5 – сумарна кількість пасажирів з урахуванням водія.

Після підстановки значень параметрів отримаємо:

кг.

Маса автомобіля, що приходиться на передню вісь М₁=0,46М_а= 653,2 кг.

Маса автомобіля, що приходиться на задню вісь М₂=0,54 М_а=766,8 кг.

Отже:

Отже у нашому випадку надійне зчеплення ведучих коліс з дорогою на першій передачі забезпечується і тому передавальне число КПП на першій передачі приймаємо .