Степень использования мощности двигателя

График мощностного баланса автомобиля строится при работе двигателя на внешней скоростной характеристике, т.е. при пол­ной подаче топлива (при полной нагрузке двигателя). В этом слу­чае скорость движения автомобиля будет возрастать до некоторо­го максимального значения.

Для равномерного движения автомобиля с меньшей скорос­тью на той же передаче необходимо уменьшить подачу топлива, чтобы тяговая мощность N _тизменялась по кривой N' _т,показанной на рис. 3.28, т.е. нужно изменить степень использования мощнос­ти двигателя.

Степенью использования мощности двигателя называется от­ношение мощности, необходимой для равномерного движения автомобиля, к мощности, развиваемой двигателем при той же скорости и полной подаче топлива.

Степень использования мощности двигателя определяется по формуле

Данная величина зависит от дорожных условий, скорости дви­жения и передаточного числа трансмиссии. Так, чем лучше доро­га, меньше скорость движения и больше передаточное число транс­миссии, тем меньше степень использования мощности двигателя. Это приводит к увеличению расхода топлива и снижению топ­ливной экономичности автомобиля.

Разгон автомобиля

В процессе эксплуатации автомобиль движется равномерно срав­нительно непродолжительное время. Большую часть времени он перемещается неравномерно. Так, в условиях города автомобиль движется с постоянной скоростью 15...25% времени работы, а ускоренно (при разгоне) — 30...45%.

Разгон автомобиля во многом зависит от его приемистости, т. е. способности быстро увеличивать скорость движения.

Показателями разгона автомобиля являются ускорение при разгоне j, м/с², время разгона t _р, с, и путь разгона S _p, м.

Показатели разгона определяются экспериментально при до­рожных испытаниях автомобиля. Они также могут быть получены расчетным способом.

Ускорение при разгоне

Ускорение, определяемое из уравнения силового баланса ав­томобиля (3.22), представленного в безразмерной форме, имеет

вид

. (3.25)

Для расчета ускорения при разгоне выберем на динамической Характеристике автомобиля пять-шесть значений скорости v,оп­ределим соответствующие им значения динамического фактора D й коэффициента сопротивления дороги ψ. Затем, решив уравне­ние (3.25), найдем значения ускорений при разгоне на различных

передачах. По результатам расчетов построим график ускорений при разгоне автомобиля.

На рис. 3.30 представлен график ускорений, характерный для легковых автомобилей. Из рисунка видно, что ускорение на низ­ших передачах больше, чем на высших. Это связано с более высо­ким динамическим фактором на низших передачах.

Область графика ускорений при v < v _minсоответствует тро-ганию автомобиля с места при пробуксовке сцепления, кото­рое продолжается незначительное время. Поэтому считается, что разгон начинается с минимальной скорости v _min. Как видно из рис. 3.30, у легковых автомобилей при максимальной скорости v _max ускорение равно нулю. Это обусловлено тем, что при макси­мальной скорости запас мощности отсутствует.

На рис. 3.31 показан график ускорений, типичный для грузо­вых автомобилей. Как видно из рисунка, максимальные значения ускорений на I и II передачах почти одинаковы, что объясняется высоким значением коэффициента учета вращающихся масс δ_вр на I передаче, так как для этой передачи характерно большое передаточное число.

У грузовых автомобилей при максимальной скорости ускоре­ние не равно нулю, что связано с наличием некоторого запаса мощности, позволяющего им, двигаясь с максимальной скорос­тью, преодолевать дополнительное сопротивление дороги или бук­сировать прицеп. Однако запас мощности не может быть исполь­зован для разгона, так как этому препятствует ограничитель угло­вой скорости коленчатого вала двигателя.

Различные автомобили имеют неодинаковые максимальные значения ускорения, м/с²: у легковых автомобилей с механической трансмиссией они составляют 2,0...2,5, у грузовых — 1,7...2,0,

 

 

Рис. 3.30. График ускорений легкового автомобиля:

v ₁, v ₂— значения скорости авто­мобиля; I — III — передачи

Рис. 3.31. График ускорений грузового автомобиля:

а, е — начальная и конечная точки разго­на; б — г — точки переключения передач; j ₁, j ₂ – ускорения в начале и конце интерва­ла скоростей от v ₁до v ₂;I — IV — передачи

у автобусов — 1,8... 2,3, у автомобилей с гидромеханической транс­миссией — 6... 8.

