Сафиуллин Автомобили Ч2 10

* При полной массе автомобиля.

Существенным фактором, сдерживающим широкое применение дизелей, особенно на легковых автомобилях, являются их большие, по сравнению с бензиновыми двигателями той же мощности, размеры и масса, худшая динамика разгона автомобиля, а также повышенные стоимость и шумность при работе (более резкое нарастание давления при самовоспламенении). Кроме того, в последние годы появляется все больше противников дизельных двигателей в связи с пересмотром взглядов на относительную агрессивность вредных веществ в отработавших газах дизелей и бензиновыхдвигателей.Снижениескоростинарастаниядавления в цилиндрах дизелей, особенно для легковых автомобилей, компенсируется применением форкамер, вихревых камер сгорания и пленочного способа смесеобразования. Согласно статистическим данным, применение дизельных двигателей предпочтительнее на грузовых автомобилях средней и большой грузоподъемности, что также в достаточной мере отвечает структуре топливноэнергетического баланса и нефтехимической отрасли.

Другим не менее эффективным способом повышения мощности и экономичности двигателей является применение турбо-

наддува. Его применяют на бензиновых и дизельных двигателях. Применение турбонаддува на дизелях повышает мощность двигателя до 25 %, а топливную экономичность на 6...8 % по сравнению с двигателями без наддува. Экономия топлива на бензиновых двигателях с наддувом достигает 5...7 %. Наибольший эффект дает применение наддува в сочетании с одновременным снижением максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя. Для обеспечения надежной работы двигателей с турбонаддувом необходимо проведение дополнительных конструктивно-технологических мероприятий: увеличение прочностных характеристик цилиндро-поршневой группы, масляное охлаждение поршней и др.

Совершенствованиетопливнойаппаратурыдизелейобеспечит снижение расхода топлива в целом до 6,5 и дымности до 25 %. Для достижения перспективных норм токсичности отработавших газов на транспортных дизелях необходимо использовать двухрежимный регулятор топливного насоса высокого давления.

Вобласти совершенствования рабочего процесса дизелей эффективным является применение пленочного способа смесеобразования, обеспечивающего снижение расхода топлива на 10...12 г/(кВт · ч), замена механических устройств впрыска топлива форсунками на индивидуальные для каждого цилиндра насос – форсунки со сложной схемой управления по образцу систем электронного впрыска бензиновых двигателей.

Впоследние годы ряд фирм Европы и США ведут интенсивные работы над двухтактными автомобильными двигателями. Как известно, двухтактные двигатели при одинаковых параметрах позволяют почти в два раза увеличить мощность. Основные недостатки двухтактных двигателей – большой расход топлива и высокая токсичность ОГ – постепенно устраняются применением электронного управления и организацией подачи топлива в цилиндры только после закрытия выпускных окон или клапанов.

Анализ развития двигателей традиционных схем показывает, что за последние 20 лет их основные удельные показатели улучшились почти вдвое (табл. 7).

Наиболеереальнойальтернативойжидкоготопливанефтяного происхождения на автомобильном транспорте является перевод определенной части автомобильного парка на питание сжиженным нефтяным газом (СНГ) и сжатым природным газом (СПГ). Эти газы являются полноценным моторным топливом. При ис-

пользовании природного газа не требуется большой технологической переработки системы питания бензинового двигателя. Степень унификации газобаллонных автомобилей, работающих на СПГ и СНГ, по сравнению с автомобилямидействующего производства по основным агрегатам двигателя, системы питания и зажигания составляет 95 %. Октановое число газового топлива соответствует 110 ед. Высокая антидетонационная стойкость газовых топлив и их хорошая смешиваемость с воздухом позволяют форсировать газовые автомобильные двигатели по степени сжатия до 10...11 (например, двигатель ЗИЛ-130 с 6,5 до 8,0, а двигатель ЗМЗ-53 с 6,7 до 8,5).

