Tiểu luận lý thuyết ôtô đề 1 đặc tính động cơ đặt trên ô tô

Me = 104P e1,047 n e 1.1 Đặc tính tiêu hao nhiêu liệu và hiệu suất của động cơ Tính kinh tế của động cơ khi làm việc được đánh giá qua các thông số sau đây + Tiêu hao nhiên liệu theo thờ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU Khoa Công nghệ kỹ thuật - Nông nghiệp công nghệ cao

Ngành: Công nghệ kỹ thuật cơ khí

BÀI TIỂU LUẬN LÝ THUYẾT ÔTÔ

Đề 1

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Văn Đông Lớp: DH18CO

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Vũ Cường MSSV: 18033119

Vũng Tàu, tháng 07/2021

CHƯƠNG I: ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ ĐẶT TRÊN Ô TÔ

1.1 Đặc tính công suất của động cơ đốt trong

Me =f (ωe), Pe = f (ωe)

 Hệ số đàn hồi của động cơ theo momen

Km = M M emax

e p

 Hệ số đàn hồi theo tốc độ

Kn = ω e m

ω e p

M emax = Km M e p = K m P emax

ω e p

Các giá trị Pe và ne có thể tính được các giá trị momen xoắn Me của động cơ theo công thức sau:

Me = 104P e

1,047 n e

1.1 Đặc tính tiêu hao nhiêu liệu và hiệu suất của động cơ

Tính kinh tế của động cơ khi làm việc được đánh giá qua các thông số sau đây + Tiêu hao nhiên liệu theo thời gian tính theo khối lượng, kí hiệu Q

Q = Qv 

Q – Có đơn vị là: kg/s, g/s, kg/h

Qv – Có đơn vị là: m3/s, cm3/s, dm3/s

+ Tiêu hao nhiên liệu theo khối lượng q(kg/J, g/MJ, g/KWh)

q = P Q

e

Chuyển đổi đơn vị: 1g/MJ = 3,6g/KWh = 2,65g/m.l.h

+ Hiệu suất của động cơ được đánh giá thông qua quá trình biến đổi hóa năng thành cơ năng

Hiệu suất biến đổi hóa năng thành cơ năng được xác định:

P e

P h = P e

H n Q = H1

n q

Đối với các đơn vị thực tế hay dùng ta có:

= 1000H

hoặc = 3600H

1.2 Đặc tính lý tưởng của động cơ dùng trên ô tô và khuynh hướng sử dụng động cơ điện

- Đặc tính lý tưởng của động cơ dùng trên ô tô

Ở tốc độ ωemax của động cơ, ô tô sẽ đạt tốc độ cực đại theo yêu cầu, còn tại giá trị

không thể đạt được cùng lúc leo được độ dốc cực đại với vận tốc cực đại (ứng với công suât P’max nào đó) Công suất cực đại thực tế được chọn ở chế độ (Mmax,ω e mmax) và ở chế

độ (Mvmax, ω emax) và trong khoảng 2 chế độ này thì công suất Pmax phải được duy trì

không đổi

Các động cơ dùng trên ô tô không có đặc tính lý tưởng như vậy, vì thế trên xe luôn phải có hệ thống truyền lực với nhiều cấp số thay đổi

- Khuynh hướng sử dụng động cơ điện

Ngày nay, động cơ điện cũng được dùng nhiều trên ô tô, có nhiều loại động cơ điện khác nhau Trên ô tô thường dùng các động cơ điện kích từ nối tiếp, kích từ song song và kích từ hỗn hợp

Ưu điểm: Dễ dàng thay đổi chiều quay (chiều chuyển động của ô tô) và thay đổi dòng năng lượng, nghĩa là dễ dàng tiến hành phanh bằng động cơ hoặc biến động cơ thành máy nạp năng lượng trả lại cho nguồn Đặc biệt là động cơ điện hoàn toàn không gây ô nhiễm môi trường

Nhược điểm: Các động cơ điện một chiều là đảo mạch (cổ góp điện) không cho phéo làm việc ở số vòng quay quá cao (để hạn chế lực ly tâm tác dụng lên các phiến đồng của cổ góp) Tần số góc của loại động cơ này bị hạn chế ở mức 50 đến 100Hz

CHƯƠNG II: CƠ HỌC CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CỦA

ÔTÔ

1 Sự truyền năng lượng trên ôtô

a Sự truyền và biến đổi năng lượng trong hệ thống truyền lực:

