1. Teoria ruchu
Projekt
Rok akademicki 2009/2010
Przygotowali:
Nosal Tomasz
Pajor Karol
Ryczek Robert
Świątek Michał
1

2. Audi A8
Audi A8 – pierwsza luksusowa limuzyna zbudowana w pełni z aluminium,
zastosowano w niej technologię Audi Space Frame (ASF). Auto konkuruje w
grupie ekskluzywnych samochodów z Mercedesem klasy S, BMW serii
7, Cadillakiem STS, Jaguarem XJ, Lexusem LS iVolkswagenem Phaeton. Jako
jedna z niewielu limuzyn w większości wersji wyposażona jest w stały napęd na
4 koła quattro, oraz jako jedyne auto tej klasy w podstawowej wersji
wyposażane jest w napęd przedni.
Audi A8 jest następcą modelu V8 produkowanego w latach 1988-1993.
Pierwsza generacja Audi A8 (D2) była produkowana od 1994 do 2002, w
roku 1998 roku został przeprowadzony facelifting tego modelu, obejmował on
nieco inny design przedniej partii nadwozia oraz drobne zmiany wewnątrz
pojazdu, pojawiły się także nowe jednostki napędowe. W roku 1996
zaprezentowano usportowiony model oznaczony symbolem Audi S8,
posiadający wzmocniony silnik 4.2 V8 i sportowe akcenty zarówno wewnątrz
jak i na zewnątrz, m.in. lusterka zewnętrzne z polerowanego aluminium i inny
wzór felg. Rok 2002 przyniósł nową wersję modelu Audi A8 - D3, która została
poddana modernizacji pod koniec roku 2005. Zmiany polegały głównie na
zastosowaniu nowej atrapy chłodnicy zachodzącej na zderzak i nawiązującej do
sportowych modeli z lat 30. W roku 2006 zaprezentowano nowy model Audi
S8 wyposażony w 10-cylindrowy silnik o pojemności 5.2l. Jest to słabsza wersja
silnika zaprojektowanego przez inżynierów Audi dla sportowego Lamborghini
Gallardo
2

3. 3

4. Rys1.1
Z wykresu możemy odczytac podstawowe charakterystyki prędkościowe i
obrotowe auta, niezbędne do obliczeń
4

5. 2. Zużycie Paliwa
Według normy ECE 89/491
Przy 90km/h
7,5dm3/100km
Przy 120km/h
9,6dm3/100km
Jednostkowe zużycie paliwa dla:
2.1 dla prędkości 90km/h
Gęstość paliwa w temperaturze 15 stopni C wynosi 0,86kg/dm3
Samochod jadący z prędkością 90km/h przejeżdża 100km w ciągu 1,11h
spalając przy tym 7,5dm3 paliwa
dm3 dm3
Ge = 7,5 = 6, 76
1,11h h
dm3 kg 1000 g g
6, 76 ⋅ 0,86 3 = 5,81 ⋅ = 1, 61
h dm 3600 s s
2.2 dla prędkości 120km/h
Gęstość paliwa w temperaturze 15 stopni C wynosi 0,86kg/dm3
Samochod jadący z prędkością 120km/h przejeżdża 100km w ciągu
0,83h spalając przy tym 9,6dm3 paliwa
dm3 dm3
Ge = 9, 6 = 11,56
1,11h h
dm3 kg 1000 g g
11,56 ⋅ 0,86 3 = 9,94 ⋅ = 2, 64
h dm 3600s s
5