Более высокое содержание водорода в газовом топливе обеспечивает его более полное сгорание в цилиндрах двигателя. Пределы воспламенения у газового топлива более широкие, чем у бензина, это позволяет на основных эксплуатационных режимах наиболее эффективно обеднять горючую смесь. Применение СПГ и СНГ в качестве моторного топлива обеспечивает существенное снижение токсичности отработавших газов по основным контролируемым параметрам. Результаты лабораторнодорожных испытаний газобаллонных автомобилей ЗИЛ и ГАЗ показали, что при эксплуатационных экономических скоростях

движения они расходуют по объему на 10...14 % топлива меньше, чем при работе на бензине.

Перевод бензинового двигателя на газ при оптимальной степени сжатия ведет к снижению удельного эффективного расхода топлива на 5...6 % (по внешней скоростной характеристике). Снижение шума в зависимости от режимов работы двигателя достигает 7...8 дБ. Моторесурс у газовых двигателей, работающих на СНГ и СПГ, на 30...35 % больше, чем у бензиновых.

Серьезным недостатком газобаллонных автомобилей является снижение максимальной мощности двигателя при неизменной степени сжатия на 10...19 %, что связано с меньшей скоростью распространения фронта пламени в камере сгорания и более низким коэффициентом наполнения цилиндров (на 8...10 %), а это ведет к уменьшению максимального давления и температуры рабочего цикла. Кроме того, увеличивается снаряженная масса автомобиля на 5...18 %, что соответственно приводит к снижению полезной грузоподъемности. У газобаллонных автомобилей увеличивается минимально устойчивая частота вращения коленчатого вала двигателя (минимальная устойчивая скорость движения) примерно в 2 раза, что вызывает ряд дополнительных трудностей, связанных с эксплуатацией и управлением, выполнением маневров при движении в городских условиях и снижением надежности работы некоторых систем автомобиля.

Топливная экономичность автомобилей, снабженных бензиновыми двигателями, существенно зависит от величины степени сжатия. Повышение степени сжатия увеличивает не только термодинамический, но и относительный КПД. Увеличение степени сжатия целесообразно до тех пор, пока улучшения показателей работы двигателя достигают без каких-либо признаков детонации. Повышение степени сжатия на 1 ед. в пределах 6,5...9,0 снижает расход топлива на 4...6 %. Повышение степени сжатия свыше 9,0 уже недостаточно эффективно из-за уменьшения приращения экономии топлива, повышения стоимости высооктановых бензинов, увеличения потерь нефтяных фракций при нефтепеработке и уменьшения эффекта приращения КПД двигателя. Увеличение степени сжатия ведет также к ухудшению пусковых качеств, сокращению срока службы двигателя и существенному увеличению токсичности отработавших газов.

Кроме того, повышение степени сжатия требует применения бензина с более высоким октановым числом или усложнения си-

Минимальный путевой расход топлива имеет место при различных значениях Nуд в зависимости от дорожных условий. При дальнейшем увеличении удельной мощности происходит увеличение путевого расхода топлива из-за уменьшения степени использования мощности двигателя.

Важным условием эффективной реализации мощности двигателя в различных условиях эксплуатации автомобиля является рациональный выбор параметров трансмиссии: передаточного числа главной передачи, количества ступеней и диапазона передаточных чисел коробки передач и закономерности построения ряда передаточных чисел. Увеличение числа ступеней в коробке передач улучшает топливную экономичность автомобиля. Однако реальное количество ступеней в коробке передач ограничено, поскольку чем больше число ступеней, тем сложнее управлять автомобилем и водитель не всегда правильно ориентируется в выборе нужной передачи. Это в конечном итоге приводит к тому, что потенциальные возможности многоступенчатых коробок передач оказываются нереализованными.

В коробках передач современных автомобилей как с ручным, так и с автоматическим переключением реализуется лишь ограниченный набор передаточных чисел. Вследствие этого невозможно добиться абсолютно полного соответствия режима работы двигателя и движения автомобиля на всех режимах, поэтому, как правило, двигатель работает в условиях, не оптимальных для достижения наилучших показателей топливной экономичности.

Последние достижения в области разработки бесступенчатых коробок передачвселяют некоторуюнадежду,и если эти коробки окажутся приемлемыми по стоимости, долговечности и технологии изготовления, то по прогнозам их использование позволит на 10 % повысить топливную экономичность автомобилей. Однако, к сожалению, разработка бесступенчатых коробок передач еще далека до завершения.

