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 Nтизменялась 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 tр, с, и путь разгона Sp, 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 < vminсоответствует тро-ганию автомобиля с места при пробуксовке сцепления, которое продолжается незначительное время. Поэтому считается, что разгон начинается с минимальной скорости vmin. Как видно из рис. 3.30, у легковых автомобилей при максимальной скорости vmax 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 δвр 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:
v1, v2— 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; j1, j2 – ускорения в начале и конце интервала скоростей от v1до v2;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 j1и j2 — 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 v1до v2среднее ускорение
где Δt — время разгона в заданном интервале скоростей.
Из последнего выражения определяем время разгона в интервале скоростей от v1до v2:
(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 IIIпередаче — 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 vminдо максимальной vmax скорости:
tр = Δt1 + Δt2+…+ Δtn.
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:
vmin — 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
Δvп= 33tпψ,
где tп— 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 v1до скорости v2(см. рис. 3.31) путь разгона в этом интервале скоростей
ΔS = vср Δt,
или с учетом выражения (3.26)
.
Путь разгона автомобиля от минимальной vminдо максимальной vmaxскорости
Sр = ΔS1 + ΔS2 + … + ΔSn.
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
Sп= vпtп,
где vп— 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.