6. 3. Elastyczność silnika
Zdolność przystosowania się silnika do zmiany obciążenia nazywa się elastyczn
ością
silnika. Elastyczność silnika ma istotny wpływ na własności trakcyjne pojazdów
samochodowych. Im silnik jest bardziej elastyczny, tym większą wykazuje zdolnoś
ć do
przyspieszenia, do pokonywania wzniesień itp. Miarą elastyczności silnika są wska
źniki
elastyczności: momentu, prędkości i całkowity.
3.1. Wskaźnik elastyczności momentu
M max
eM =
MN
gdzie: Mmax - największy moment obrotowy silnika,
MN - moment obrotowy odpowiadający największej mocy.
Wskaźnik elastyczności momentu obrotowego jest na ogół zawarty w następując
ych
granicach:
eM = 1,10 - 1,30 silniki z zapłonem iskrowym,
eM = 1,05 - 1,15 silniki z zapłonem samoczynnym.
3.2. Wskaźnik elastyczności prędkości obrotowej
nN
en =
nM
gdzie: nN - prędkość obrotowa silnika odpowiadająca największej mocy,
nM - prędkość obrotowa silnika odpowiadająca największemu momentowi
obrotowemu.
Wskaźnik ten na ogół jest zawarty w granicach 1,3 - 2,0. Silnik odznaczający się
większym wskaźnikiem elastyczności en ma większy zakres możliwej do wykorzy
stania
prędkości obrotowej i dzięki temu lepiej nadaje się do celów trakcyjnych.
3.3. Wskaźnik elastyczności całkowitej
E = eM ⋅ en
6

7. Wskaźnik ten na ogół jest zawarty w granicach 1,5 - 2,5.
3.4 Audi A8 określanie elastyczności silnika (dane z rys 1.1)
Dane:
M max = 650 Nm
M N = 540 Nm nM = przyjmuję 2150obr / min
nN = 3750obr / min
3.4.1. Elastyczność momentu
nM = 1800 − 2500obr / min
M max 650 Nm
eM = = = 1, 20
MN 540 Nm
3.4.2. Elastyczność prędkości obrotowej
obr
n 3750
en = N = min = 1, 72
nM 2150 obr
min
3.4.3. Elastyczność całkowita
E = eM ⋅ en = 1, 20 ⋅1, 72 = 2, 06
4. Moc efektywna, moc indykowana.
4.1. Postępowanie przy wyznaczaniu średniego ciśnienia indykowanego
Sporządzenie wykresu indykatorowego silnika spalinowego za
7

8. pomocą przyrządu zwanego indykatorem, który rysuje wykres obrazujący rzec
zywiste
zmiany ciśnienia i objętości w cylindrze silnika .
Określenie pola pracy dodatniej (W1) i ujemnej (W2) z pola wykresu indykatorowe
go
za pomocą planimetru.
Obliczenie pracy indykatorowej oddanej przez silnik:
W = W1 − W2 [mm 2 ]
Sprowadzenie pracy oddanej przez silnik do wymiarów prostokąta .
Wtedy pole prostokąta wynosi:
W = Pi ⋅ Vss
gdzie: pi - średnie ciśnienie indykatorowe w kPa
Vss - objętość skokowa w cm3.
Obliczenie wartości średniego ciśnienia indykatorowego po przekształceniu
powyższej zależności z uwzględnieniem podziałki (skali) ciśnienia. Zatem:
W
Pi = [kPa ]
Vss
(ze względu na brak danych w literaturze i słabo wyposażone zaplecze naukowe nie
jest możliwe wyznaczenie cisnienia indykowanego dlatego przyjmuję wartości dla
prędkości V1=90km/h Pi1=0,5MPa i V2=120km/h Pi2=0,62MPa)
4.2. Moc indykowana silnika spalinowego
Moc indykowana silnika spalinowego z uwzględnieniem jego prędkości obrotowej
8

9. i rodzaju silnika.
Pi1 ⋅ Vss ⋅ n
N i1 =
60 ⋅τ
gdzie: pi - średnie ciśnienie indykowane w kPa
Vss - objętość skokowa w m3,
n - prędkość obrotowa w obr/min,
- współczynnik zależny od zasady działania silnika, przy czym dla:
- silnika czterosuwowego τ=2
- silnika dwusuwowego τ=1
Z powyższego wzoru wynika, że moc indykowana silnika zależy przede wszystki
m
od średniego ciśnienia indykowanego i prędkości obrotowej.
4.3. Moc efektywna (użyteczna)
Uwzględniając fakt, że cześć mocy indykowanej zostaje zużyta na pokonanie oporó
w
własnych silnika tj. oporów tarcia i na napęd mechanizmu rozrządu oraz urządzeń
pomocniczych współpracujących z silnikiem (jak np. pompy oleju, prądnicy itp.) w
prowadza
się pojęcie sprawności mechanicznej. Zatem wzór na moc użyteczną będzie miał p
ostać:
ηm ⋅ Pi ⋅Vss ⋅ n
Ne = ηm ⋅ Ni =
60 ⋅τ
gdzie sprawność mechaniczna
Łatwiej posługiwac się cisnieniem użytecznym zatem:
Pe = η m ⋅ Pi
Wtedy wzór na moc efektywną (użyteczną) ma postać:
Pe ⋅ Vss ⋅ n
Ne =
60 ⋅τ
4.4. Określenie mocy efektywnej i indykowanej audi A8
Dane:
9

