Работа двигателя при трогании автомобиля.

Сцепление.

Сцепление предназначено для кратковременного разобщения двигателя от трансмиссии и последующего их плавного соединения, что обычно необходимо при трогании автомобиля с места, после переключения передач во время движения и торможения. Выключение сцепления облегчает запуск двигателя при низких температурах.

 

Требования к сцеплениям:

 

1. Надежная передача крутящего момента от двигателя к трансмиссии.

2. Плавность включения. Это уменьшает динамические погрузки в трансмиссии и улучшает плавность движения.

3. Полнота включения. Это исключает опасность пробуксовывания сцепления при передаче максимального М_кр. двигателя.

4. Чистота выключения, т.е. полное отключение двигателя от трансмиссии, с гарантированным зазором. Это исключает "ведение" сцепления автомобиля и уменьшает опасность заглохания двигателя при неподвижном автомобиле, а также уменьшает нагрузку на синхронизаторы КП.

5. Минимальный момент инерции ведомых частей. Это уменьшает работу трения в синхронизаторах КП.

6. Постоянство теплового режима при работе, т.е. эффективный отвод тепла, что, устраняет нарушение нормальной работы сцепления из-за перегрева.

7. Износостойкость поверхностей трения и стабильность коэффициента трения при значительном повышении температуры и износе поверхностей трения. Это обеспечивает повышение надежности и долговечности фракционных сцеплений.

8. Предохранение трансмиссии от динамических нагрузок.

9. Постоянство нажимного усилия независимо от износа трущихся поверхностей.

10. Удобство и легкость управления.

11. Хорошая уравновешенность.

12. Общие требования: долговечность, надежность, простота устройства, простота обслуживания

Рис. 1.1.

1. Ведущие детали

2. Ведомые детали

3. Детали нажимного устройства

4. Детали механизма выключения

5. Детали привода управления сцеплением.

Классификация сцеплений.

1. По характеру связи между ведущей и ведомой частями:

- механические (фрикционные) сцепления, сухие или работающие в масле;

- гидравлические сцепления (гидромуфты);

- электромагнитные сцепления с сухим или жидким наполнителем.

2. По способу управления:

- неавтоматические (обычно с воздействием водителя на педаль) с усилителем и без него;

- полуавтоматические (обычно с сигналом на выключение или включение от перемещения педали подачи топлива или рычага переключения передач);

- автоматические (обычно с управлением от угловой скорости вала двигателя).

Фрикционные сцепления, кроме того, разделяют:

а) по форме деталей, имеющих поверхности трения: дисковые (однодисковые, двухдисковые и многодисковые), конусные, колодочные.

б) по способу создания усилия включения сцепления (с периферийными пружинами или с центральной витой либо диафрагменной пружиной), полуцентробежные (с пружинами и центробежными грузиками), центробежные, с электромагнитом.

в) по типу привода выключения сцепления: с механическим, гидравлическим, электрическим (электромагнитным), пневматическим, комбинированным приводом.

Рабочий процесс сцепления.

Процесс работы сцепления при трогании автомобиля с места графически изображается:

Рис. 1.2.

 

При включении сцепления угловая скорость ω_д вала двигателя может оставаться постоянной, может увеличиваться или уменьшаться. На рис. 1.2.(а) угловая скорость ω_д показана постоянной в течении всего времени включения сцепления (0 – t₂). Угловая скорость ω_с ведомого вала сцепления растет от нуля в момент трогания (t₁) и в момент полного включения (t₂) становится равной угловой скорости ω_д вала двигателя.

Включение сцепления сопровождается его буксованием (рис.1.2.б). Буксование начинается с момента начала включения (t=0) и продолжается до момента полного включения сцепления (t₂).

Автомобиль трогается, когда крутящий момент М_д двигателя становится равным моменту М_Ψ сопротивления движению. Рассмотрим процесс буксования.

Гидромуфты.

Гидромуфты на автомобиле устанавливаются только совместно с фрикционным сцеплением, которое располагается последовательно за гидромуфтой. Фрикционное сцепление необходимо, т.к. гидромуфта не обеспечивает чистоты разобщения двигателя и трансмиссии. Фрикционное сцепление служит здесь только для пере­ключения передач, поэтому работает практически без пробуксовки, которую берёт на себя гидромуфта. Это даёт возможность устанавливать пружины с минимальным запасом, тем самым, обеспечивая управление сцеплением.

