Các tính chất bao gồm: động lực học kéo, tính kinh tế nhiên liệu, động lực học phanh, tính ổn định , cơ động, êm dịu… Đồ án môn học Lý thuyết ôtô là một phần của môn học, với việc vận dụ
ĐỒ THỊ ĐẶC TÍNH NGOÀI CỦA ĐỘNG CƠ
Khái niệm
Đường đặc tính tốc độ của động cơ là đồ thị chỉ sự phụ thuộc công suất có ích Ne, momen xoắn có ích Me, sức tiêu hao nhiên liệu ge theo số vòng quay của trục khuỷu động cơ ne hoặc theo tốc độ quay ω của trục khửu
Có 2 loại đường đặc tính tốc độ của động cơ : Đường đặc tính tốc độ cục bộ : là đường đặc tính tốc độ của động cơ mà vị trí của bướm ga (động cơ xăng) hoặc thanh răng của bơm cao áp (động cơ diezel) ở vị trí bất kì Đường đặc tính ngoài : là đường đặc tính tốc độ của động cơ mà vị trí của bướm ga (động cơ xăng) hoặc thanh răng của bơm cao áp (động cơ diezel) ở vị trí cung cấp nhiên liệu là lớn nhất
Như vậy đối với mỗi đông cơ đốt trong chỉ có một đường đặc tính tốc độ ngoài và rất nhiều đường đặc tính tốc độ cục bộ tuỳ theo vị trí bướm ga của thanh răng Đường đặc tính tốc độ của động cơ nhận được bằng cách thí nghiệm động cơ trên bệ thử hoặc dùng phương pháp bệ thử thuỷ lực.
Công thức tính
Trong trường hợp không có đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ bằng thực nghiệm ta có thể xây dựng đường đặc tính ngoài nhờ công thức kinh nghiệm Hiện nay người ta hay dùng công thức thực nghiệm của S.R.Lây Đécman để xây dựng đường đặc tính tốc độ ngoài
- a,b,c hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào chủng loại động cơ
- Đối với xe động cơ xăng nên a=b=c=1
- Nemax công suất hữu ích cực đại (Kw)
- nN số vòng quay trục khuỷu của động cơ ứng với công suất lớn nhất (v/p)
- Ne giá trị công suất hữu ích của động cơ ứng với số vòng quay ne
Với Nemax = 77 hp = 57,42 Kw ; nN = 5600 (v/p) và a = 1; b = 1; c = 1
Khi có Ne, ne ta tính Me theo công thức sau:
+ Ne công suất của động cơ (kW)
+ ne số vòng quay trục khuỷu động cơ (kW)
+ Me momen xoắn động cơ (N.m)
Lập bảng số liệu
Bảng 1.1 Giá trị công suất và momen theo số vòng quay
Từ bảng trên ta xây dựng được đường đặc tính ngoài của động cơ theo số vòng quay như hình vẽ
Hình 1.1 Biểu diễn đường đặc tính tốc độ ngoài của động cơ
1.4 Ứng dụng của đồ thị
- Sau khi xây dựng đường đặc tính ngoài của động cơ ta mới có cơ sở để nghiên cứu tính chất động lực học của ô tô
- Xác định được vùng làm việc của động cơ công suất Ne , momen xoắn Me ứng với số vòng quay trục khuỷu
ĐỒ THỊ CÂN BẰNG LỰC KÉO
Khái niệm
Để ô tô có thể chuyển động được thì lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động phải thắng được lực cản bao gồm lực cản lăn (Pf), lực cản lên dốc (Pi), lực cản quán tính (Pj), lực cản không khí (Pw), lực cản kéo moóc (Pm)
Biểu thức cân bằng giữa lực kéo và tổng các lực cản được gọi là phương trình cân bằng lực kéo của ô tô k f i j w m
Phương trình cân bằng lực kéo có thể biểu diễn bằng đồ thị Đồ thị cân bằng lực kéo là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực kéo ở các tay số, các giá trị lực cảntheo vận tốc chuyển động của ô tô
Pki= f(v); Pcản (Pf, Pi, Pj, Pw)= f(v)
Công thức tính
Phương trình cân bằng lực kéo
Pk lực kéo tiếp tuyến tại các bánh xe chủ động : k e t t b
Pi lực cản lên dốc :
Pj lực cản quán tính : j i
Pm lực cản kéo móoc :
Xét trường hợp ô tô chuyển động ổn định trên đường nằm ngang, không kéo móoc :
