Расчет систем двигателя

Показниками динамічності автомобіля при нерівномірному русі є прискорення (сповільнення), час і шлях розгону (гальмування) автомобіля в певному інтервалі зміни швидкості. Нерівномірний рух може бути прискореним або сповільненим. Величини прискорень, що розвиваються автомобілем на різних передачах, визначають за формулою:

                                           ,   м/с2                                          (2.35)

де – коефіцієнт опору дороги для даної швидкості автомобіля, який для заданої швидкості можна визначати за формулою:

;  f0=0,012…0,018;    =fk +i;   при  i=0   ш=fk   і  0 = f0;

                                               ,                                           (2.36)

δ – коефіцієнт, що враховує інерцію обертових мас, який визначають за емпіричною формулою:

                                                .                                            (2.37)

Орієнтовні значення максимальних прискорень (у м/с2) при розгоні автомобіля з максимальною інтенсивністю складають: для легкових автомобілів  –2,0 ...2,5 на першій і 0,8 … 1,2 – на вищій передачах; для вантажних автомобілів  відповідно  – 1,7 … 2,0  і 0,25 … 0,5; для автобусів – 1,8 … 2,3 і 0,4 … 0,8.

Найчастіше прискорення визначають для руху автомобіля по дорозі з коефіцієнтом опору = 0,02…0,04.

У зв’язку з останнім зауваженням для визначення прискорень можна користуватися формулою:

                      j =dV/ dt = 9,81∙(D – 0,04) / (1 + у1∙І2к + у2),  м/с2.                (2.38)

За результатами розрахунків будуємо таблицю, яку наведено нижче (таблиця 2.4) .

Таблиця 2.4 – Параметри руху автомобіля при розгоні

	V, м/с.		D	V2		D –	j, м/с2
1		3,47	0,235	12,04	0,013	0,222	1,827
		6,50	0,251	42,25	0,014	0,237	1,950
		8,67	0,256	75,17	0,014	0,242	1,991
		10,84	0,255	117,51	0,014	0,241	1,983
		15,17	0,239	230,13	0,014	0,225	1,852
		19,51	0,202	380,64	0,014	0,188	1,547
2		4,31	0,189	18,58	0,014	0,175	1,440
		8,08	0,202	65,29	0,014	0,188	1,547
		10,77	0,206	115,99	0,014	0,192	1,580
		13,46	0,206	181,17	0,014	0,192	1,580
		18,85	0,193	355,32	0,014	0,179	1,473
		24,23	0,164	587,09	0,014	0,150	1,234
3		5,37	0,150	28,84	0,014	0,136	1,172
		10,06	0,159	101,20	0,014	0,145	1,249
		13,42	0,165	180,10	0,014	0,151	1,301
		16,77	0,165	281,23	0,014	0,151	1,301
		23,48	0,155	551,31	0,014	0,141	1,215
		30,19	0,131	911,44	0,014	0,117	1,008
4		6,63	0,119	43,96	0,014	0,105	0,933
		12,43	0,126	154,50	0,014	0,112	0,996
		16,58	0,132	274,90	0,014	0,118	1,049
		20,72	0,132	429,32	0,014	0,118	1,049
		29,01	0,123	841,58	0,014	0,109	0,969
		37,30	0,104	1391,29	0,014	0,090	0,800

При побудові графіків, представлених на  рисунку 3.4 значення V і D  переносять з таблиці 3.2. Для швидкостей V < 30 км/год залежність втрат  на опір дороги від швидкості автомобіля можна не враховувати.

Значення величин V i D  обчислюють для кожної з передач коробки передач (у разі необхідності – і додаткової коробки) як мінімум при 6…8 значеннях кутової швидкості із швидкісного діапазону двигуна. За результатами розрахунків будуємо графік прискорень (рис.3.4) автомобіля.

Рисунок 2.5 – Графік прискорень автомобіля

Час tр і шлях Sр розгону автомобіля визначають графоаналітичним способом. З цією метою криві прискорень розбивають на інтервали і вважають, що в кожному інтервалі зміни швидкості автомобіля відбувається з постійним прискоренням jср, величину якого визначають за формулою:

                                            Jср = 0,5 (jп + jк),                                      (2.39)

 де jп і jк  – прискорення на початку і в кінці інтервалу зміни швидкостей.

Для більшої точності розрахунку інтервали швидкості  ∆V беруть рівними  2 … 3 км/год. на 1-ой передачі, 5 … 10 км/год. на проміжних передачах і 10…15 км/год. – на вищій передачі.

Визначивши величину середнього прискорення jср знаходять час розгону tр автомобіля при зміні швидкості його руху від Vп до Vк:

                                    

                                     (2.40)

де Vп і Vк – швидкості на початку і в кінці інтервалів зміни швидкості.