10. Prędkość obrotowa
n = 3000obr / min
Wartość opałowa
44 MJ kJ
Wop = = 44000
kg kg
Sprawność przy prędkości V=90km/h
η m = 0,85
1
Ciśnienie indykowane przy V=90km/h
Pi1 = 0,5MPa = 500kPa
Ciśnienie użyteczne przy V=90km/h
Pe1 = η m1 ⋅ Pi1 = 0,85 ⋅ 500 = 425kPa
Zużycie paliwa przy V=90km/h
g kg
Ge1 = 1, 61 = 0, 00161
s s
Przy prędkości V=120km/h
ηm2 = 0,82
Ciśnienie indykowane przy V=120km/h
Pi2 = 0, 62 MPa = 620kPa
Ciśnienie użyteczne przy V=120km/h
Pe2 = η m 2 ⋅ Pi2 = 0,82 ⋅ 620 = 508, 4kPa
Zużycie paliwa przy V=120km/h
g kg
Ge2 = 2, 64 = 0, 00264
s s
3
Objętość skokowa w m
Vss = 3936cm3 = 3936 ⋅10 −6 m3
Współczynnik dla silnika 4 suwowego:
τ=2
4.4.1. Dla prędkości 90km/h
10

11. Moc indykowana:
Pi1 ⋅Vss ⋅ n 500 ⋅ 3000 ⋅ 3936 ⋅10−6
N i1 = = = 49, 2kW
60 ⋅τ 60 ⋅ 2
Moc efektywna:
Pe1 ⋅ Vss ⋅ n 425 ⋅ 3936 ⋅10−6 ⋅ 3000
Ne1 = = = 41,8kW
60 ⋅τ 60 ⋅ 2
4.4.2. Dla prędkości 120km/h
Moc indykowana:
Pi1 ⋅ Vss ⋅ n 620 ⋅ 3000 ⋅ 3936 ⋅10−6
N i2 = = = 61kW
60 ⋅τ 60 ⋅ 2
Moc efektywna:
Pe2 ⋅Vss ⋅ n 508 ⋅ 3936 ⋅10−6 ⋅ 3000
Ne = = = 50kW
60 ⋅τ 60 ⋅ 2
4.5. Sprawność ogólna jako stosunek mocy efektywnej
do wartości opałowej i jednostkowego spalania
4.5.1 dla prędkości 90km/h
Ne1 41,8
η0 = = = 0,59
Wop ⋅ Ge1 44000 ⋅ 0, 00161
4.5.2 dla prędkości 120km/h
Ne2 50
η0 = = = 0, 43
Wop ⋅ Ge2 44000 ⋅ 0, 00264
5. Dobór stosunku skoku tłoka S do średnicy cylindra D.
11

