Определение максимальной мощности, рабочего объема и внешней характеристики двигателя. Уравнение для кривой мощности

1. Техническое задание

1.  Автомобиль легковой среднего класса, полноприводный.

2.  Пассажировместимость 4 человек

3.  Используется на дорогах общей сети, на грунтовых дорогах.

2. Выбираемые параметры автомобиля

Автомобиль-прототип ВАЗ 212140-0000070 «Рысь».

Коэффициент сопротивления дороги при максимальной скорости  Ψ_VMAX

Ψ_VMAX=f=f₀(1+k₁V²_MAX);                                                             (2.1)

где f₀=0,013 – коэффициент сопротивления качения;

k₁=5*10^-5; 1/(м²/с²);

Ψ_VMAX=f=0,013*(1+5*10^-5*137²) =0,039;

Фактор обтекаемости kF

kF= k* F;   Н*с²/м²                           (2.2)

где k=0,25-коэффициент;

F=2,0

kF=0,25*2,0≈0,5;          Н*с²/м²

Остальные параметры возьмем от прототипа.

Таблица 1 – Выбираемые параметры автомобиля

Снаряженная масса,                                                              кг	m0	1210
Максимальная скорость,                                                      км/ч	VMAX	137
КПД трансмиссии	ŋТРVMAX	0.92
Обороты двигателя при максимальной мощности,         мин-1	nN	5200
Распределение веса по осям,                                                  %	пер/зад	55/45
Коэффициент сопротивления дороги при максимальной скорости	ΨVMAX	0,039
Фактор обтекаемости,                                                     Н*с2/м2	kF	0,5

3. Тяговый расчет автомобиля.

3.1. Определение полной массы автомобиля m_a .

m_a=m₀+m_ч*n+m_б ; кг                                                           (3.1)

где   m₀=1210 кг – масса снаряженного автомобиля;

m_ч=80 кг – масса водителя или пассажира;

m_б=10 кг – масса багажа;

n=4 – количество мест.

          m_a =1210+(80+10)*4=1570 кг.

3.2. Размеры шин.

Данный автомобиль оснащается шинами с 225/75/R16 .

Нагрузка приходящаяся на колесо определяется из следующего соотношения:

G_K=0,5*m_a*0,51; кгс                                         (3.2)

G_К=0,5*1970*0,51=502,35; кгс

Можно сделать вывод, что грузоподъемность шины превышает нагрузку на колесо, т.е. эти шины можно устанавливать на данном автомобиле.

Определим радиус качения колес r_k:

r_k=0,95*r_c; м                                                                                                         (3.3)

где r_c– статический радиус колеса:

r_c=0,5*d+λ_ш*Н; м                                                 (3.4)

где d – диаметр обода колеса:

d=0,0225*16=0,36; м

λ_ш=0,9  – коэффициент, учитывающий вертикальную деформацию шины;

Н – высота профиля шины:

Н=0,205*75/100=0,154; м

Имеем:                   

r_с=0,5*0,36+0,9*0,154≈0,32; м

Радиус качения:                       r_к= 0,95*032≈0,304; м

3.3. Определение максимальной мощности, рабочего объема и внешней характеристики двигателя.

Определим максимальную мощность двигателя N_MAX. Для этого необходимо найти мощность двигателя при выбранной максимальной скорости автомобиля при движении по горизонтальной дороге N_VMAX..

кВт, где                                       (3,5)           

λ=n_V/n_N=1,1;

где n_V–обороты двигателя, соответствующие максимальной скорости автомобиля на высшей передаче: n_V= 5200 мин^-1;

n_N– обороты двигателя, соответствующие максимальной мощности.

где    V_max=38,05 м/с=137 км/ч

G_a=m_ag=1970^*9,81=19325,7 Н

h_mрVmax=0,92

 кВт

N_MAX= N_VMAX/(a*λ+b*λ²-c*λ³ )  ;                                              (3.6)

N_MAX=61,1/(1.1+1.1²-1.1³)=62,4; кВт

Для построения внешней скоростной характеристики можно воспользоваться эмпирической формулой позволяющей по известным координатам одной точки(N_MAX, n_N), воспроизвести всю кривую мощности.

Уравнение для кривой мощности:

 кВт, где     (3,7)

N_m и n_m – текущие значения мощности и числа оборотов вала двигателя в минуту;

a, b и c – коэффициенты, характеризующие тип и конструкцию ДВС. Для бензинового двигателя    ( a=1    b=1    c=1)

Уравнение для кривой моментов:

                                                                                             (3,8)

Подставим в уравнения (3.7) и (3.8) N_MAX=62,4(кВт), n_N=5200 (мин^-1). Результаты расчетов приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Рисунок 1 – Внешняя скоростная характеристика двигателя

Рабочий объем (литраж) находим по формуле:

 л, где                                                                                    (3,9)

N_max(кВт) и n_N(об/мин) – выбираются по внешней скоростной характеристике;

t -тактность двигателя (t =4 – для четырехтактного);

P_eN – среднее эффективное давление при максимальной мощности (для современных автомобильных двигателей P_eN=1.4

 л

3.4. Определение передаточного числа главной передачи

, где                                                                (3.10)

n_v – обороты коленчатого вала, соответствующие максимальной скорости автомобиля, об/мин;

i_кв – передаточное число коробки передач на высшей передаче;

i_дв – передаточное число высшей передачи в дополнительной или раздаточной коробке

3.5. Выбор числа передач и определение передаточных чисел коробки передач

Передаточное число первой передачи выбирают из условия преодоления максимального сопротивления дороги y_max и отсутствия буксования ведущих колес при заданном значении:

, где                                                   (3.11)

y_max=fCosa_max+Sina_max;

a_max – максимальный укол подъема, преодолеваемый автомобилем;

Φ=0.7…0.8

G_сц=G_a (все колеса ведущие);   G_сц=m₁G₁  (ведущие передние колеса);

G₁и G₂ – развесовка автомобиля в статическом положении на горизонтальной дороге;

m₁ и m₂ – коэффициенты, учитывающие перераспределение нагрузки на передние или задние ведущие колеса.

Вес автомобиля G_a=11858  ,G_сц=11858

Передаточное число первой передачи i_к1 должно удовлетворять условию обеспечения минимально устойчивой скорости движения V_min:

, где                                                                         (3.12)

n_min – минимальная частота вращения коленчатого вала двигателя при полной подаче топлива, об/мин;

V_min =5...10 км/ч

Если передаточное число, вычисленное по формуле (3.12) больше найденного по формуле (3.11), то оно принимается в качестве расчетного для первой передачи, т.е. i_K1=2,65.

Автомобиль-прототип переднемоторный и имеет привод на все колеса, имеет 5-ти ступенчатую трехвальную коробку передач. Остальные передаточные числа найдем по геометрической прогрессии, по формуле:

;         (3.13)

где -i_km – передаточное число промежуточной передачи;

m – номер произвольной промежуточной передачи;

n – номер расчетной высшей передачи

Передаточное число i_кв на расчетной высшей передаче равен i_кп, т.е. i_кв= i_кп=1                                                                                                                                                     

Таблица 3.

Для улучшения разгона автомобиля учитывают возрастающее сопротивление воздуха при движении на более высоких скоростях. Практически это осуществляют, уменьшая на 5…10% передаточные числа промежуточных передач, вычисленных по формуле геометрической прогрессии(3,13), до получения соотношения

Таблица 3а.

3.6. Тяговая и динамическая характеристики автомобиля

Тяговая и динамическая характеристики представляют собой графики