Тоді, загальний час розгону від мінімально стійкої  Vmin до кінцевої Vmax швидкості буде дорівнювати:

                                     tр = ∆t1 + ∆t2 +...+ ∆tп.                                    (2.41)

По значеннях tр, що обчислюються для різних швидкостей, будують криву часу розгону (наведено нижче), починаючи з Vmin, для якої t = 0.

Для швидкості V1 відкладають значення ∆t1, для швидкості V2 –значення (∆t1 + ∆t2) і так далі.

 Для визначення показників  динамічності автомобіля при  розгоні з максимальною інтенсивністю  в розрахунки вводять максимально  можливі при даній швидкості прискорення. Якщо на графіку криві прискорень сусідніх передач перетинаються, то для розрахунку слід брати прискорення ділянок кривих, що знаходяться праворуч від точок перетину. Якщо ж криві прискорень не перетинаються, то їх розрахунковими ділянками для всіх передач (окрім першої) є праві гілки, що відсікаються вертикалями, проведеними  через праві кінці, розташованих вище кривих (див.рис.2.5).

При розрахунку шляху розгону Sр приблизно вважають, що в кожному інтервалі зміни швидкості автомобіль рухається рівномірно з середньою швидкістю:

                                                                                                   (2.42)

При цьому припущенні приріст ∆Sі  шляху розгону в інтервалі швидкостей від Vп до Vк визначають за формулою:

                                   

,м                                     (2.43)

Тоді, загальний шлях розгону Sр від мінімально стійкої  Vmin до кінцевої  Vmax  швидкості буде дорівнювати:

                                     Sp = ДS1 + ДS2 +...+ ДSn.                               (2.44)

Залежність шляху розгону від швидкості будують для тих же інтервалів зміни швидкості, що і криву часу розгону і в тій же послідовності. Для побудови вказаних вище графіків складаємо таблицю 2.5.  

Таблиця 2. 5 – Визначення часу і шляху розгону автомобіля

Швидкості при розгоні, км/г		Прискорення при розгоні, м/с2			jср,	Δti,	tр,	Vср,	ΔSi,	Sp,	S0,
					м/с2	с	с	м/с	м	м	м
Vп	Vк	Jп	jк
3,47	6,5	1,827	1,95	0,84	1,89	0,45	0,45	4,99	0,62	0,62	10,33
6,5	8,67	1,95	1,991	0,60	1,97	0,31	0,75	7,59	0,64	1,26	17,59
8,67	10,84	1,991	1,983	0,60	1,99	0,30	1,05	9,76	0,82	2,08	24,63
10,84	15,17	1,983	1,852	1,20	1,92	0,63	1,68	13,01	2,27	4,35	36,83
15,17	19,51	1,852	1,547	1,21	1,70	0,71	2,39	17,34	3,42	7,77	56,24
19,51		1,547
4,31	8,08	1,44	1,547	1,05	1,49	0,70	3,09	6,20	1,21	8,97	13,55
8,08	10,77	1,547	1,58	0,75	1,56	0,48	3,57	9,43	1,25	10,22	23,50
10,77	13,46	1,58	1,58	0,75	1,58	0,47	4,04	12,12	1,59	11,82	33,29
13,46	18,85	1,58	1,473	1,50	1,53	0,98	5,02	16,16	4,40	16,22	50,58
18,85	24,23	1,473	1,234	1,49	1,35	1,10	6,13	21,54	6,61	22,82	78,43
24,23		1,234
5,37	10,06	1,172	1,249	1,30	1,21	1,08	7,20	7,72	2,31	25,13	17,98
10,06	13,42	1,249	1,301	0,93	1,28	0,73	7,94	11,74	2,39	27,52	31,84
13,42	16,77	1,301	1,301	0,93	1,30	0,72	8,65	15,10	3,00	30,52	45,74
16,77	23,48	1,301	1,215	1,86	1,26	1,48	10,13	20,13	8,28	38,80	70,58
23,48	30,19	1,215	1,008	1,86	1,11	1,68	11,81	26,84	12,50	51,30	111,1
30,19		1,008
6,63	12,43	0,933	0,996	1,61	0,96	1,67	13,48	9,53	4,42	55,72	23,85
12,43	16,58	0,996	1,049	1,15	1,02	1,13	14,61	14,51	4,54	60,26	43,14
16,58	20,72	1,049	1,049	1,15	1,05	1,10	15,70	18,65	5,68	65,94	62,80
20,72	29,01	1,049	0,969	2,30	1,01	2,28	17,99	24,87	15,76	81,71	98,37
29,01	37,3	0,969	0,8	2,30	0,88	2,60	20,59	33,16	23,98	105,68	157,2
37,3		0,8

 

У графи 8 і 11 заносимо сумарні значення часу і шляху, рахуючи від початкової швидкості. При початковій швидкості Vmin час і шлях розгону дорівнюють нулю, тому криві tр і Sр беруть початок не з початку координат.