Ne = Me Ꞷe

Nk =Mk Ꞷb

Tỉ số truyền động học

it = 1v = Ꞷ e

Ꞷ b = n e

n b

Tỉ số truyền it: it = ih ip io ic

Tỉ số truyền mô men:

ӕ = M k

M e

Hiệu suất truyền động

η = N k

N e = M k Ꞷ b

M e Ꞷ e = ӕ v = ӕ i

t

Hoặc được tính như sau: η = ηl ηh ηp ηcđ ηo ηc

b Sự biến đổi năng lượng trong hệ thống truyền động

Mk = Me it η

Pk = M k

r b = M e i t η

r b = M e i h i p i o i c η

r b

v = rl Ꞷb

Nγ = Ne – Nk

Mγ = N γ

Ꞷ e ; γ = N γ

N e = M γ

M e

γ = N γ

N e = N e −N k

N e = 1 - N k

N e = 1 – η

η = 1 - γ

2 Cơ học lăn của bánh xe

a Các loại bán kính bánh xe

ro = (B + d2 )25,4

+ Bán kính tự do r:

+ Bán kính tĩnh rt:

+ Bán kính lăn rl:

rl = Ꞷ v

b

rb = λ.ro

b Động lực lăn của bánh xe không biến dạng

 Các khái niệm

vo = S l

t = 2π r b N b

t = Ꞷ b.rb

+ Vận tốc chuyể động thực tế

v = S t

t =2π r l N b

t = Ꞷ b.rl

+ Vận tốc trượt vб:

vб = v – vo = Ꞷ b.rl - Ꞷ b.rb

+ Hệ số trượt và độ trượt khi kéo

δk = - v δ

v o = v δ

v =1 - r l

r b

λk = δk 100%

+ Hệ số trượt và độ trượt khi phanh

δp = - v δ

v = v o −v

v =v o

v - 1 = r l

r b – 1

λp = δp 100%

+ Bánh xe lăn không trượt

v = vo = Ꞷ b.rb

+ Tâm vận tốc tức thời nằm trên vòng bánh xe nên:

rl = rb

+ Trạng thái này có ở bánh xe chủ động với Mp = 0 lúc đó v δ : lăn không trượt + Bánh xe trượt quay

v = vo + v δ = Ꞷ b.rb + v δ = Ꞷ b.rl

v δ= v – vo < 0 + Ta có hệ số trượt khi kéo:

δk = - v δ

v o = v o −v

v = 1 - r l

r b

Do v δ < 0 nên δk > 0

Ở trạng thái bánh xe trượt hoàn toàn (bánh xe chủ động quay, xe đứng yên) ta có:

v = 0; Ꞷ b > 0 => v = Ꞷ b.rl =0 => rl = 0

v δ = v – vo = 0 – vo = - vo

Thay vào hệ số trượt ta được:

δk = 1 (trượt quay hoàn toàn) + Bánh xe lăn có trượt lết

Ta có quan hệ sau:

v = vo + v δ = Ꞷ b.rb + v δ = Ꞷ b.rl

Do đó:

v δ = v – vo = Ꞷ b.rl - Ꞷ b.rb > 0 Theo hệ số trượt khi phanh ta tính được:

δp = - v δ

v = v o −v

v = r b

r l – 1

Do v δ > 0 nên δp < 0

Ở trạng thái trượt lết hoàn toàn (bánh xe bị hãm cứng không quay, xe và bánh

xe vẫn chuyển động tịnh tiến) ta có:

V ≠ 0; Ꞷ b = 0 => r1 = Ꞷ v

b ⸺> ∞

Vo = Ꞷ brb = 0 => v δ = v – vo = v Thay vào hệ số trượt khi phanh ta có: δp = - 1 (trượt lết hoàn toàn)

3 Động lực học chuyển động bánh xe

+ Phương trình cân bằng tại tâm bánh xe:

Z.a = Pf rđ = f.Z.rđ = Mf

+ Ta rút ra được quan hệ:

tgα = r a

đ =P f

Z = f

b Bánh xe chủ động và đanh có lực kéo

Ta có Mk = Pkrđ

+ Cân bằng lực kéo theo chiều thẳng đứng:

Z = Gb

+ Lực kéo tiếp tuyến:

Pk = M k

r đ

+ Lực đẩy tổng cộng vào khung xe:

Px = Pk – Pf = X Khi kéo X cùng chiều chuyển động

CHƯƠNG III: TÍNH KINH TẾ NHIÊN LIỆU CỦA

ÔTÔ

1 Các chỉ tiêu kinh tế nhiên liệu của ôtô

Tính kinh tế chung của ô tô được đánh giá bằng giá thành theo đơn vị số lượng và quảng đường vận chuyển: tấn – km hoặc số hành khách – km