Достоинства гидромуфты.

– плавность трогания с места;

– устойчивость движения с малой скоростью на прямой передаче при достаточно высоком числе оборотов двигателя и большим Мкр (за счёт скольжения гидромуфты);

– гашение крутильных колебаний трансмиссии;

– автоматическое разобщение двигателя и трансмиссии при торможении.

Гидромуфты не получили широкого распространения из-за усложнения конструкции и потерь мощности на скольжение, без которого не может передаваться Мкр от насоса к турбине.

КПД гидромуфты пропорционален скольжению, т.е. отношению угловых скоростей турбины и насоса

(1.28.)

Установка гидромуфт несколько ухудшает топливную экономичность автомобиля.

Рис. 1.12.

 

Центробежные сцепления.

Нажимной диск прижимается за счёт сил инерции центробежных грузиков. При холостых оборотах сцепление выключено. С увеличением числа оборотов центробежные грузики создают давление на нажимной диск, и сцепление включается. При переключении передач необходимо пользоваться педалью. Сцепление автома­тически выключается, если обороты снизились до холостых. Для торможения двига­телем имеется специальное устройство, препятствующее включению сцепления. Таким образом, центробежное сцепление автоматизирует управление лишь частично.

Сцепление.

Сцепление предназначено для кратковременного разобщения двигателя от трансмиссии и последующего их плавного соединения, что обычно необходимо при трогании автомобиля с места, после переключения передач во время движения и торможения. Выключение сцепления облегчает запуск двигателя при низких температурах.

 

Требования к сцеплениям:

 

1. Надежная передача крутящего момента от двигателя к трансмиссии.

2. Плавность включения. Это уменьшает динамические погрузки в трансмиссии и улучшает плавность движения.

3. Полнота включения. Это исключает опасность пробуксовывания сцепления при передаче максимального М_кр. двигателя.

4. Чистота выключения, т.е. полное отключение двигателя от трансмиссии, с гарантированным зазором. Это исключает "ведение" сцепления автомобиля и уменьшает опасность заглохания двигателя при неподвижном автомобиле, а также уменьшает нагрузку на синхронизаторы КП.

5. Минимальный момент инерции ведомых частей. Это уменьшает работу трения в синхронизаторах КП.

6. Постоянство теплового режима при работе, т.е. эффективный отвод тепла, что, устраняет нарушение нормальной работы сцепления из-за перегрева.

7. Износостойкость поверхностей трения и стабильность коэффициента трения при значительном повышении температуры и износе поверхностей трения. Это обеспечивает повышение надежности и долговечности фракционных сцеплений.

8. Предохранение трансмиссии от динамических нагрузок.

9. Постоянство нажимного усилия независимо от износа трущихся поверхностей.

10. Удобство и легкость управления.

11. Хорошая уравновешенность.

12. Общие требования: долговечность, надежность, простота устройства, простота обслуживания

Рис. 1.1.

1. Ведущие детали

2. Ведомые детали

3. Детали нажимного устройства

4. Детали механизма выключения

5. Детали привода управления сцеплением.

Классификация сцеплений.

1. По характеру связи между ведущей и ведомой частями:

- механические (фрикционные) сцепления, сухие или работающие в масле;

- гидравлические сцепления (гидромуфты);

- электромагнитные сцепления с сухим или жидким наполнителем.

2. По способу управления:

- неавтоматические (обычно с воздействием водителя на педаль) с усилителем и без него;

- полуавтоматические (обычно с сигналом на выключение или включение от перемещения педали подачи топлива или рычага переключения передач);

- автоматические (обычно с управлением от угловой скорости вала двигателя).

Фрикционные сцепления, кроме того, разделяют:

а) по форме деталей, имеющих поверхности трения: дисковые (однодисковые, двухдисковые и многодисковые), конусные, колодочные.

б) по способу создания усилия включения сцепления (с периферийными пружинами или с центральной витой либо диафрагменной пружиной), полуцентробежные (с пружинами и центробежными грузиками), центробежные, с электромагнитом.

в) по типу привода выключения сцепления: с механическим, гидравлическим, электрическим (электромагнитным), пневматическим, комбинированным приводом.

