Окружная сила на ведущих колесах, движущая автомобиль, возникает в результате того, что к ведущим колесам подводится через трансмиссию крутящий момент от двигателя.
Влияние двигателя на тягово-скоростные свойства автомобиля определяется его скоростной характеристикой, которая представляет собой зависимость мощности и момента на валу двигателя от частоты его вращения. Если эта характеристика снята при максимальной подаче топлива в цилиндр, то она называется внешней, если при неполной подаче – частичной. Скоростную характеристику находят экспериментально при испытании двигателя на тормозном стенде.
Для расчета внешней скоростной характеристики двигателя необходимо взять технические характеристики значения ключевых точек.
1. Максимальная мощность двигателя: Рр, кВт.
Частота вращения вала, соответствующая максимальной мощности: np, об./мин.
2. Максимальный крутящий момент двигателя: Ме(mах), кН×м.
Частота вращения вала, соответствующая максимальному крутящему моменту: nM, об./мин.
Промежуточные значения определяются из уравнения полинома:
Pe = Pp[a(we: wp) + b(we: wp)2 + c(we: wp)3], (2.1)
где Рe – текущее значение мощности двигателя, кВт;
Рp – максимальная мощность двигателя, кВт;
we – текущее значение частоты вращения коленчатого вала, рад/с;
wp – частота вращения коленчатого вала в расчетном режиме, соответствующая максимальному значению мощности, рад/с;
а, b, с – коэффициенты полинома.
Рассчитаем коэффициенты полинома по следующим уравнениям:
; (2.2)
; (2.3)
, (2.4)
где Км – коэффициент приспособляемости по моменту;
Кw – коэффициент приспособляемости по частоте вращения.
Коэффициенты приспособляемости
Км = Ме(mах): Мр; (2.5)
Kw = wp: wм, (2.6)
где Мр – момент, соответствующий максимальной мощности;
Мр = Pp: wp. (2.7)
Перевод частоты об./мин в рад/с
w = p n: 30. (2.8)
Для проверки правильности расчетов коэффициентов полинома должно выполняться равенство: а + b + с = 1.
Подставив имеющиеся теперь исходные данные в уравнение полинома, вычисляем значения мощности двигателя. Расчет характеристик Ре = f(we) следует производить для следующих значений we: we(min), wм, wр и еще 3–4 точки, равномерно расположенные в диапазоне частоты от we(min) до wр. Для карбюраторных двигателей без ограничения частоты вращения коленчатого вала мощность рассчитывается также для wе(max) = (1,10…1,15)wр. Для дизельных двигателей устойчивое значение максимальной частоты вращения wе(max) = wр.
Значение величины крутящего момента
Me = Ре: we. (2.9)
Рассчитанные значения мощности и момента будут несколько отличаться от фактических, передаваемых в трансмиссию за счет потерь мощности двигателя на привод вспомогательного оборудования. Поэтому фактические значения мощности и момента определяются по формулам:
Ре(ф) = Кп Ре; (2.10)
Ме(ф) = Кп Ме, (2.11)
где Кп − коэффициент, учитывающий потери мощности на привод вспомогательного оборудования; Кп = 0,95…0,98 − для легковых автомобилей; Кп = 0,93…0,96 − для грузовых и автобусов. (примем Кп = 0,93)
Рассчитаем внешнюю скоростную характеристику двигателя автомобиля ГАЗ-3307
Значения в ключевых точках берём из краткой технической характеристики:
1. Максимальная мощность двигателя Рр = 88,5 кВт.
Частота вращения вала, соответствующая максимальной мощности,
np = 3200 об/мин.
2. Максимальный крутящий момент двигателя Ме(mах) = 284,5 Н×м.
Частота вращения вала, соответствующая максимальному крутящему моменту, nM = 2500 об/мин.
Произведем перевод частот в рад/с:
Wм = 3,14 × 2500: 30 = 261,7 рад/с;
Wр = 3,14 × 3200: 30 = 335 рад/ с.
Тогда крутящий момент при максимальной мощности
Мр = 88,5: 335 = 0,264 кН×м.
Определим коэффициенты приспособляемости по моменту и по частоте вращения:
Км = 0,2845: 0,264 = 1,077;
Kw = 335,1: 261,7 = 1,391.
Приведем расчет коэффициентов полинома:
;
;
.
Проверка: 0, 573+ 1,404 – 0,977 = 1.
Следовательно, расчеты коэффициентов произведены правильно.
Приведем расчеты мощности и крутящего момента для холостого хода. Минимальная частота вращения, при которой двигатель работает устойчиво с полной нагрузкой, находится в пределах we(min) = 60…80 рад/с, причем меньшее значение характерно для карбюраторных двигателей, а большее - для дизельных.