Вопрос 20. мощностной баланс автомобиля

При движении автомобиля тяговая мощность, подводимая к ведущим колесам, затрачивается на преодоление сопротивления движению. По аналогии с уравнением силового баланса можно записать уравнение мощностного баланса автомобиля:

N_т=N_к + N_п + N_в + N_и , (3.24)

или

N_т=N_д + N_в + N_и

которое выражает соотношение между тяговой мощностью на ве­дущих колесах и мощностями, теряемыми на преодоление сопро­тивления движению. Уравнение позволяет определить режим дви­жения автомобиля в любой момент.

С помощью уравнения (3.24) строят график мощностного ба­ланса автомобиля, включающий в себя зависимости от скорости движения эффективной и тяговой мощностей, а также мощнос­тей, затрачиваемых на преодоление сопротивления движению.

Рис. 3.28. График мощностного баланса автомобиля: Nт′— тяговая мощность на III передаче при уменьшенной подаче топлива; v1— значение скорости автомобиля; 1 — III — передачи

При построении графика мощностного баланса (рис. 3.28) сна­чала наносят кривые эффективной N_e и тяговой N_т мощностей в зависимости от скорости движения автомобиля на различных пе­редачах. Далее строят кривую мощности, теряемой на преодоле­ние сопротивления дороги N_д. Потом от кривой мощности N_д от­кладывают вверх значения мощности N_в,затрачиваемой на пре­одоление сопротивления воздуха при разных значениях скорости движения.

Кривая суммарной мощности N_д+ N_в определяет тяговую мощ­ность, необходимую для равномерного движения автомобиля. При любой скорости движения вертикальный отрезок N₃, заключен­ный между кривыми N_т и N_д+ N_в,характеризует запас мощнос­ти. При данной скорости запас мощности может быть израсходо­ван на разгон автомобиля, преодоление дополнительного дорож­ного сопротивления (например, подъема) или увеличение гру­зоподъемности путем буксировки прицепа. При одной и той же скорости движения запас мощности на низших передачах боль­ше, чем на высших. Следовательно, при увеличении передаточ­ного числа трансмиссии запас мощности возрастает. Поэтому повышенные дорожные сопротивления преодолевают на низших передачах.

Отрезок, заключенный между кривыми N_eи N_т,характеризует механические и гидравлические потери мощности в трансмиссии на трение, которые учитываются коэффициентом полезного дей­ствия трансмиссии.

С помощью графика мощностного баланса можно оценить тя-гово-скоростные свойства автомобиля, решая различные задачи. Рассмотрим некоторые из этих задач.

Определение максимальной скорости движения автомобиля. Мак­симальная скорость движения v_max определяется точкой пересече­ния кривой тяговой мощности N_ти суммарной кривой мощнос­тей N_д + N_в. В этой точке запас мощности равен нулю и, следова­тельно, ускорение также равно нулю. Скорость максимальна, так как ее дальнейшее увеличение невозможно.

Определение максимальной мощности, необходимой для преодо­ления сопротивления дороги. Максимальная мощность, которую расходует автомобиль на преодоление сопротивления дороги, дви­гаясь равномерно, при любой скорости представляет собой раз­ность ординат тяговой мощности и мощности сопротивления воз­духа:

N_{д max} = N_т – N_в = N_д + N_з .

Определение максимального подъема, преодолеваемого автомо­билем. Для нахождения максимального подъема, который может преодолеть автомобиль при заданной постоянной скорости дви­жения на любой передаче, строят суммарную кривую мощнос­тей, затрачиваемых на преодоление сопротивлений качению и воз-духа (N_к+ N_в),и определяют мощность, расходуемую на преодо­ление сопротивления подъему:

N_п = N_т – (N_к+ N_в).

Зная мощность, необходимую для преодоления сопротивления Подъему, можно найти максимальный угол α_mах этого подъема.

Определение ускорения автомобиля. Для оценки ускорения, ко­торое может развить автомобиль при выбранной скорости на дороге с заданным сопротивлени­ем, необходимо найти мощ­ность, расходуемую на разгон автомобиля:

N_и = N_т – (N_д+ N_в) = N_з

Рис. 3.29. График мощностного баланса автомобиля на высшей передаче

Приведенный на рис. 3.28 гра­фик мощностного баланса явля­ется типичным для легковых ав­томобилей и автобусов, выпол­ненных на шасси легковых ав­томобилей, на которых установ­лены бензиновые двигатели без ограничителей угловой скорос­ти (частоты вращения) колен­чатого вала.

На рис. 3.29 представлен гра­фик мощностного баланса (на высшей передаче), характерный для грузовых автомобилей и ав­тобусов, на которых применяются бензиновые двигатели с огра­ничителем угловой скорости коленчатого вала или дизели. Этот график соответствует случаю движения автомобиля по ровной го­ризонтальной дороге с асфальтобетонным покрытием и постоян­ным значением коэффициента сопротивления.

Из рис. 3.29 видно, что по достижении максимальной скоро­сти движения v_max грузовой автомобиль имеет некоторый запас мощности, равный N₃,благодаря которому он способен преодо­левать дополнительное сопротивление дороги (подъем), а также буксировать прицеп. Тем не менее развивать ускорение и увели­чивать скорость движения автомобиль не может, так как этому препятствует ограничитель угловой скорости коленчатого вала двигателя.

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.