Передаточное число главной передачи также является важной характеристикойсоответствиярежимаработыдвигателяиавтомобиля. Поэтому подбор передаточных чисел агрегатов трансмиссии при проектировании автомобиля является задачей оптимизации.

Таким образом, удельная мощность и характеристики трансмиссии оказывают существенное влияние на показатели топливной экономичности автомобилей всех типов. На практике установлено, что при правильном выборе значения удельной

мощности и характеристик трансмиссии можно снизить эксплуатационные расходы топлива автобусов, грузовых автомобилей и автопоездов до 10...15 % без снижения их производительности, а иногда и при ее повышении.

Автомобильный двигатель в реальных условиях эксплуатации только незначительную часть времени работает на режимах максимальной мощности. Причем чем больше значение удельной мощности,темрежеиспользуетсямаксимальнаямощностьдвигателя. В зависимости от угловой скорости коленчатого вала удельный эффективный расход топлива будет разным: минимальный – 270 г/(кВт ∙ ч), максимальный – 357 г/(кВт ∙ ч). Очевидно, что наиболее выгодным будет режим работы двигателя, при котором удельный эффективный расход топлива будет минимальным.

Отклонение режима работы двигателя от оптимального сопровождается увеличением удельного эффективного расхода топлива. Увеличение расхода топлива при пониженной частоте вращения коленчатого вала и малой мощности обусловлено ростом относительных механических, насосных и тепловых потерь, а также ухудшением процессов смесеобразования и условий сгорания смеси. Для обеспечения стабильности воспламенения на этих режимах рабочую смесь обогащают, что ведет к увеличению удельного эффективного расхода топлива.

Повышение удельного расхода топлива на режимах максимальных или близких к ним нагрузок вызвано у карбюраторных двигателей обогащением рабочей смеси экономайзером. Наиболее экономичный режим работы карбюраторного двигателя при частичных нагрузках с постоянной частотой вращения коленчатого вала соответствует мощности, составляющей 75...80 % от максимального ее значения для данного скоростного режима (так называемый «предэкономайзерный»), а для автомобилей с использованием карбюраторов с последовательным включением камер – начало включения дополнительной камеры. Как показывают исследования, экономичная область работы двигателей грузовых автомобилей и автобусов с карбюраторными двигателями находится в пределах 150...200 рад/с, легковых – 250...300, а для высокооборотных дизелей – 210...230 рад/с при нагрузке, составляющей 70...80 % от максимальной.

В городских условиях автомобильные двигатели чаще всего работают вне экономичной области, поэтому подобрать экономичные режимы работы двигателя по разным причинам сложно.

В табл. 8 приведены статистические данные по продолжительности работы автомобилей на различных режимах, в условиях крупного города, в зависимости от общего баланса времени пребывания на линии и путевой расход топлива на этих режимах.

Из таблицы следует, что режимы разгона наиболее представительные как по продолжительности, так и по расходу топлива. Во время разгона автомобиль расходует топлива в 1,35...1,45 раза больше, чем при равномерном движении на этом же участке. Расход топлива на режимах разгона, прежде всего, зависит от средней величины ускорения автомобиля, производительности ускорительного насоса, частоты и режима переключения передач, суммарного числа оборотов коленчатого вала двигателя, приходящегося на единицу пути. С точки зрения обеспечения наиболее экономичных режимов работы двигателя в различных условиях эксплуатации и при различных режимах движения наилучшим будетприменениебесступенчатыхтрансмиссийилитрансмиссий с большим числом ступеней с автоматическим переключением передач. Использование таких трансмиссий позволит также существенно повысить средние скорости движения автомобилей.

В последнее время многие зарубежные фирмы применяют на большегрузных автомобилях-тягачах многоступенчатые передачи с системами автоматического переключения и системами управления работой двигателя, созданными на базе специализированных ЭВМ. Внедрение таких систем на магистральных автопоездахпозволяетуменьшитьпутевойрасходтопливана10...15% при одновременном повышении их тягово-скоростных свойств. Еще больший эффект может дать применение таких систем на автомобилях, работающих с сильно изменяющимися условиями

эксплуатации. Снижение расхода топлива при одновременном повышении тягово-скоростных свойств автомобиля может быть достигнуто за счет уменьшения сил сопротивления движению: сопротивления качению и сопротивления воздуха. Исследования показали, что при снижении коэффициента сопротивления качению грузового автомобиля средней грузоподъемности на 10 % расход топлива при скорости движения 50 км/ч уменьшается на 8,0 %, а у автопоезда – на 9 %. Снижение коэффициента сопротивления воздуха магистральных автопоездов на 12 % уменьшает расход топлива на 20...25 %.

