КЛУБ АВТОЛЮБИТЕЛЕЙ
/ФАКУЛЬТАТИВ
МАЛОВАТО БУДЕТ
КАКОЙ ДВИГАТЕЛЬ НУЖЕН АВТОМОБИЛЮ?
ТЕКСТ / ИГОРЬ ОГИЛЬКО, ВИТАЛИЙ УРЮКОВ
Кто из нас не слышал такой жалобы: этой бы машине движок помощнее! Неужто и впрямь конструкторы простых вещей не понимают? Не станем поспешно обвинять их в некомпетентности — все намного сложнее. Конечно, можно и двухместный городской автомобильчик снабдить мотором в 200 л. с. Только надо ли?
Когда берутся за постройку нового автомобиля, прежде всего разрабатывают техническое задание (ТЗ) — документ, где подробно расписано, кому и для каких целей будет предназначен автомобиль, на каких дорогах (или вне их) предстоит ему трудиться, сколько он должен весить, сколько везти груза, как быстро ехать, на какие горки взбираться и т. д. Техзадание подписывают все заинтересованные стороны. Оно весьма подробное, хотя содержит только необходимую (и достаточную) информацию. Если требуется, ТЗ утверждают и на отдельные агрегаты.
Следующий этап — эскизный проект автомобиля. Разместив на чертеже агрегаты, людей и груз, определяют размеры кузова, базу машины и колею. Потом находят положение центра тяжести, рассчитывают распределение нагрузки по осям и максимальную нагрузку на колесо. Все это позволяет определить оптимальную силу тяги на ведущих колесах проектируемой машины, а значит, и параметры двигателя.
При расчетах принимают, что автомобиль в каждый момент времени находится в равновесии под воздействием всех действующих на него сил. То есть сила тяги на колесах равна сумме сил сопротивления качению, подъему и аэродинамического сопротивления.
Это называется уравнением тягового баланса (см. ЗР, 1997, № 7, 8). С его помощью и находят оптимальную характеристику двигателя для проектируемого автомобиля. Для этого сначала решают уравнение при максимальной скорости и соответствующих ей значениях дорожных сопротивлений. Скорость задана в ТЗ, а сопротивления подсчитывают, исходя из тех дорожных условий, в которых ее определяют. Обычно это горизонтальный участок дороги 1-й категории. Подставив в формулу соответствующие величины дорожных сопротивлений, получаем мощность двигателя, необходимую для заданной максимальной скорости.
Скорость автомобиля и обороты двигателя связаны передаточным числом трансмиссии. Однако, если модель создается с «чистого листа», его точное значение еще неизвестно. Поэтому вначале пользуются так называемым коэффициентом оборотности двигателя — отношением оборотов к скорости при движении на высшей передаче. Величину его для легковых автомобилей обычно принимают 30–40.
Нагляднее это представить графически, показав зависимость мощности мотора от частоты вращения при полностью открытом дросселе (см. рис.). Это и есть внешняя скоростная характеристика двигателя, где точка А соответствует мощности, необходимой для достижения максимальной скорости.
Далее определяют, сколько «лошадок» потребуется для равномерного движения машины на высшей передаче в самых тяжелых условиях. Для этого задают несколько значений скорости при соответствующих коэффициентах суммарного дорожного сопротивления (линия 1 на рис.).
Очевидно, оптимальная характеристика двигателя должна проходить через точку А и при этом где-то пересекать линию 1. Иначе «максималку» машина на асфальте выдаст, но мощности, чтобы одолеть сопротивление тяжелой дороги, ей не хватит. Как же построить искомую кривую (на графике — синяя)?
Для этого задаются отношением оборотов при максимальной скорости nV к оборотам при максимуме мощности nN (примерно 1,1–1,25), получая точку перегиба скоростной характеристики. Затем, пользуясь специальными таблицами, строят кривую, показанную на рисунке (линия 2). Она проходит через точку А и пересекает линию 1 в точке В. Эта точка определяет ту максимальную скорость, а значит, и обороты двигателя, при которых будет преодолеваться заданное максимальное дорожное сопротивление. Если же линии не пересекутся — машина заданный подъем не одолеет, а значит, не впишется в требования ТЗ.
Тогда чем-то жертвуют. Либо корректируют ТЗ, изменяя эксплуатационные характеристики автомобиля, либо ставят более мощный двигатель.
Кажется, второй вариант может решить все проблемы. Положим, максимальная скорость возрастет. А вот улучшатся ли динамика и проходимость? Совсем не обязательно. Максимальная тяговая сила на ведущих колесах не должна превышать силу сцепления их с дорогой, иначе начинается буксование. Тратить избыток мощности на истирание резины об асфальт — дело бесполезное, а на скользкой дороге просто опасное. Значит, надо пересматривать развесовку автомобиля, меняя компоновку, заново подбирая размерность колес и шин, а то и пересматривая конструкцию подвески и тормозов. Но в пределах, ограниченных техзаданием, иначе получится совсем другой автомобиль.
Наконец, подобрав двигатель, нужно посчитать, соответствуют ли ему коробка передач и главная передача. Работа большая, тем не менее автомобилестроители часто устанавливают в один и тот же кузов двигатели различной мощности. Среди отечественных заводов рекордсмен, видимо, АЗЛК. Под капотом «Москвича-2141» без особых переделок побывали и уфимский, и вазовский, и «реновский» моторы, и даже «фордовский» дизель. Естественно, эксплуатационные характеристики автомобиля при этом меняются, а потребитель получает возможность выбора — дешевле, но спокойнее и проще или дороже, но резвее и комфортнее. Кстати, запас мощности двигателя необходим еще для повышения комфортабельности: энергию требуют и кондиционер, и усилитель руля, и электрические стеклоподъемники, и токообогрев стекол и зеркал — всем этим, конечно, хочется пользоваться не в ущерб ездовым качествам. Ну а если душа рвется в полет, остается тюнинг двигателя.
Но, «заряжая» собственный двигатель, не переусердствуйте. Все в технике взаимосвязано и чудес не бывает. А задача инженеров — отыскать компромисс между желаниями и возможностями и достичь оптимального результата с минимальными затратами и максимальным эффектом.
НАША СПРАВКА
Уравнение тягового баланса: Fт = Fк+Fi+Fw+Fj, где
Fт — тяговое усилие на ведущих колесах; Fк — сила сопротивления качению; Fi — сила сопротивления подъему; Fw — сила сопротивления воздуха; Fj — сила преодоления инерции поступательного движения и инерции вращающихся деталей трансмиссии.
Определение характеристики двигателя: 1 — мощность, необходимая для равномерного движения в тяжелых дорожных условиях; 2 — расчетная мощность двигателя; 3 — мощность, потребная для движения по хорошей горизонтальной дороге. VN и nN — скорость и обороты при максимальной мощности; Va max и nV — максимальная скорость и соответствующие ей обороты.
МАЛОВАТО БУДЕТ
Маловато будет
6416