= i ti : tỉ số truyền của hệ truyền lực ở tay số i i ti = i i i i hi p 0 c
- ihi: tỉ số truyền lực của tay số i
- ip: tỉ số truyền của hộp số phụ (nếu có)
- i0: tỉ số truyền của cầu
- ic: tỉ số truyền của truyền lực cuối
- Ý nghĩa thông số lốp theo tiêu chuẩn Nga: B-d
- Chiều rộng của lốp: B = 6,45 inch = 6,45.25,4 = 163,83 mm
- Chiều cao của lốp: H = B = 163,83 mm
- Đường kính trong : d = 13 inch = 330,2 mm
- Bán kính làm việc trung bình của bánh xe rb : rb=𝜆.ro ro bán kính thiết kế của bánh xe o r B d 25, 4 328,93(mm)
𝜆 hệ số kể đến sự biến dạng chiều cao của lốp, với lốp áp suất thấp = 0,93 rb=ro 𝜆= 305,9(mm) = 0,3059m Lực cản lăn
G: tải trọng của xe ở chế độ toàn tải :G30 kg = 14300 N f: hệ số cản lăn : f0 = 0,018
Xây dựng đường công suất cản tổng cộng:
+Khi v≤ 22,2(m/s) thì Pf là một đường thẳng nằm ngang f 0
P =G.f +Khi v>22,2(m/s) thì Pf là một đường cong bậc 2 được tính theo công thức:
W=K.F : nhân tố cản không khí (Ns 2 /m 2 )
F: diện tích cản chính diện v : vận tốc tương đối của ô tô
Kết quả tính
Bảng 2.1 Giá trị lực kéo tại các tay số
Bảng 2.2 Tổng giá trị lực cản của đường và không khí
Hình 2.1 Đồ thị cân bằng lực kéo
Ứng dụng của đồ thị
Xác định được vmax của ô tô: hoành độ giao điểm của Pk4 với Pf +Pw
- Xác định độ dốc lớn nhất mà ô tô có thể vượt qua được ở tay số và vận tốc cho trước
- Nghiên cứu chế độ cân bằng lực ở các loại đường có f và i khác nhau
- Lựa chọn chế độ chuyển động hợp lý của ô tô trên loại đường cho trước
Xác định lực kéo dư dùng để tăng tốc hay vuợt dốc
+ Tăng tốc Pk dư = Pj= 𝐺
+ Vượt dốc Pk dư= Pi= G.sin𝛼 → sin𝛼= Pk dư
G+ Xác định vùng làm việc ổn định ở các tay số là vùng bên phải của đường lực kéo ở từng tay số tính từ điểm cực đại ở tay số đó
ĐỒ THỊ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT
Khái niệm
Công suất của động cơ sinh ra sau khi truyền qua HTTL sẽ tiêu hao một phần ở HTTL còn lại là công suất kéo để bánh xe chuyển động Công suất kéo này dùng để thắng các công suất cản chuyển động của ô tô
Nk= Ne.𝜂t Đồ thị cân bằng công suất là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa công suất phát ra ở các tay số, công suất kéo tại bánh xe chủ động ở các tay số, các công suất cản chuyển động theo tốc độ chủ động của ô tô hoặc số vòng quay trục khuỷu của động cơ.
Công thức tính
Ne công suất động cơ sinh ra
Nk công suất kéo bánh xe chủ động : k e t
Nf công suất cản lăn :
Ni công suất cản lên dốc :
Nj công suất cản quán tính : j i
Nw công suất cản không khí : 3
Nm công suất cản kéo móoc :
Phương trình cân bằng công suất k e t
Trường hợp ô tô chuyển động trên đường bằng ổn định không móoc kéo, công suất được tính: k e t
Trường hợp ô tô chuyển động trên đường bằng không kéo móoc, công suất được tính:
Kết quả tính
Bảng 3.1 Giá trị công suất ứng với mỗi vận tốc ở các tay số
Xây dựng đường công suất cản tổng cộng
Vì v>22,2(m/s) ta phải chọn hệ số cản lăn bằng hệ số cản thực nghiệm:
Bảng 3.2 Tổng giá trị công suất cản của không khí
Hình 3.1 Đồ thị cân bằng công suất của ô tô
Ứng dụng của đồ thị
Xác định vmax của ô tô có thể đạt được là hoành độ giao điểm của đường Nf+ Nw với đường Nk ở tay số 5
Xác định công suất dư dùng để tăng tốc, vượt dốc:
+ Vượt dốc : Ndư= Ni= G.sin𝛼.v
Xác định mức độ sử dụng công suất của ô tô N w k