Рабочий процесс сцепления.

Процесс работы сцепления при трогании автомобиля с места графически изображается:

Рис. 1.2.

 

При включении сцепления угловая скорость ω_д вала двигателя может оставаться постоянной, может увеличиваться или уменьшаться. На рис. 1.2.(а) угловая скорость ω_д показана постоянной в течении всего времени включения сцепления (0 – t₂). Угловая скорость ω_с ведомого вала сцепления растет от нуля в момент трогания (t₁) и в момент полного включения (t₂) становится равной угловой скорости ω_д вала двигателя.

Включение сцепления сопровождается его буксованием (рис.1.2.б). Буксование начинается с момента начала включения (t=0) и продолжается до момента полного включения сцепления (t₂).

Автомобиль трогается, когда крутящий момент М_д двигателя становится равным моменту М_Ψ сопротивления движению. Рассмотрим процесс буксования.

Работа двигателя при трогании автомобиля.

I этап – с момента включения сцепления до начала трогания, т.е. до момента, когда М_д = М_Ψ.

Работа двигателя на I этапе – L_{д 1}.

II этап – с начала трогания (t₁) до конца буксования сцепления (t₂)

Условно разделим работу двигателя на II этапе на две части:

1) работу L_{д 2} – на ускорение ведомого вала с начала трогания до конца буксования

2) работу L_{д 3} на преодоление внешних сопротивлений.

Суммарная работа двигателя с начала включения сцепления до конца буксования

L_д = L_{д 1} + L_{д 2} + L_{д 3} (1. 1.)

Только часть работы двигателя является полезной, остальная расходуется на буксование, т.е. превращается в тепло.

Работа буксования эквивалентна площади графика М_c = f (φ), где М_c– момент сцепления; φ – угол буксования.

Вся работа расходуемая на буксование:

L _δ = L _δ1 + L _δ2 + L _δ3 (1. 2.)

где L _δ1 – площадь, эквивалентная работе буксования на I этапе; L _δ3 + L _{δ 2} – площади, эквивалентные работе буксования на II этапе (L _δ2 – при ускорении ведомого вала, L _δ3 – при преодолении внешних сопротивлений).

I ЭТАП.

Вся работа двигателя затрачивается на буксование

IIЭТАП.

1. Работа двигателя на ускорение ведомого вала от 0 до ω_д(период времени от t₁ до t₂)

(1. 3.)

где J_a – приведенный к валу сцепления момент инерции автомобиля: он находится из равенства кинетической энергии вращающейся массы с моментом инерции J_a:

(1. 4.)

где r_к– радиус колеса.

Из этой работы полезна только часть:

(1. 5.)

Найдем работу буксования:

(1. 6.)

Эта работа не зависит от времени. Для уменьшения работы буксования включение сцепления следует производить при возможно малом числе оборотов двигателя.

2. Работа двигателя на преодоление внешних сопротивлений

(1. 7.)

Работа полезная:

(1. 8.)

Работа буксования:

(1. 9.)

Эта работа зависит от времени.

При уменьшении времени включения сцепления сокращается работа L _δ1 и L _δ3, а работа L _δ2, затрачиваемая на ускорение ведомого вала, остается постоянной. Поэтому сокращение общей площади графика Мc = f (φ) при уменьшении времени включения приводим к тому, что площадь L _δ2, оставаясь равновеликой, вытягивается по оси ординат. При этом нагрузка на трансмиссию увеличивается. Определить величину работы буксования по приведенным формулам можно, если заданы: время включения, обороты двигателя при включении, приведенный момент инерции автомобиля и момент сопротивления движению М_Ψ, отнесенный к валу сцепления

(1. 10.)

где ψ – коэффициент сопротивления движению; η_т – к.п.д. трансмиссии; U_т = U_к· U_г – передаточное число трансмиссии.

Существует ряд формул, базирующихся на статистической обработке экспериментальных данных, например: формула Г.М. Щеренкова, предложившего упрощенную формулу для определения работы буксования

(1. 11.)

В этой формуле М_д определяется по скоростной характеристике по значению ω_д; в = 1,23 для автомобилей с карбюраторным двигателем и 0,72 – с дизельным.

1.5. Оценка конструкций сцеплений по требованиям.