Часто при конструировании шин, стремясь увеличить их срок службы, увеличивают толщину протектора. Однако это приводит к увеличению коэффициента сопротивления качению и, следовательно, к увеличению расхода топлива. При этом в некоторых случаях экономические потери, связанные с увеличением расхода топлива, могут существенно превысить ту экономию, которую можно получить в результате увеличения срока ходимости шин.

Эффективное влияние на расход топлива оказывает масса автомобиля и его размеры, так как от них напрямую зависят силы сопротивления движению. Сила сопротивления качению в одних и тех же условиях прямо пропорциональна массе автомобиля. Поэтому увеличение массы автомобиля всегда приводит к увеличению расхода топлива. Для грузовых автомобилей путевой расход топлива практически пропорционален их массе, у легковых автомобилей такой пропорциональности не просматривается. Объясняется это тем, что основной составляющей сил сопротивления движению у грузовых автомобилей является сопротивление качению, пропорциональное их массе, а у легковых автомобилей сопротивление воздуха оказывается соизмеримым с сопротивлением качению, а при больших скоростях движения – доминирующим.

Влияние условий эксплуатации автомобиля на расход топлива

Основное влияние из природно-климатических условий на расход топлива оказывает температура окружающего воздуха. Изменение температуры, как известно, сказывается на работе двигателя, трансмиссии и всей ходовой части, особенно шин. В зависимости от температуры и влажности окружающего воздуха

расходы топлива существенно меняются, так как помимо изменения суммарного сопротивления движению и потерь в трансмиссии и шинах изменяются условия сгорания топлива в цилиндрах двигателя. Так, например, при снижении температуры окружающего воздуха от +10 до –30 °С эксплуатационный расход топлива увеличивается примерно на 25 %. При увеличении влажности воздуха расход топлива также растет.

На изменение путевого расхода топлива в реальных условиях эксплуатации автомобилей основное влияние оказывают дорожные условия. Дорожные условия, как уже отмечалось ранее, делятся на постоянные и переменные. К постоянным относятся продольный профиль дороги, тип и состояние дорожного покрытия, план трассы, ширина проезжей части, количество и тип пересечений с другими дорогами. К переменным дорожным условиям следует отнести: скорость, интенсивность и плотность движения, состав транспортного потока, частоту и продолжительность остановок, число циклов разгона и замедления, сцепление колес с дорогой и видимость.

Из перечисленных факторов, определяющих изменение путевого расхода топлива, следует выделить тип и состояние дорожного покрытия и рельеф местности, по которой пролегает дорога, так как именно от этих факторов зависит сила сопротивления дороги. Так, если принять путевой расход топлива на дороге с асфальтобетонным покрытием в равнинной местности за 100 %, то на таком же покрытии в пересеченной местности расход топлива возрастет на 30 %, на равнинных дорогах с гравийным покрытием он возрастет на 20 %, а на булыжных мостовых и грунтовых дорогах – на 30...60 %.

Параметром, дающим интегральную оценку влияния дорожных условий на скорость движения автомобиля и расход топлива, может быть коэффициент сопротивления дороги. Он позволяет учитывать в комплексе влияние постоянных дорожных условий на путевой расход топлива. При циклическом движении на расход топлива основное влияние оказывают допускаемые скорости движения на отдельных участках маршрута, наличие ограничений и помех, интенсивность и продолжительность разгона и замедления, расстояние между остановками и другие факторы.

Степень интенсивности движения влияет на скоростные и нагрузочные режимы, а те – на расход топлива. Таким образом, можно считать, что снижение интенсивности движения в целом

благоприятно сказывается на эффективности работы автомобилей, в частности, значительно снижается доля неустановившихся режимов движения, увеличивается средняя скорость движения и степень использования мощности двигателя, а значит, эксплуатационный расход топлива будет уменьшаться.