12. Stosunek ten decydujący o wysokości i długości silnika, o jego masie oraz średniej
prędkości tłoka, mieści się w następujących granicach:
S
k= = 0,8 ÷ 1, 25
D
Dobór wartości k musi być bardzo staranny, gdyż wpływa na własności i wymiary
silnika.
Tak zmieniają się wymiary i parametry silnika dla wartości granicznych k
Dla k = 0,8
- bardzo krótki skok tłoka,
- duża średnica cylindra,
- większa trwałość silnika (większe przebiegi międzynaprawcze),
- niskie straty mechaniczne,
- duża sztywność wału korbowego w wyniku skrócenia jego ramion,
- łatwiejsze umieszczenie zaworów o większych średnicach (lepsze napełnianie
cylindra i dokładniejsze usuwanie spalin),
- mała wysokość silnika,
- łatwiejszy demontaż silnika.
Dla k = 1,25
- duży skok tłoka,
- mała średnica cylindra,
- większa wysokość silnika,
- obniżenie wysokości komory spalania i zwiększenie jej powierzchni,
- większe straty cieplne przez zwiększenie powierzchni komory spalania,
- lepsze warunki chłodzenia,
- spadek sprawności mechanicznej,
- lepszy przebieg spalania.
5.1. Obliczanie średnicy cylindra Audi A8
Parametr k=1,00
Pojemność skokowa Vss=3936 cm3
Vss 3 3936cm3 3
D= =
3 = 1253cm3 = 10, 78cm = 107,8mm
πk 3,14 ⋅1
5.2. Obliczanie skoku tłoka Audi A8
S = D ⋅ k = 107,8mm ⋅1 = 107,8mm
6. Powietrze potrzebne do spalenia paliwa przypadające na jeden cykl pracy
12

13. Audi A8 jadąc z prędkością 120km/h spala 9,6dm3 na każde 100km. Silnik pracuje
z maksymalna mocą przy prędkości obrotowej 3750 obr/min. Pracuje na mieszance
stechiometrycznej λ=1. Objętość powietrza jaka potrzebuje na jeden cykl pracy:
kg
δ pow = 1, 2
m3
kg
δ paliwa = 0,86
dm3
3750
Liczba cykli wykonana przez silnik w czasie 1 min = = 1875
2
60
Czas jednego cyklu = = 0, 032 s
1875
g
Ge = 2, 64
s
Stała stechiometryczna:
kg
Lt ≅ 15[ ]
kg
m pow
λ= =1
m pal ⋅ Lt
g
m pow = λ ⋅ m pal ⋅ Lt = 1 ⋅ 2, 64 ⋅15 = 39, 6
s
Powietrze potrzebne na 1 cykl pracy:
m pow ⋅ t1cyklu = 39, 6 ⋅ 0, 03 = 1, 26 g
Zamieniamy na dm3 dzieląc przez gęstość powietrza:
1, 26
= 1, 05dm3
1, 2
Potrzeba 1,05dm3 powietrza na 1 cykl pracy
7. Statyka pojazdu
13

14. a = 1371mm
c = 1573mm
l = 2944mm
h = 714mm
rd = 357mm
f ≈ 0, 011
m
b =1 2
s
m = 2598kg
m
g = 9,8 2
s
G = 25980[ N ]
Wp = 0
B = 2598 N
∑ Fiz = 0 ⇒ Zp + Zt = G cos α
( x) ⇒ xp + xt = G sin α + B + wp
7.1.Samochód w spoczynku α=0
c
Zpo = G ⋅ = 13811[ N ]
l
a
Zto = G ⋅ = 12099[ N ]
l
14

15. 7.2.Reakcje normalne przy przyspieszaniu pojazdu:
∑M A ⇒ Zp ⋅ l − G cos α ⋅ c + (G sin α + B ) ⋅ h + Mp + Mt + Wp ⋅ hp
∑M c ⇒ Zp ⋅ l − G cos α ⋅ c + (G sin α + B) ⋅ h − Mp − Mt − Wp ⋅ hp
Mp = Zp ⋅ f ⋅ rd = 0, 00327 ⋅ Zp
Mt = Zt ⋅ f ⋅ rd = 0, 00327 ⋅ Zt
Zp ⋅ 2,944 − 22499 ⋅1,573 + (12990 + 2598) ⋅ 0, 7 + 0, 00327 ⋅ Zp + 0, 00327 ⋅ Zt = 0
Zt ⋅ 2,944 − 22499 ⋅1,371 + (12990 + 2598) ⋅ 0, 7 − 0, 00327 ⋅ Zt − 0, 00327 ⋅ Zp = 0
Zp ⋅ 2,944 − 35390 + 10911 + 0, 00327 ⋅ Zt = 0
Zt ⋅ 2,944 − 30846 + 10911 − 0, 00327 ⋅ Zp = 0
46301 − 0, 00327 ⋅ Zt
Zp =
2,944
46301 − 0, 00327 ⋅ Zt
Zt ⋅ 2,944 − 30846 + 10911 − 0, 00327 ⋅ =0
2,944
46301 − 0, 00327 ⋅ Zt
Zp =
2,944
Zt ⋅ 2,944 − 41757 − 51, 42 − 0, 00327 ⋅ Zt = 0
46301 − 0, 00327 ⋅ Zt
Zp =
2,944
Zt ⋅ 2,944 = 41705,58
Zp = 15711[ N ]
Zt = 14166[ N ]
Mp = 0, 00327 ⋅ Zp = 51[ Nm]
Mt = 0, 00327 ⋅ Zt = 46[ Nm]
15

