Построение внешней скоростной характеристики двигателя

2. Построение внешней скоростной характеристики двигателя

 

Для построения внешней скоростной характеристики поршневого двигателя внутреннего сгорания используют эмпирическую формулу Лейдермана, позволяющую по известным координатам одной точки скоростной характеристики N_{e max} и n_N воспроизвести всю картину мощности:

,

где N_e, кВт – текущее значение мощности двигателя,

n, об/мин – соответствующая частота вращения вала двигателя,

N_{e max}, кВт – максимальная мощность двигателя, N_emax=161.8 кВт.

n_N, об/мин – частота вращения вала двигателя при максимальной мощности.

А₁,А2 – эмпирические коэффициенты, характеризующие тип двигателя.

А1 и А2 принимаем равные 1,0 соответственно т. к. двигатель на заданном автомобиле карбюраторный.

Для выбора текущее значение n диапазон вращения вала двигателя от минимально устойчивых оборотов n_min до n_N разбивается на произвольное число участков с постоянным интервалом Δn, кратным 50 или 100. Интервал выбираем по формуле:

,

Так как у карбюраторного двигателя, не имеющего ограничителя частоты вращения, максимальная частота вращения коленчатого вала n_N при движении автомобиля с максимальной скоростью может на 10-20% превышать частоту n_N, для него берут ещё одно значение n после n_N с тем же интервалом Δn.

Минимальную частоту вращения коленчатого вала n_min выбирают в пределах 400…800 об/мин. Меньшие значения принимают для дизелей, большие – для карбюраторных двигателей легковых автомобилей и АТС на их базе, средние – для карбюраторных двигателей грузовых автомобилей и АТС на их базе.

Nmin= 800 об/мин и Δn =  об/мин.

,

Результаты расчётов занесены в таблицу 1 и с их помощью строем внешнюю

скоростную характеристику двигателя N_e=f(n) и M_e=f(n). Для дизельных двигателей и карбюраторных с ограничителями внешнюю скоростную характеристику строят до точки, соответствующей n_N.

3. Построение графиков силового баланса и динамической характеристикой

При построении графиков силового баланса для различных передач и скоростей движения автомобиля рассчитывают значения составляющих уравнения силового баланса:

P_k-P_ψ-P_w -P_j=0, (4)

Тяговое усилие на ведущих колёсах определяют из выражения, Н:

, (5)

где: r_д – динамический радиус колеса, который в нормальных условиях движения принимают равным r_ст, м.

Вторую составляющую силового баланса – силу суммарного дорожного сопротивления – определяют по формуле, Н:

 

P_ψ=ψ∙G,

где G=g∙m – полный вес автомобиля, Н. g=9,81 м/с² – ускорение свободного падения.

В расчётах не учитывается влияние скорости движения на коэффициент сопротивлению качению, в связи с чем полагаем ψ=const. Для автомобиля Газ-13 G=9,81∙3175=31146.75 Н, а при заданном ψ = 0,037 Р_ψ=0,037 ∙31146,75=1152,430 Н.

Сила сопротивления воздуха, Н:

 

,

 

где: F – лобовая площадь автомобиля, м².

V – скорость автомобиля, км/ч.

Лобовая площадь может быть определена по чертежу автомобиля, а при его отсутствии – приближённо по выражению:

F=α∙B_r∙H_r,

где: α – коэффициент заполнения площади, для легковых автомобилей

α=0,78…0,8; для грузовых автомобилей α=0,75…0,9 (большее значение принимают для автомобилей с большей полной массой); для автобусов α=0,85…0,95 (меньшие значения принимаются для автобусов малой вместимости, а большие - большей).

F = 0,8 ∙ 1,61 ∙ 1,44 = 1,3552 м²

Сила сопротивления разгону, Н:

,

 

где: δ – коэффициент, учитывающий влияние инерции вращающихся масс.

j – ускорение автомобиля в поступательном движении, м/с².

При построении и анализе графиков силового баланса величина P_j не рассчитывается, а определяется как разность тягового усилия P_k и суммы сопротивлений движению (P_ψ+ P_w).

График силового баланса и все последующие строят в функции скорости автомобиля V, км/ч, которая связана с частотой вращения вала n зависимостью:

,

где r_k – радиус качения колеса, м, равный при отсутствии проскальзывания, статистическому радиусу r_ст.

Динамический фактор автомобиля D определяется для различных передач и скоростей движения по формуле:

,

Для построения графика силового баланса рассчитываем сумму P_ψ+ P_w, которая зависит только от скорости и не зависит от передаточного числа коробки передач. Поэтому расчёт выполняем применительно к скоростям, соответствующим высшей передачи.

Таблица 2. Результаты расчетов силового баланса и динамической характеристики автомобиля ЗАЗ-968М

Параметры	Значение параметров
n , об/мин	600	900	1200	1500	1800	2100	2400	2700	3000	3200
a*n/nN	0,2222	0,3333	0,4444	0,5556	0,6667	0,77778	0,88889	1	1,111111	1,185185
b*(n/nN)2	0,0494	0,1111	0,1975	0,3086	0,4444	0,60494	0,79012	1	1,234568	1,404664
c*(n/nN)3	0,011	0,037	0,0878	0,1715	0,2963	0,47051	0,70233	1	1,371742	1,664787
a*n/nN+b*(n/nN)2-c*(n/nN)3	0,2606	0,4074	0,5542	0,6927	0,8148	0,91221	0,97668	1	0,973937	0,925062
Ne	8,0817	12,633	17,184	21,48	25,266	28,2859	30,2851	31,00817	30,2	28,68449
Me	128,63	134,05	136,76	136,76	134,05	128,634	120,509	109,677	96,13667	85,60526

 

Рисунок 1-Внешняя скоростная характеристика карбюраторного двигателя внутреннего сгорания

 

Рисунок 2. Силовой баланс автомобиля

Рисунок .3. Динамическая характеристика автомобиля

Таблица 1. Результаты расчетов внешней скоростной характеристики двигателя

Параметры	Значение параметров
n , об/мин	600	900	1200	1500	1800	2100	2400	2700	3000	3200
a*n/nN	0,2222	0,3333	0,4444	0,5556	0,6667	0,77778	0,88889	1	1,111111	1,185185
b*(n/nN)2	0,0494	0,1111	0,1975	0,3086	0,4444	0,60494	0,79012	1	1,234568	1,404664
c*(n/nN)3	0,011	0,037	0,0878	0,1715	0,2963	0,47051	0,70233	1	1,371742	1,664787
a*n/nN+b*(n/nN)2-c*(n/nN)3	0,2606	0,4074	0,5542	0,6927	0,8148	0,91221	0,97668	1	0,973937	0,925062
Ne	8,0817	12,633	17,184	21,48	25,266	28,2859	30,2851	31,00817	30,2	28,68449
Me	128,63	134,05	136,76	136,76	134,05	128,634	120,509	109,677	96,13667	85,60526