Графики ускорений позволяют сравнить приемистость различ­ных автомобилей на дорогах с одинаковым сопротивлением дви­жению. Однако такое сравнение не совсем точно, так как различ­ные автомобили имеют неодинаковое максимальное ускорение на каждой передаче и разное число передач в коробке передач. По­этому более точное сравнение приемистости обеспечивают гра­фики времени и пути разгона.

Время и путь разгона

Время и путь разгона определяют следующим образом. Кривые графика ускорений (см. рис. 3.31) разбивают на ряд отрезков, со­ответствующих определенным интервалам скоростей, км/ч: на низшей передаче — 2...3, на промежуточных — 5... 10 и на выс­шей — 10... 15. Полагают, что в каждом интервале скоростей раз­гон происходит с постоянным, средним ускорением

где j ₁и j ₂ — ускорения в начале и конце некоторого интервала скоростей.

Среднее ускорение можно также рассчитать, зная значения скорости в начале и конце интервала. Так, например, при изме­нении скорости от v ₁до v ₂среднее ускорение

где Δ t — время разгона в заданном интервале скоростей.

Из последнего выражения определяем время разгона в интер­вале скоростей от v ₁до v ₂:

(3.26)

Время разгона автомобиля определяется в такой последова­тельности (см. рис. 3.31): на I передаче — по кривой аб, на II пере­даче — по кривой бв, на III передаче — по кривой вг и на IV передаче — по кривой де. Скорости, соответствующие точкам б, в и г, являются оптимальными для переключения передач.

Вычислив значение времени разгона в каждом интервале ско­ростей, находим общее время разгона на п интервалах от мини­мальной v _minдо максимальной v _max скорости:

t _р = Δ t ₁ + Δ t ₂ +…+ Δ t_n.

Зная значения времени разгона в различных интервалах скоростей, строим кривую времени разгона (рис. 3.32). Изломы этой кривой со­ответствуют моментам переключе­ния передач.

Рис. 3.32. Графики времени и пути разгона автомобиля: v min — минимальная скорость автомобиля

При переключении передач в течение некоторого времени (вре­мени переключения) происходит разъединение двигателя и ведущих колес. При этом разрывается поток мощности и уменьшается скорость движения автомобиля за счет дей­ствия сил сопротивления движе­нию.

Время переключения передач за­висит от типа двигателя, коробки передач и квалификации водителя. Так, для водителей высшей квалификации время переключения передач составляет 0,5...1 с при бензиновом двигателе и 1...4 с — при дизеле. Увеличение времени переключения передач при дизеле объясняется более медленным снижением угловой скорости колен­чатого вала, чем при использовании бензинового двигателя. У ме­нее квалифи-цированных водителей время переключения передач на 25...40 % больше, чем у высококвалифицированных.

Уменьшение скорости, км/ч, автомобиля при переключении передач, зависящее от дорожных условий, скорости движения и параметров обтекаемости, определяется по формуле

Δ v _п= 33 t _пψ,

где t _п— время переключения передач, с.

Для нахождения пути разгона используют те же интервалы ско­ростей, которые были выбраны при определении времени разго­на. При этом считается, что в каждом интервале скоростей авто­мобиль движется равномерно со средней скоростью

.

При разгоне от скорости v ₁до скорости v ₂(см. рис. 3.31) путь разгона в этом интервале скоростей

Δ S = v _ср Δ t,

или с учетом выражения (3.26)

.

 

Путь разгона автомобиля от минимальной v _minдо максималь­ной v _maxскорости

S _р = Δ S ₁ + Δ S ₂ + … + Δ S_n.

Зная значения пути разгона, соответствующие различным ин­тервалам скоростей, строим кривую пути разгона (см. рис. 3.32). Изломы этой кривой, так же, как и у кривой времени разгона, отвечают переключению передач.

За время переключения передач автомобиль проходит путь

S _п= v _п t _п,

где v _п— скорость в момент начала переключения передач.

Рассмотренный метод определения времени и пути разгона ав­томобиля является приближенным. Поэтому полученные при рас­чете результаты могут несколько отличаться от действительных.