2.2.3. Побудова швидкісної зовнішньої характеристики двигуна

Для побудови швидкісної зовнішньої характеристики двигуна необхідно знати максимальну потужність двигуна N_max та кутову швидкість ω_N, при якій ця потужність досягається.

При проектуванні автомобіля ω_N обирають, орієнтуючись на значення кутової швидкості колінчастого вала, при якій досягається максимальна потужність у сучасних автомобільних двигунів відповідного типу:

- у карбюраторних двигунів легкових автомобілів - ω_N = 450.. .600 рад/с;

- вантажних автомобілів і автобусів - ω_N = 310...380 рад/с;

- у дизелів легкових автомобілів - ω_N = 350.. .460 рад/с;

- у дизелів вантажних автомобілів та автобусів - ω_N = 240.. .320 рад/с.

Для бензинових двигунів, що встановлюються на легкових, малих вантажних автомобілях та мікроавтобусах максимальна частота обертів колінчатого валу - ω_max співвідноситься з частотою при максимальній потужності - ω_N як, ω_max = 1,2  ω_N (2.34)

Мінімально стійка кутова швидкість колінчастого вала двигуна, рад/с, приймається, як правило, - (0,12 ... 0,18) кутової швидкості при максимальній потужності двигуна - ω_N.

Іноді максимальній швидкості відповідає рух не на вищій, а на попередній передачі, - таку передачу називають вищою розрахунковою, а передачу з мінімальним передаточним числом у таких автомобілів використовують для поліпшення паливної економічності.

Тип двигуна для автомобіля, що проектується, обирають, виходячи з визначеної максимальної потужності, призначення автомобіля, умов його експлуатації, паливного балансу та перспективних напрямків розвитку конструкції автомобільних двигунів: підвищення паливної економічності; зменшення токсичності газів, що відпрацювали; зменшення рівня шумності; збільшення питомої потужності; підвищення надійності.

Необхідні для побудови швидкісної зовнішньої характеристики двигуна поточні значення потужності Nі, крутного моменту М_i та питомої витрати палива ge можна розрахувати за наближеними емпіричними формулами.

(2.35)

(2.36)

(2.37)

де : a, b, с - емпіричні коефіцієнти (вибирають із табл. 2.5) чи інших джерел;

де : a₁, b₁, с₁ - емпіричні коефіцієнти (вибирають із табл. 2.6) чи інших джерел;

ωi - поточне значення кутової швидкості колінчастого вала, рад/с;

ω_N - значення кутової швидкості колінчастого вала при максимальній потужності двигуна, рад/с

g_N - питома витрата палива двигуном при максимальній потужності, яка становить 330...360 г/(кВтгод) для карбюраторних двигунів та 210...240 г/(кВтгод) для дизелів.

При цьому для карбюраторних двигунів вантажних автомобілів і автобусів та для дизелів вибирають не менше 10 ... 12 поточних значень кутової швидкості колінчатого валу - ωi в межах від мінімальної (для подальших розрахунків мінімально стійкі оберти колінчатого валу при русі автомобіля з мінімальною швидкістю приймаємо = 0,2  ω_N) до максимальної, яка дорівнює кутовій швидкості колінчастого вала при максимальній потужності.

Для карбюраторних двигунів без обмежувача частоти обертів (встановлюються на легкових автомобілях, вантажних та автобусах невеликої вантажопідйомності) ω_max, як правило, - 12 значень.

Таблиця 2.5

Значення коефіцієнтів a, b та с

Коефіцієнт	Тип двигуна
	карбюраторний		дизельний
	легкового автомобіля та автобуса	вантажного автомобіля	легкового автомобіля	вантажного автомобіля та автобуса
а	0,9	1,0	0,8	0,7
b	1,1	1,0	1,2	1,3
с	1,0	1,0	1,0	1,0

Таблиця 2.6

Значення коефіцієнтів а₁, в₁, с₁

Коефіцієнт	Тип двигуна
	карбюраторний	дизельний
а1	1,120	1,168
в1	0,580	0,670
с1	0,470	0,491

Результати розрахунків зводять у таблицю в табл. 2.7.

Таблиця 2.7

Параметри швидкісної зовнішньої характеристики двигуна

ωі / ωN	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1*	1,2*
ω і , рад/с
N і, кВт
М і , Н м
g e, г/кВт год.
ω min, рад/с
ω N , рад/с
ω max, рад/с
ω M ,рад/с
М max, Н м

* - тільки для бензинових двигунів без обмежувача частоти обертів колінчастого валу.

За отриманими параметрами (табл.. 2.7) на координатно – масштабному папері будуються графіки швидкісної зовнішньої характеристики. Графіки можуть бути побудовані в координаті «рад/с» чи «об/хв».

Розрахована за емпіричними формулами та з використанням рекомендованих вище значень коефіцієнтів a, b та с швидкісна зовнішня характеристика карбюраторного двигуна або дизеля може відрізнятися, і іноді досить суттєво, від тієї реальної, яку отримують при випробуваннях двигуна на гальмівному стенді. Тому, якщо є можливість передбачити встановлення на автомобіль, що проектується, вже існуючого двигуна, доречно використати для подальших розрахунків його швидкісну характеристику за даними заводу-виробника. Ці характеристики наводяться у спеціальній літературі. Крім того, формули 2.36...2.38 не підходять для розрахунку швидкісних характеристик двигунів із впорскуванням бензину, оскільки ці характеристики мають складну форму, тому, обираючи для встановлення на автомобіль, що проектується, такий двигун, необхідно мати можливість використати його реальну швидкісну зовнішню характеристику.

Зразки швидкісних зовнішніх характеристик двигунів див. у додатку 6.