Статья посвящена анализу и повышению тягово-скоростных характеристик двигателя и автомобиля в целом.
Ключевые слова: тягово-скоростные качества, двигатель, крутящий момент, мощность, динамика, ускорение.
Тягово-скоростные качества автомобиля характеризуют его способность доставлять грузы или пассажиров с максимально возможной средней скоростью в данных дорожных условиях. Обычно чем выше тягово-скоростные качества автомобиля, тем меньше время, затрачиваемое на перевозку и, следовательно, тем больше его производительность.
Тягово-скоростные качества автомобиля оцениваются несколькими показателями, которые определяются экспериментальным путем испытаний автомобиля в определенных дорожных условиях или получаются расчетным путем. При расчете тягово-скоростных качеств, задавшись исходными данными, строят ряд графиков, по которым затем определяют показатели тягово-скоростных качеств. Исходными данными для построения графиков являются конструктивные параметры и параметры, характеризующие условия движения. [2, 3]
Тягово-скоростные качества автомобиля включают в себя следующие величины: динамика, мощность, крутящий момент и ускорение.
Крутящий момент двигателя — это качественный показатель, характеризующий силу вращения коленчатого вала. Этот параметр рассчитывается как произведение силы, приложенной к поршню, на плечо (расстояние от центральной оси вращения коленчатого вала до места крепления поршня (шатунной шейки)). Крутящий момент измеряется в ньютонах на метр (Нм). [7, 1]
На практике крутящий момент на валу двигателя приближенно можно измерять обычным ваттметром при одновременном измерении частоты вращения. Крутящий момент однозначно определяется мощностью и частотой вращения из известных зависимостей. Однако здесь следует иметь ввиду, что, измеряя ток и напряжение, определяющие мощность, мы определяем не фактическую мощность на валу двигателя, а его электрическую мощность, которую можно перевести в механическую только при условии, что достаточно точно известна электромеханическая характеристика двигателя. Это не всегда возможно, поэтому такой способ измерения используется только в том случае, когда передаваемый (или потребляемый приводимым двигателем объектом) крутящий момент не является предметом исследования.
В том случае, если крутящий момент необходимо измерять достаточно точно, применяются в основном два способа: измерение с помощью так называемых мотор-весов и измерение с помощью тензометрических датчиков крутящего момента. [7]
Динамика автомобиля — это отношение избыточной силы тяги к полной массе автомобиля, или, иначе, удельная остаточная сила тяги. [9]
Динамику разгона определяют во время специальных тестов. Обычно испытание на скорость разгона проходит на специальной динамометрической автодороге. Во время этого испытания тестируемый автомобиль проезжает определенную дистанцию, разгоняясь до 100 км/час. Сначала движение осуществляется в одну сторону, затем в другую. Показателями динамических свойств автомобиля при неравномерном движении служат величины ускорений, а также путь и время, необходимое для движения в определённом интервале изменения скорости.
Установка более короткого редуктора, за счет сближения передаточных чисел на ведомых валах и увеличения их на главной передаче, позволяет снизить энергозатраты при выходе двигателя на максимальные обороты и тем самым повышает его мощность. Динамические качества автомобиля резко увеличиваются, а вот максимальная скорость снижается или достигается за счёт больших оборотов. [8]
Ускорение автомобиля при разгоне (приемистость) характеризует его способность быстро трогаться с места и увеличивать скорость движения.
Ускорение автомобиля определяют экспериментально во время дорожных испытаний при соблюдении условий, установленных гостами, или рассчитывают применительно к горизонтальной дороге с твёрдым покрытием хорошего качества при условии максимального использования мощности двигателя и отсутствии буксования колёс. [9]
Мощность характеризуется как показатель вырабатываемой двигателем работы в единицу времени. Мощность двигателя можно определить, подключив двигатель автомобиля к специальному динамометру. Динамометр создаёт нагрузку на двигатель и измеряет количество энергии, которое может развить двигатель против нагрузки.
Одним из самых простых и достаточно эффективных способов увеличения мощности автомобиля является увеличение объема мотора путем растачивания диаметра каждого цилиндра на определенное расстояние, тем самым повышая объем в каждом цилиндре и во всем агрегате в целом.
Еще одним из тех способов, который не только увеличивает мощность и крутящий момент двигателя во всем диапазоне, но также и уменьшает расход топлива автомобиля является увеличение степени сжатия поршнем газо-воздушной смеси.
Одним из способов повышения тягово-скоростных свойств автомобиля является применение форсажных режимов работы двигателя и снижение времени переключения передач.
Устройство включения и выключения форсажного режима (рис. 1) представляет собой управляемый упор рейки 1, положение которого определяется, включением или выключением электромагнита 9, так как упор рейки жестко соединен со штоком электромагнита. Электромагнит, в зависимости от наличия тока в катушке, находится в одном из двух крайних положений: верхнем или нижнем. В верхнем положении — форсажный режим выключен, в нижнем — включен. Когда упор находится в нижнем положении, и нет тока в электромагните, то возвратная пружина 5 передвигает упор в верхнее положение. Величина тока в электромагните зависит от величины напряжения в генераторе 12, положения выключателя 13, положения реле включения и выключения форсажного режима 11. Включателем 13 управляет водитель. Возможность и момент выключения форсажного режима зависят от температуры охлаждающей жидкости (ОЖ) в системе охлаждения. При достижении предельной температуры ОЖ сопротивление терморезистора снижается, загорается сигнализатор аварийной температуры ОЖ и выключается реле 11, которое отключает электромагнит и возвратная пружина передвигает упор в нижнее положение — форсажный режим выключен. [5]
Рис. 1. Устройство включения и выключения форсажного режима
Для реализации форсажного режима двигателя целесообразно внести изменения в трансмиссию автомобиля. Применение коробки передач с изменяемым межосевым расстоянием позволяет сократить время разрыва потока мощности. Снижение времени переключения и возможность переключения передач водителем на ходу автомобиля без выключения сцепления — приведет к улучшению тягово-скоростных свойств автомобиля. Время переключения в коробках передач во многом зависит от применяемой конструктивной схемы. Коробка передач с изменяемым межосевым расстоянием [2, 3] позволяет производить переключение передач за малый промежуток времени (до 0.1 с). По сравнению с широко применяемыми в настоящее время механическими коробками передач, у которых время переключения составляет 1…2 с, это может существенно повысить динамику разгона автомобиля.
Рис. 2. Схема силового модуля для иллюстрации принципа переключения передач [4]
Литература:
- Расчёт тягово-динамических и топливно-экономических показателей автомобиля [Электронный ресурс]: методические указания / Н. В. Хольшев, Д. Н. Коновалов. — Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВО «ТГТУ», 2017
- Кравец В. Н., Определение тягово-скоростных свойств автомобиля. — Горький: ГПИ, 1983, 42с.
- https://knowledge.allbest.ru/transport/html
- https://www.drive2.ru
- http://mospolytech.ru/science/aai77/scientific/article/s01/s01_08.pdf
- https://avtonam.ru/useful/krutyashhij-moment-dvigatelya/
- https://helpiks.org/7–88193.html
- https://drivertip.ru/osnovy/kak-uluchshit-dinamiku-avtomobilya.html
- https://sci-lib.biz/logistika/chast-opredelenie-puti-vremeni-razgona-37295.html
