Частота вращения вала двигателя

а)

N, кВт

б) в)

Рис.4. Построение графика мощностного баланса автомобиля.

Ниже кривой N_e(v) строят кривую N_Т = N_e - N_тр = N_eη_тр (рис.4-б); затем наносят кривую мощности N_Д (или N_ψ), затрачиваемой на преодоления дорожных сил: N_Д = N_ψ = N_f + N_h(рис.4-в).

Вверх от кривой N_Д откладывают значения мощности сопротивления воздуха N_w (кривая N_Д + N_w) (рис.4-в). Отрезки ординат между кривой N_Д + N_w и осью абсцисс определяют собой суммарную мощность, затрачиваемую на преодоление сопротивления дороги и воздуха.

Отрезки мощности N_j, заключенные между кривыми N_T и N_Д + N_w, характеризуют запас мощнос­ти, который может быть использован для преодоления повышенного со­противления дороги или разгона автомобиля.

При равномерном движении автомобиля мощность N_T , подведенная от двигателя к ведущим колесам автомобиля, расходуется только на преодоление сопротивления дороги и воздуха.

Если дроссельная заслонка открыта полностью (для дизеля - положение рейки топливного насоса высокого давления соответствует максимальной подачи топлива), то наибольшую скорость V_mаx автомо­биль развивает, когда мощность N_T равна сумме мощностей N_Д и N_w (на рис.4-б точ­ка А). Для равномерного движения автомобиля по той же дороге со ско­ростью, меньшей V_mаx водитель должен уменьшить подачу топлива. Например, для движения со скоростью V₁, топливоподачу нужно уменьшить так, чтобы мощность N_T изменялась по кривой, показанной на рис. 4-б, штриховой линией,

График мощностного баланса для всех передач строят таким же об­разом, только вместо одной пары кривых N_e и N_Т наносят несколько в зависимости от числа передач в коробке (рис.4-в). При изменении пе­редаточного числа коробки передач u_кп изменяется лишь скорость автомобиля; мощность N_e, также мощность N_Т, если не учитывать изменения КПД трансмиссии на различных передачах, остаются без изменений.

На рис.5 приведена диаграмма мощностного баланса автомобиля, которая представляет собой зависимость мощности N_Тна колесах автомобиля для всех передаточных отношенийu_кпв коробке передач, мощности сопротивлений качениюN_Д (или N_ψ) = N_f(горизонтальный участок дороги:N_h = 0) и воздухаN_wот скорости движения машиныv. На этом рисунке в графическом виде представлены данные расчета параметров мощностного баланса легкового автомобиля типа ВАЗ- 2109 (с 5-скоростной коробкой передач:u_кп= 3,636; 1,950; 1,357; 0,941; 0,748) для двух вариантов дорожных условий (сухое асфальтовое покрытиеf₀₁ =0,015 и твердая грунтовая дорогаf₀₂ = 0,03).

В качестве исходных данных были взяты следующие:

- КПД трансмиссии η_т, = 0,92;

- передаточное число главной передачи u₀ = 3,9;

- кинематический радиус колеса r_к= 0,26м;

- полный вес автомобиля G= 14500Н;

- коэффициент аэродинамического сопротивления к_w = 0,25;

- лобовая площадь автомобиля F= 1,9м².

Величины коэффициента сопротивления качению для различных скоростей движения автомобиля были предварительно подсчитаны по зависимости:

и приведены в табл. 2.5.

Таблица 2.5.

Изменение коэффициента сопротивления качению в зависимости от скорости:

v	км/ч	20	50	80	100	130	160	190
f1	-	0,015	0,017	0,020	0,023	0,028	0,034	0,042
f2	-	0,030	0,034	0,040	0,046	0,056	0,068	0,084

Скорость автомобиля v на каждой передачи uкп, соответствующая различной частоте вращения вала двигателя n, рассчитывалась по формуле:

;.

Данные расчета приведены в табл. 2.6.

Таблица 2.6.

Соотношение между скоростью автомобиля и частотой вращения двигателя для различных передач коробки передач:

№	n, мин-1	v, км/ч для 1…5 передач КП
		1	2	3	4	5
1	1100	7,59	14,16	20,35	29,34	36,91
2	2000	13,81	25,74	36,99	53,35	67,11
3	3000	20,71	38,62	55,49	80,02	100,67
4	3400	23,47	43,76	62,89	90,69	114,09
5	4000	27,61	51,49	73,99	106,70	134,22
6	5000	34,52	64,36	92,48	133,37	167,78
7	5600	38,66	72,08	103,58	149,37	187,91
uкп		3,636	1,950	1,357	0,941	0,748
u0		3,9	3,9	3,9	3,9	3,9

Мощность N_Т, подведенная от двигателя к ведущим колесам для различных частот вращения вала двигателя (табл.2.7), определена как:

N_Т = N_е·η_т .

Значения N_едля выбранных частот вращения вала двигателяn_евзяты из данных внешней скоростной характеристики двигателя.

Таблица 2.7.

Значения мощности N_Т, подведенной от двигателя к ведущим колесам, для различных частот вращения вала двигателя:

n, мин-1	1100	2000	3000	3400	4000	5000	5600
NТ, кВт	1,37	16,18	29,28	33,51	38,73	44,68	46,50

Мощность, затрачиваемая на преодоление сил сопротивления качению, рассчитана по формуле:

N_f= f·G·v,

где значения коэффициента сопротивления качению fдля соответствующих скоростей движения автомобиля берутся из табл. 2.5.

Мощность, затрачиваемая на преодоление сил сопротивления воздуха, определялась по зависимости:

N_w=к_w ·F·v³.

Замечание. Во всех расчетных зависимостях размерность скорости v приведена в м/с.

Данные расчета приведены в табл. 2.8.

Таблица 2.8.

v	км/ч	20	40	60	80	100	120	140	160
Nw + Nf1	кВт	1,5	17	20	23	28	34	42	48
Nw + Nf2	кВт	1,6	19	22	25	30	37	45	51

По табличным данным построены графики, обуславливающие в совокупности диаграмму мощностного баланса автомобиля (рис.5).

Рис.5. Диаграмма мощностного баланса автомобиля.

Из диаграммы следует, что максимальная скорость движения автомобиля (v_тах= 155км/ч) по асфальтированной дороге (f₁=0,015) достигается на четвертой передачи. По грунтовой дороге (f₁=0,03) эта скорость снижается до 132км/ч. Пятая передача используется для повышения топливно-экономических качеств автомобиля (см. раздел «Топливная экономичность автомобиля»).

Правильность проведенного расчета можно проверить по условию, что величина максимального значения скорости должна совпадать с результатом, полученным из графика мощностного баланса автомобиля.