Mức độ sử dụng công suất càng lớn thì mức tiêu hao nhiên liệu càng nhỏ, ngược lại Khi chất lượng mặt đường tốt, vận tốc ô tô nhỏ, tỉ số truyền hộp số lớn thì mức độ sử dụng công suất nhỏ dẫn tới tiêu hao nhiều nhiên liệu
- Dùng để xác định trị số các thành phần của công suất cản ở các tay số khác nhau với các số truyền6 khác nhau, xác định công suất dự trữ ở các tốc độ khác nhau, ở các số truyền khác nhau
- Dựa vào công suất dự trữ kết hợp với các đồ thị cân bằng lực kéo, đồ thị nhân tố động lực học, đồ thị tăng tốc của ô tô để giải quyết bài toán về động lực học và động lực học của ô tô như tìm khả năng tăng tốc, leo dốc, móc kéo của ô tô, tìm tốc độ lớn nhất của ô tô trên mỗi loại đường, tìm được số truyền hợp lý
ĐỒ THỊ NHÂN TỐ ĐỘNG LỰC HỌC
Khái niệm
Nhân tố động lực học của ô tô là tỉ số giữa lực kéo tiếp tuyến tại các tay số trừ đi lực cản không khí với trọng lượng toàn bộ của ô tô ki wi
= − Đồ thị nhân tố động lực học là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa nhân tố động lực học ở các dãy số với vận tốc chuyển động của ô tô.
Công thức tính
Pk lực kéo bánh xe chuyển động : k e t e t t b
Pw lực cản không khí : P w = W.v 2
G trọng lượng ô tô it tỉ số truyền hệ thống truyền lực : i t = i i hi 0 v vận tốc ô tô : e b ( ) ti
Kết quả tính
Bảng 4.1 Giá trị nhân tố động lực học ô tô tương ứng với mỗi tay số hình 4.1 đồ thị nhân tố động lực học
* Đồ thị nhân tố động lực học khi tải trọng thay đổi
Những đường đặc tính động lực học của ô tô lập ra ở góc phần tư bên phải của đồ thị tương ứng với trường hợp ô tô có tải trọng đầy, còn góc phần tư bên trái của đồ thị, ta vạch từ gốc toạ độ nhưng tia làm với trục hoành các góc 𝛼 khác nhau mà: x x
Như vậy mỗi tia ứng với một tải trọng Gx nào đó tính ra phần trăm so với tải trọng đầy của ô tô
Trong trường hợp Gx=G thì tg𝛼=1 lúc này tia làm với trục hoành một góc 𝛼E
Ứng dụng của đồ thị
Xác định được vmax là hoành độ giao điểm của đường nhân tố động lực học ở tay số
4 với đường hệ số cản lăn
Xác định được gia tốc tăng tốc của ô tô (j)
Xác định góc dốc (i) lớn nhất có thể vượt qua i= D-f
- Tìm loại đường mà ôtô có thể hoạt động được ở một số truyền nào đó khi biêt vận tốc chuyển động và tải trọng trên xe
- Xác định hệ số cản lớn nhất của đường mà ôtô có thể vượt qua được Ψmax ở từng tay số truyền ứng với tải trọng đã biết
- Tìm số truyền thích hợp và tốc độ chuyển động của ôtô, khi biết sức cản của đường và tải trọng của ôtô
- So sánh đặc tính động lực của các loại ô tô khác nhau
ĐỒ THỊ GIA TỐC
Khái niệm
Thời gian và quãng đường tăng tốc của ô tô là những thông số quan trọng để đánh giá chất lượng động lực học của ô tô Ta sử dụng đồ thị gia tốc để xác định thời gian và quãng đường tăng tốc của ô tô i
Công thức tính
D - nhân tố động lực học Ψ - hệ số cản tổng cộng của đường g - gia tốc trọng trường (m/s) δi - hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng vận động quay
Kết quả tính
Bảng 5.1 Giá trị gia tốc của ô tô ứng với mỗi tay số
Hình 5.1 Đồ thị gia tốc của ô tô
Ứng dụng của đồ thị
Xác định vận tốc max cuả ô tô là hoành độ giao điểm giữa đường gia tốc ở tay số 4 và trục hoành Để xác định thời gian và quãng đường tăng tốc của ô tô
- Dùng đồ thị để xác định gia tốc của ôtô ở một tốc độ nào đó, ở số truyền nào đó