Tính kinh tế nhiên liệu của ô tô được đánh giá bằng mức tiêu hao nhiên liệu trên quảng đường 100km hoặc mức tiêu hao nhiên liệu cho 1 tấn – km Đối với ô tô khách được tính theo mức tiêu hao nhiên liệu 1 hành khách – km hoặc 100k

xác định theo biểu thức:

qd = 100Q S¿ (100 km l )

Trong đó:

Q – Lượng tiêu hao nhiên liệu (l)

Mức tiêu hao nhiên liệu cho một đơn vị hàng hóa:

qc = Q ρ n

G t S t (t km kg ) Trong đó:

ρn – Tỷ trọng nhiên liệu (kg/l)

2 Phương trình tiêu hao nhiên liệu của ô tô

Mức tiêu hao nhiên liệu theo thời gian:

GT = Q ρ n

Trong đó:

t – Thời gian làm việc của động cơ (h)

Để đánh giá tính kinh tế nhiên liệu của động cơ, ta dùng suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge :

Ge = G T

P e = Q ρ n

P e t (kW h kg )

Ta rút ra được công thức:

qd = 100 g e P e t

S¿ρ n = 100g e P e

v - S t¿ vận tốc chuyển động của ô tô (km/h)

Phương trình cân bằng công suất:

Pe = (F¿¿ψ+F ω ± F j )v

1000η ¿ (kW)

F ψ ; F ω ; F j – Là các lực cản chuyển động (N)

Công thức tính mức tiêu hao nhiên liệu:

qd = 0,36 g e (F ψ +F ω ± F j)

Qd = 0,36 g e (F¿¿ρ ψ+F ω)

Ta rút ra nhận xét sau:

Mức tiêu hao nhiên liệu trên một đơn vị quảng đường chạy giảm khi suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ giảm, nghĩa là nếu động cơ có kết cấu và quá trình làm việc hồn thiện thì giảm được mức tiêu hao nhiên liệu của ô tô trên một đơn vị quảng đường chạy

Tình trạng làm việc của hệ thống truyền lực không tốt sẽ làm giảm hiệu suất truyền lực và làm tăng mức tiêu hao nhiên liệu trên một đơn vị quảng đường chạy

Khi lực cản chuyển động tăng lên thì mức tiêu hao nhiên liệu sẽ tăng Trong quá trình ô tô tăng tốc thì mức tiêu hao nhiên liệu sẽ tăng

3 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu của ô tô khi đang chuyển động ổn định

Căng cứ vào phương trình cân bằng công suất của ô tô khi chuyển động ổn định,

ta có:

Pe = F ψ +F ω

η

của nó là đường cong biểu thị công suất tiêu hao cho lực cản không khí và ma sát trong

hệ thống truyền lực:

F ω

η = f(v) = Wv η3 Sau đó lập đường cong biểu diễn công suất cản của mặt đường và hệ số cản khác nhau F ψ

F ψ

η = ψGv η

Mức độ sử dụng công suất động cơ Yp theo tỉ số:

Yp = a+c a+b

Nếu Yp theo phần trăm ta có:

Yp % = a+c a+b 100%

Số vòng quay trục khuỷu động cơ:

Ne = 60 vi t

2 π r b (v/p)

4 Đặc tính tiêu hao nhiên liệu khi xe chuyển động không ổn định

a Lượng tiêu hao nhiên liệu trong quá trình tăng tốc của ô tô

Lượng tiêu hao nhiên liệu trong quá trình tăng tốc của ô tô:

Qj = At g etb

36.105

Qj – Lượng tiêu hao nhiên liệu trong quá trình tăng tốc của ô tô

tốc v1 – v2 (kg/kWh)

năng lượng cho lực cản trong hệ thống truyền lực:

At = A c + A d

η t

Ac = (Fψ + Fω )Sj

Sj – Quảng đường ô tô chuyển động tăng tốc (m)

Fω = W v tb2

vtb – Vận tốc trung bình của ô tô

vtb ≈ v1+v2

2

Fψ = ψG

(Nm)

Ad = 2g G (v12−v22 ¿ +1

2J b (ω b12 −ω b22 )

ω b12 ;ω b22 – Vận tốc góc của bánh xe ứng với lúc cuối và lúc đầu của quá trình tăng tốc (ứng với vận tốc v1 và v2 của ô tô)

b Xác định lượng tiêu hao nhiên liệu của ô tô trong thời gian chuyển động lăn trơn