Показники динамічності автомобіля при гальмуванні розраховують, розв’язуючи рівняння руху автомобіля. При різних значеннях зчеплення з дорогою передніх і задніх  коліс автомобіля, зупиночний шлях Sо в м визначають з врахуванням коефіцієнта ефективності гальмування за формулою:

                                      ,                                         (2.45)

де  Vо – початкова швидкість гальмування, км/год; 

      tсум = (tр + tпр) – сумарний час реакції водія tр і спрацьовування гальмівного приводу  tпр, с;

      кэ - коефіцієнт ефективності гальмування;

      – коефіцієнт зчеплення.

 Для побудови залежності шляху до зупинки Sо від початкової швидкості  гальмування Vо задаються декількома (не менше ніж шістьма) значеннями швидкості в діапазоні від V0 = 0 до V0 = Vmax і по отриманих результатах будують графік  S0 = f(V0). Розрахунок ведуть при = 0,7.

  Час спрацьовування гальмівного  приводу і час реакції водія  залежать, головним чином, від конструкції  гальмівного приводу і кваліфікації  водія. У розрахунках приймають: для автомобіля з гідравлічним  приводом  –  tсум = 1,2с;  для автомобіля з пневматичним приводом –  tсум =1,6 с.

Коефіцієнт ефективності гальмування показує, у скільки разів дійсне уповільнення автомобіля нижче максимально можливого на даній дорозі. У розрахунках приймають: кэ= 1,2 для легкових автомобілів  і   кэ= 1,3…1,4 – для вантажних автомобілів і автобусів.

Залежності часу, шляху розгону і гальмового шляху автомобіля від швидкості будуємо на одному графіку, який наведено на рис.2.6.

Рис. 2.6 – Залежність від швидкості руху автомобіля часу, шляху разгону та шляху гальмування.

 

2.5 Паливна характеристика автомобіля

Одним з основних економічних показників автомобіля являється витрата палива при автоперевезеннях у різних експлуатаційних умовах – так звана паливна економічність автомобіля.

Погодинна витрата палива автомобілем визначається за формулою:

                               Qгод =

∙ N/1000∙сТ, л/год,                                      (2.50)

де – питома витрата ним палива , г/кВт∙тод;

    – ефективна потужність двигуна, кВт;

     сТ – густина палива, кг/м3.

У практиці прийнято відносити витрату палива на 100 км пробігу автомобіля при заданій швидкості.  Витрата палива автомобілем на указаній

відстані пробігу визначається за формулою:

                                        

, л/100 км.;                             (2.51)

Якщо врахувати, що потужність двигуна визначається за формулою:

                                

                                                (2.52)

де , , – відповідно сили опору дороги, повітря і інерції при русі автомобіля;

–  ККД трансмісії;

– швидкість руху автомобіля.

 

З урахуванням (2.51) з (2.52) отримаємо:

                                                , л/100 км.                      (4.4)

 При рівномірному  русі автомобіля ( = 0) і по прямій дорозі ( ) формула (3.4) спрощується, а саме:

                                         

, л/100 км.                           (2.53)

При усталеному русі автомобіля паливну економічність автомобіля оцінюють за допомогою паливно-економічної характеристики, яку отримують під час стендових або дорожніх випробуваннях. Вона була запропонована академіком Є. Чудаковим і представляє собою  залежність питомої витрати палива (л / 100 км) , від швидкості руху автомобіля на різних передачах КП і при  різних дорожніх умовах, які  характеризуються величиною коефіцієнта опору ороги ш.

Рівняння, за допомогою якого  визначають  шляхову витрату палива автомобілем залежно від  його маси, коефіцієнта опору дороги, передачі КП, на якій відбувається рух, та швидкості руху, називається рівнянням витрати палива:

                                          , л/100 км,                     (2.54)

де  gеN – питома витрата палива при максимальній потужності двигуна, г/(кВт∙тод) (береться за швидкісною зовнішньою характеристикою двигуна);

         – коефіцієнт, який враховує зміну питомої витрати палива залежно від кутової швидкості колінчастого вала двигуна;

         – коефіцієнт, який враховує зміну ge залежно від ступеня використання потужності двигуна;

 – густина палива, г/см3, для бензину = 0,75 кг/м3, для дизельного палива = 0,83 кг/м3;

= – сила опору дороги руху автомобіля.

Коефіцієнт в залежності від відносної кутової швидкості колінчастого

вала двигуна     можна знайти за графіком, наведеним на рис.2.7.

 

             

Рис. 2.7 – Залежність коефіцієнта      від відношення

 

Значення коефіцієнта залежить від коефіцієнта використання потужності В (рис. 2.8 ):

Рисунок 2.8 – Залежність коефіцієнта  Kв від В