Продольный профиль дороги, ее криволинейность в плане, ширина проезжей части, наличие пересечений, ровность покрытия и тип покрытия оказывают большое влияние как на среднюю скорость движения, так и на эксплуатационный расход топлива. Экспериментально установлено, что неровности дорог с усовершенствованным покрытием оказывают значительно большее влияние на расход топлива, чем продольный профиль дороги. Это объясняется, прежде всего, увеличением коэффициента сопротивления качению, а также снижением скорости движения.

Транспортные условия также влияют на использование топлива автомобильным транспортом. Однако основное влияние они оказывают на эффективность использования автомобилей, т. е. на удельный путевой расход топлива (на единицу транспортной работы).

4.5.Топливно-экономическая характеристика автомобиля

Помимо экспериментальных методов для оценки топливной экономичности автомобилей могут быть использованы и расчетные методы. Расчетные методы осуществляются значительно быстрее экспериментальных и с наименьшими материальными затратами. В настоящее время расчетные методы являются достаточноприближеннымиипоэтомуиспользуютсякакпредварительные или ориентировочные. Показатели КРТ и ТХ рассчитываются при установившемся движении, а остальные показатели топливной экономичности, кроме установившегося движения, включают режимы разгона, торможения и холостого хода.

Комплексным измерителем экономичности автомобилей по расходу топлива является топливно-экономическая характеристика (рис. 26), представляющая собой график зависимости путевого расхода топлива qп от скорости vа при установившемся движении по дорогам с различным коэффициентом дорожного сопротивления ψ. Такой график может быть построен для каждой передачи.

нимум; причем скорости, при которых путевой расход топлива минимальный, тем меньше, чем больше ψ. Иногда, например у дизельных автомобилей, зависимость qп = f (va ) не имеет минимума. Путевой расход в этих случаях повышается с увеличением скорости движения.

Слева семейство кривых qп = f (va )ограничивается кривой, соединяющей точки, соответствующие минимально устойчивым скоростям движения. Обычно эти скорости тем больше, чем тяжелее условия движения. Для упрощения часто считают минимальные скорости одинаковыми для всех значений ψ. Тогда семейство кривых qп = f (vа ) слева ограничивается прямой, параллельной оси ординат.

Справа и сверху график ограничен огибающей параболой, соответствующей расходу топлива при его полной подаче дозирующими органами. Для бензиновых двигателей это соответствует полному открытию дроссельной заслонки, а для дизелей – положению рейки насоса «до упора».

4.6. Уравнение расхода топлива

Топливно-экономическая характеристика может быть построена либо по результатам стендовых или ходовых испытаний автомобиля, либо расчетным путем.

Для расчетного определения путевого расхода топлива нужно иметь характеристики расхода топлива двигателем. В каче-

стве основного оценочного параметра экономичности двигателя обычно принимают удельный расход топлива ge в граммах на эффективный киловатт в час (г/(кВт · ч)). Удельный расход топлива ge является функцией от угловой скорости ωe (числа оборотов) двигателя и степени использования U его мощности.

Степенью использования мощности двигателя U называ-

ют отношение мощности двигателя при некоторой частичной подаче топлива и заданной угловой скорости (числе оборотов) коленчатого вала к мощности двигателя при той же угловой скорости (числе оборотов), но полной подаче топлива. Например, у бензинового двигателя степень использования U определяется отношением мощности при частичном открытии дроссельной заслонки к мощности при полном ее открытии.

Если заданы условия движения автомобиля (va, ψ, jа) и его конструктивные параметры, то степень использования двигателя может быть подсчитана по формуле

где Nе – мощность двигателя при полной подаче топлива и угловой скорости ωe (оборотах), соответствующей на заданной передаче в коробке передач заданной скорости движения.