Lượng tiêu hao nhiên liệu khi lăn trơn

Qlt =G xx t¿

Thời gian tlt (s) chuyển động lăn trơn xác định theo biểu thức:

tlt = v1−v2

j tb (s)

jtb – Gia tốc chuyển động chậm dần trung bình khi ô tô chuyển động lăn trơn (

m

S2)

jtb = (ψ+F ψ F xx

G )δ g

i

không tải thu gọn về bánh xe chủ động (N)

lăn trơn

Thay vào tlt ta có:

Qlt = G xx (v¿¿1−v2 )

3600 j tb ¿ (kg) Tổng lượng tiêu hao nhiên liệu cho một chu kì gia tốc - lăn trơn sẽ là:

Qt = A t g etb

36.10 5+G xx (v¿¿1−v2 )

3600 j tb ¿ (kg) Nếu xác định được quảng đường khi ô tô chuyển động tăng tốc và khi chuyển động lăn trơn, ta có thể tìm được mức tiêu hao nhiên liệu trên một đơn vị quảng đường chạy như sau:

Qst = 100 Q t

(S j +S¿)ρ n (100 km1 )

BÀI TẬP

Bài 1: Một ô tô tải có khối lượng m = 5000kg chuyển động trên đường nằm ngang

0,02; diện tích cản chính diện F = 2,5 m2; hệ số cản không khí K = 0,3 Ns2/m4, hệ số ảnh

Lực kéo tiếp tuyến của ô tô trong trường hợp chuyển động? Trong trường hợp ô tô xuống dốc, lực kéo tiếp tuyến của ô tô trong trường hợp chuyển động?

Giải:

+ Lực kéo tiếp tuyến của ô tô trong trường hợp chuyển động:

Phương trình cân bằng lực kéo của ô tô

Pk = Pω ± Pj ± Pi + Pf

Pω = 0,625CxSv3 = 0,625.0,3.1,5.16,663 = 1300,5 (Nm/s)

và Pj =0

+ Trong trường hợp ô tô xuống dốc, lực kéo tiếp tuyến của ô tô trong trường hợp chuyển động:

Do ô tô xuống dốc nên ta có (-Pi)

Pk = Pω +Pf – Pi = 1300,5 + 16337,8 – 816889,78 = -799251,48 (Nm/s)

Bài 2: Một ô tô tải có khối lượng m = 2500kg, chiều dài cơ sở l = 2,1m; khối lượng

Giải:

Ta có công thức tính tải trọng phân bố cầu sau là:

m2 = G.X2 => X2 = m2

G =15502500=0,62 Vậy khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu sau là:

X2.l = 0,62.2,1 = 1,302m

Bài 3: Ô tô lắp động cơ xăng có công suất có ích 85kW ở số vòng quay 2500v/ph, sử

dụng hộp số ba cấp có tỉ số truyền như sau: ih1=3,11; ih2=1,77; ih3=1; tỉ số truyền của

truyền lực 0,93 Mô men xoắn của động cơ? Ô tô đang chạy ở tay số 2, lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động và số vòng quay của trục bánh xe chủ động?

Giải:

+ Mô men xoắn của động cơ:

Me = 104 P e

1,047 n e = 1,047.2500104.85 = 324,74 (Nm) + Ô tô đang chạy ở tay số 2, lực kéo tiếp tuyến tại bánh xe chủ động và số vòng quay của trục bánh xe chủ động:

Pk = M e i h2 i o η

r b =324,74.1,77.4,55 0,930,33 = 7370,37 (N)

Bài 4: Một lốp xe có kí hiệu: 220/80 R 16 90 S, hệ số biến dạng lốp Giải

+ Các ký hiệu bánh xe:

 Bán kính thiết kế bánh xe: ro = B + d2.25,4 = 220 + 162 25,4 =423,2mm

393,576mm

Bài 5: Một ô tô có khối lượng m = 1700kg, đang đứng yên trên đường nằm ngang,

chiều dài cơ sở ô tô L = 2,5m, khoảng cách từ tâm ô tô đến tâm cầu trước a = 1,4m, gia tốc trọng trường g = 10m/s2 (bỏ qua mô men cản lăn Mf) Tính Z1, Z2

Giải:

Ta có: b = L – a = 2,5 – 1,4 = 1,1m

Z1 = Gb L = 1700.1,12,5 = 748kg

Z2 = Ga L = 1700.1,4