- Dùng để xác định thời điểm sang số hợp lý để đảm bảo độ giảm tốc độ nhỏ nhất và thời gian đổi số truyền là ngắn nhất và đạt tốc độ cao nhất, nhanh nhất ở các số truyền
- Dùng đồ thị để xác định thời gian và quãng đường tăng tốc của ôtô
ĐỒ THỊ GIA TỐC NGƯỢC
Khái niệm
Là đồ thị biểu diễn tỉ số 1
Công thức tính
J dt dv dt dv dt j j
Tích phân này không giả được bằng phương pháp giải tích vì J không phải là hàm của vận tốc v Tuy nhiên có thể giải bằng phương pháp đồ thị Khi đó tính diện tích của vùng giới hạn bởi 1 j và dv
Ta chỉ lấy J tới 0,95 vmax để 1 j không phải là vô cùng Vì khi vmax thì J=0
Kết quả tính
Hình 6.1 Đồ thị gia tốc ngược của ô tô
Ứng dụng
Dùng để xác định thời gian và quãng đường tăng tốc của ôtô
XÁC ĐỊNH THỜI GIAN CỦA ÔTÔ
Xác định thời gian tăng tốc
Biểu thức xác định thới gian tăng tốc
Từ CT: dv 1 j dt dv dt j
Thời gian tăng tốc của ôtô từ tốc độ v1 đến tốc độ v2 sẽ là: v2 1 t dv v1 j
+) ti – thời gian tăng tốc từ v1 đến v2
+) ti = Fi – với Fi là phần diện tích giới hạn bởi phần đồ thị 1 j= f(v); v = v1 ; v = v2 và trục hoành của đồ thị gia tốc ngược
⇒Thời gian tăng tốc toàn bộ n t i F i i 1
+) n – số khoảng chia vận tốc (vmin → vmax)
+) tại j = 0 →1 j Do đó chỉ tính tới giá trị v = 0,95vmax
Thời gian tăng tốc và quãng đường tăng tốc của ôtô có xét đến sự mất mát tốc độ và thời gian khi chuyển số
Đối với hệ thống truyền lực của ôtô với hộp số có cấp, thời gian chuyển từ số thấp lên số cao có xẩy ra hiện tượng giảm vận tốc của ôtô một khoảng v Trị số giảm vận tốc v có thể xác định nhờ phương trình chuyển động lăn không trượt của ôtô máy kéo với thời gian chuyển số là t1:
t1− thời gian chuyển số, phụ thuộc vào trình độ của người lái, kết cấu của hộp số và động cơ Đối với người lái có trình độ cao thì tl= 0,5 3s.lấy bằng 2s
21 Ψ − hệ số tổng cản của đường g− gia tốc trọng trường; lâý g = 10(m/s 2 ) δi 1,05 0,05ihi2
Bảng số liệu và đồ thị
Bảng 7.1 Trị số giảm vận tốc khi chuyển tay số của ô tô
Bảng 7.2 Giá trị thời gian và quãng đường tăng tốc của ô tô
22 Hình 7.1 Đồ thị thời gian tăng tốc của ô tô
QUÃNG ĐƯỜNG TĂNG TỐC CỦA Ô TÔ
Quãng đường tăng tốc
Sau khi đã lập được đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc giữa thời gian tăng tốc t và vận tốc chuyển động của ôtô v, ta có thể xác định được quãng đường tăng tốc của xe đi được ứng với thời gian tăng tốc
Từ biểu thức v = dS/dt, suy ra dS = vdt
Quãng đường tăng tốc của ôtô S từ vận tốc vl đến vận tốc v2 sẽ là: v2 s vdt v1
Tích phân này cũng không thể giải được bằng phương pháp giải tích, do nó không có mối quan hệ phụ thuộc chính xác về giải tích giữa thời gian tăng tốc và vận tốc chuyển động của ôtô máy kéo Vì vậy, chúng ta cũng áp dụng phương pháp giải bằng đồ thị trên cơ sở đồ thị thời gian tăng tốc của ôtô (hình7)
Chúng ta lấy một phần nào đó diện tích tương ứng với khoảng biến thiên thời gian dt, phần diện tích được giới hạn bởi đường cong thời gian tăng tốc, trục tung và hai hoành độ tương ứng với độ biến thiên thời gian dt, sẽ biểu thị quãng đường tăng tốc của ôtô máy kéo Tổng cộng tất cả các diện tích này lại, ta được quãng đường tăng tốc của ôtô máy kéo từ vận tốc v1 đến v2 và xây dựng được đồ thị quãng đường tăng tốc của ôtô phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của chúng S = f(v)
Bảng số liệu và đồ thị
Hình 8.1 Đồ thị quãng đường tăng tốc của ô tô