На рис. 27 показана примерная зависимость удельного расхода топлива от степени использования мощности двигателя U для

gG,,г (кВт · ч)

e E

Г/КВТ∙Ч

ωyY

ωω11

ω2

ωω323

Рис. 27. Экономическая характеристика двигателя

бензинового двигателя при различных угловых скоростях (числах оборотов) его коленчатого вала. Для каждого значения угловой скорости удельные расходы топлива ge имеют минимальное значение при некоторой степени использования мощности U, близкой к 100 %. При малых значениях U удельные расходы топлива возрастают из-за уменьшения механического КПД двигателя и ухудшения условий сгорания горючей смеси в цилиндрах двигателя. При больших U удельные расходы также возрастают в связи с обогащением горючей смеси экономайзером.

Для бензиновых двигателей характерно резкое увеличение удельного расхода топлива при малой степени использования двигателя (удельный расход топлива при малых U увеличивается по сравнению с минимальным в несколько раз). При U = 100 % расход топлива по сравнению с минимальным увеличивается на

10…15 %.

В меньшей степени удельный расход топлива зависит от угловой скорости (числа оборотов) коленчатого вала. Расход топлива получается минимальным при угловой скорости, средней между угловой скоростью ωN, соответствующей максимальной мощности, и угловой скоростью ωм, соответствующей максимальному крутящему моменту. При максимальных и минимальных угловых скоростях коленчатого вала удельный расход топлива увеличивается по сравнению с минимальным на 15…25 %.

У дизелей удельный расход топлива в меньшей степени зависит от степени использования U, чем у бензиновых двигателей. Максимальный расход топлива при малых значениях U отличается от минимального не более, чем в 1,5 раза.

Зная удельный расход топлива и мощность Ne, необходимую для движения автомобиля, можно найти часовой расход Gт по формуле

Путевой расход связан с часовым расходом зависимостью

где ρт – плотность топлива, г/см³ или кг/л. При расчете, если отсутствуют точные сведения о плотности применяемого топлива, можно считать для бензина 700...750 г/см³, для дизельного топли-

ва 820...850 г/см³.

Подставляя значение Gт из (101) в (102), получим:

Вформулах(101)…(102)мощностьвыраженавкВт,скорость– м/с, силы – Н. Если мощность выражена в л/с, скорость – км/ч, силы – кг, то

qп =10vagρeтηтр (Nд + Nв + Ne ) = 2700gρeтηтр (Рд + Рв + Ри)100лкм.

(103а)

Для тех случаев, когда графики зависимости удельного расхода топлива от степени использования мощности двигателя и угловой скорости ωe (числа оборотов ne) отсутствуют, доцент И. С. Шлиппе предложил приближенный способ определения gе по формуле:

где gN – эффективный удельный расход топлива при максимальной мощности двигателя Nmax; Kи – коэффициент, учитывающий зависимость удельного расхода топлива от степени использования мощности двигателя; Kω – коэффициент, учитывающий зависимость удельного расхода топлива от угловой скорости (числа оборотов) коленчатого вала двигателя.

Коэффициенты Kω и Kи определяются по графикам, полученным обработкой статистических данных по удельным расходам топлива большого числа бензиновых двигателей и дизелей (рис. 28).

Порядок построения топливно-экономической характеристики автомобиля по методу И. С. Шлиппе

1.Задаемся коэффициентом дорожного сопротивления ψ.

2.Для нескольких скоростей при принятом значении ψ опре-

Kω

Рис. 28. Коэффициенты Kω и Kи

деляем Nд и Nв, а также соответствующую угловую скорость ко-

ленчатого вала двигателя по формуле ωв = valтр .

3. Для тех же значений скоростей определяемrk отношение ωв

ωN

и по графику (рис. 28) находим Kω.

Зная для каждой скорости значение соответствующей угловой скорости(числаоборотов),повнешнейхарактеристикедвигателя находим соответствующие значения его эффективной мощности, определив по формуле (100) степень использования мощности, по графику (рис. 28) определяем коэффициент Kи. Эти коэффициенты могут быть определены:

• для бензиновых двигателей

• для всех типов двигателей

Kе = 1,25 – 0,99Е + 0,98Е – 0,24Е.

4.Поскольку в справочной литературе в характеристиках двигателей приводится обычно значение минимального удельного эффективного расхода топлива, то его и удобнее использовать в расчетах.

При определении степени использования мощности двигателя по формуле (101) следует считать Nи = 0, поскольку топливноэкономическая характеристика строится для установившегося движения. Если имеется график мощностного баланса (мощностная характеристика автомобиля), то для каждой принятой скорости можно непосредственно по этому графику определить тяговую мощность.

