Глава 5. График использования мощности автомобиля

5.1. Методика построения графика использования мощности автомобиля

Как было показано выше, обобщающими отчётными документами поверочного тягового расчёта, по которым производится оценка скоростных и тяговых свойств автомобиля, являются: тяговая характеристика (для машин с непрерывно-ступенчатыми трансмиссиями - тягово-экономическая характеристика), динамическая характеристика, график использования мощности двигателя и график разгона.

Тяговую и динамическую характеристики мы рассмотрели. Рассмотрим теперь график использования мощности.

Из теории автомобиля (1) мы знаем уравнение мощностей

(87)

сила тяга по двигателю в котором выражается формулой

(88)

где N'_д - мощность, снимаемая с двигателя (мощность двигателя за вычетом потерь в моторной установке);

η - значения к.п.д. автомобиля (обычно берутся в пределах 0,75-0,92);

V_o - относительная скорость.

Из выражений (87) и (88) для равномерного движения получим

(89)

Из этой формулы следует, что скорость движения машины при данном сопротивлении и постоянном к.п.д. зависит от фактически используемой мощности двигателя N_д (знак штрих при мощности здесь опущен, так как в данном случае различие между мощностью двигателя и моторной установки роли не играет). Зависимость скорости от мощности будет линейной, если можно пренебречь сопротивлением воздуха, если нельзя пренебречь - будет сложной. Однако, в пределах до аэродинамической скорости, при которой Р_д – P_w > 0, увеличение используемой мощности всегда вызывает повышение скорости движения автомобиля. Это положение справедливо для любого из сопротивлений, преодолеваемых машиной: от ψ_min до ψ_max. Средняя скорость движения автомобиля определяется текущими значениями скоростей в этом интервале сопротивлений. Закон распределения сопротивлений на возможных путях движения автомобиля не может быть выражен аналитически, а среднестатистические данные также не могут быть приняты за основу расчётов с высокой степенью достоверности вследствие разнообразия трасс и резких колебаний сопротивления на одной и той же трассе.

Оценка условий эксплуатации автомобильной техники показывает, что за исключением полярных, предполярных и лесисто-болотистых районов, армейские автомобили большую часть времени эксплуатируются в относительно благоприятных средних дорожных условиях: при коэффициентах сопротивления качению не более 0,15 -0,2 и подъёмах не более 10-15° (sinα < 0,25). Поэтому на среднюю скорость движения автомобиля наибольшее влияние будут оказывать текущие скорости. Для армейских автомобилей, в отличие от легковых автомобилей, менее существенен участок минимальных сопротивлений (максимальных скоростей), используемый сравнительно редко.

В связи с этим можно считать, что при прочих равных условиях возможная (по двигателю) средняя скорость движения автомобиля будет тем выше, чем больше используется мощность двигателя.

Таким образом, речь идёт о возможной скорости по двигателю как о предельной скорости. Этот предел не может быть полностью реализован длительное время по ряду причин: из-за принудительного ограничения скорости (например, при движении в колонне), несовершенства подвески, недостаточной видимости, а также в связи с субъективными данными водителя.

Поэтому возможная средняя скорость, определяемая степенью использования мощности двигателя, является параметром сравнительной оценки автомобилей различных типов и марок.

Используемую мощность можно представить в виде

N_д =νN_{е max}, (90)

где ν - коэффициент использования мощности;

N_{е max} – максимальная мощность двигателя.

Коэффициент использования мощности ν показывает, какая доля максимальной мощности двигателя фактически используется в данное время. Рассмотрим изменение этого коэффициента с учетом скоростной характеристики двигателя (рис.17, а).

Пусть двигатель эксплуатируется при постоянных оборотах n_N, соответствующих его максимальной мощности. Тогда в зависимости от нагрузки двигателя (подачи топлива) коэффициент использования мощности может изменяться от 0 до 1. При этом скорость движения автомобиля будет постоянна и равна скорости на данной передаче V_pi.

Выражая для этого случая удельную силу тяги по двигателю через коэффициент использования мощности, получим

(91)

Будем считать к.п.д. автомобиля при данной скорости постоянным, не зависящим от использования мощности. Безусловно, это допущение неточно, так как на малых нагрузках к.п.д. падает. Однако, для армейских автомобилей, эксплуатируемых при высоком использовании мощности, к.п.д. будут не столь велики.

Тогда выражение (91) примет вид

, (92)

где - расчетная удельная сила тяги, которую можно определить по формуле

(93)

Таким образом, удельная сила тяги линейно зависит от коэффициента использования мощности.

Эта зависимость графически представлена на рис. 17,б. Коэффициент использования мощности изменяется от 0 до 1. Точка с координатами ν =1 и φ_д соответствует N_{e max}, лежащей на скоростной характеристике двигателя при полной подаче топлива.

Другие точки этой скоростной характеристики (рис. 17, а) при n_д < n_N дадут на графике точки с координатами v < 1; φ_д > φ_рi (см. штриховой пунктир на рис. 17, б). При этом V < Vp.

Рис.17. Изменение использования мощности по характеристике

двигателя

Учитывая нежелательность длительной эксплуатации двигателя с полной подачей топлива, данный участок графика в дальнейшем не рассматриваем. Тем самым предполагаем, что сопротивления, требующие силы тяги φ_д > φ_рi, следует преодолевать на ближайшей низшей передаче (i -1).

Не рассматриваются также часть характеристики при n_д > n_N (V > V_p, N < N_{e max}) и соответствующий участок графика (см. пунктир на рис. 17,б).

Таким образом, при составлении графика учитывают работу двигателя только на постоянных оборотах n_N.

Тогда для каждой передачи можно провести по одному лучу, проходящему через начало координат и точку с координатами 1 и φ_рi. Расчетные коэффициенты φ_рi определяются по формуле (93).

График зависимости φ_рi = f(ν) при V = V_pi = const называется графиком использования мощности (рис. 18). Конец каждого из лучей на графике дает предельную силу тяги при оборотах двигателя n_N.

Если требуется большая сила тяги, то необходимо перейти на низшую передачу. При этом коэффициент использования мощности, как видно из графика, сразу падает до значения ν_о (i – 1), называемого минимальным коэффициентом использования мощности. Для его определения следует провести из конца каждого луча горизонтальную линию до пересечения с ближайшим слева лучом и спроектировать точку пересечения на ось абсцисс.

Эксплуатация автомобиля может осуществляться при использовании мощности не ниже ν_omin, т.е. наименьшего из минимальных коэффициентов использования мощности. На графике рис. 18 это ν_о1, соответствующий переходу со второй передачи на первую.