16. 7.3.Przyspieszenie samochodu
Dla:
α=0 i Wp=0
b h
β p ≅ 1− ⋅ = 1 − 0, 45 = 0,55
g c
b h
β t ≅ 1 + ⋅ = 1 + 0,52 = 1,52
g a
Moment napędowy
Mnp ≈ 3200[ Nm]
Mnp − Mp
Xp = = 8997[ N ]
rd
Pt = 0
Xt = Pt − Zt ⋅ f = 14166 ⋅ 0, 011 = 155[ N ]
Xp 8997
δp= = = 0,57
Zp 15711
Xt 155
δt = = = 0, 001
Zt 14166
7.4.Bez napędu
δ p = δ t = δ0
c fh 1573 7,8 1565, 2
Zp ≈ G cos α ( − ) = 22499 ⋅ ( − ) = 22499 ⋅ = 11961[ N ]
l l 2944 2944 2944
a fh 1371 7,8 1363, 2
Zt ≈ G cos α ( − ) = 22499 ⋅ ( − ) = 22499 ⋅ = 10418[ N ]
l l 2944 2944 2944
7.5.Napęd przedni
16

17. c + f ⋅h 1573 + 0, 011⋅ 714
Zp = G cos α ( = 22499 ⋅ = 10611[ N ]
l + (δ p + δ t ) ⋅ h 2944 + (0,57 + 0, 001) ⋅ 714
a + f ⋅h 1371 + 0, 011⋅ 714
Zt = G cos α ( = 22499 ⋅ = 9247[ N ]
l + (δ p + δ t ) ⋅ h 2944 + (0,57 + 0, 001) ⋅ 714
7.6.Zdolność pokonywania wzniesień
c ⋅δ p + a ⋅δ t 1573 ⋅ 0,57 + 1371 ⋅ 0, 001
tan α = = = 0, 26
l + (δ p − δ t ) ⋅ h 2944 + (0,57 − 0, 001) ⋅ 714
α = tan −1 0, 26 ≈ 18o
Dane techniczne zaczerpnięte ze strony producenta:
Model Masa
» Wersja A8 4.0 TDI quattro Tiptronic » Własna 1940
» Kod D3 » Całkowita 2540
» Lata produkcji b.d.
Pojemność bagażnika
Silnik » Siedzenia złożone 500
» Oznaczenia b.d. » Siedzenia rozłożone -
» Pojemność (cm3) 3936
» Typ Osiągi
» Moc KM (kW) / obr/min. 275 (202) / 3750 » Przyśpieszenie 0-80 4.5
» Moment obr. (Nm / obr/min.) 650 / 1800-2500 » Przyśpieszenie 0-100 6.7
» Średnica x skok tłoka (mm) 81,0x95,5 » Przyśpieszenie 0-200 b.d.
» Stopień sprężania 17.3 » Prędkość maksymalna 250
» Liczba zaworów na cylinder 4
» Ilość oleju 12.5 Zużycie paliwa
» Średnie 9.6
Skrzynia biegów » przy 90km/h 7.5
» Manualna - » przy 120km/h 9.6
» Automatyczna 6 » w mieście 13.4
» Przełożenie główne b.d.
Paliwo i zbiornik
Rozmiar opon » Pojemność zbiornika paliwa 90
» Seryjne 235/55 R 17 » Typ paliwa ON
Wymiary (w mm)
» Rozstaw osi 2944
» Rozstaw kół przód/tył 1629/1615
» dług. x szer. x wys. 5051 x 1894 x 1444
17