5.Путевой расход для каждой принятой скорости определяется по формуле:

Поскольку в технических условиях и справочниках обычно указывается не gN, a ge min, то нужно по имеющемуся значению определить gN. Приближенно можно считать gN = (1,05…1,1). Минимальные удельные расходы топлива у современных бензиновых двигателей в зависимости от их конструктивных особенностей колеблются в пределах от 240 до 280 г/(кВт · ч), а у дизелей – в пределах от 200 до 220 г/(кВт · ч).

Глава 5 ОСОБЕННОСТИ ТЯГОВЫХ И ТОПЛИВНО-

ЭКОНОМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АВТОМОБИЛЕЙ, СНАБЖЕННЫХ ГИДРОПЕРЕДАЧЕЙ

5.1.Исходные характеристики гидропередач

Внастоящее время трансмиссии некоторых типов автомобилей снабжаются гидропередачами, а именно гидростатическими и гидродинамическими.

Гидростатическими (гидрообъемными) называются пере-

дачи, использующие для передачи энергии статическое давление жидкости, создаваемое в объемном гидронасосе (например, поршневом или шестеренчатом), связанном с двигателем. Это давление используется для приведения во вращение объемного гидромотора, связанного с ведущими колесами. Гидростатическиепередачиприменяютсяглавнымобразомвактивныхавтопоездах (т. е. автопоездах, у которых ведущими являются не только колеса тягача, но и прицепов). Для остальных типов автомобилей гидростатические передачи применяются пока только на экспериментальных образцах.

Гидродинамическими называют передачи, использующие для передачи энергии кинетическую энергию жидкости, приводимую в движение лопатками гидродинамического насоса, вращаемого двигателем. Гидродинамические передачи получили широкое распространение на легковых автомобилях США. Такими передачами снабжаются также трансмиссии отечественных и западноевропейских автомобилей высокого класса, а также некоторых западноевропейских автомобилей среднего класса. Довольно широкое распространение гидродинамические передачи получили на автобусах и карьерных самосвалах. В дальнейшем под термином гидропередача мы будем понимать только гидродинамические передачи.

Основным достоинством гидропередач является значительное облегчение работы водителя. Кроме того, применение гидропередач позволяет увеличить долговечность двигателя, улучшить проходимость автомобиля по тяжелым дорогам и бездорожью, а также несколько улучшить динамичность автомобилей.

Имеется два типа гидродинамических передач: гидромуфты и гидротрансформаторы.

Гидромуфта (рис. 29, а) представляет собой гидродинамическую передачу, состоящую из двух рабочих колес – насоса Н, связанного непосредственно или через дополнительный редуктор с коленчатым валом двигателя, и турбины Т, связанной через ряд механизмов трансмиссии с ведущими колесами автомобиля.

Гидротрансформатор (рис. 29, б) в простейшем случае состоит из трех рабочих колес – насоса Н, турбины Т и реактора (направляющего аппарата) Р. Насос непосредственно или через дополнительный редуктор связан с коленчатым валом двигателя. Турбина через механизмы механической части трансмиссии связана с ведущими колесами автомобиля. Реактор в простейшем случае закреплен неподвижно. Во многих конструкциях гидротрансформаторов реактор устанавливается на муфте свободного хода. В автомобилестроении применяются и более сложные гидротрансформаторы, имеющие несколько турбин и реакторов. Как самостоятельный механизм гидромуфты почти не применяются на современных автомобилях. Однако довольно распространенными являются гидротрансформаторы, имеющие такую конструкцию, которая при определенных условиях обеспечивает их превращение в гидромуфту (переход на режим гидромуфты). Также гидротрансформаторы называются комплексными.

Рассмотрим основные характеристики гидромуфты и гидротрансформатора, определяющие особенности тяговых и топливно-экономических свойств автомобиля, снабженного гидропередачей.

Кинематическиесвойствагидропередачихарактеризуютсяпередаточным отношением i, равным отношению угловой скорости (числа оборотов) к угловой скорости (числу оборотов) насоса:

i = ωТ = nТ .

ωН nН