Каждый выбирает для себя

КАЖДЫЙ ВЫБИРАЕТ ДЛЯ СЕБЯ

]

КЛУБ АВТОЛЮБИТЕЛЕЙ

КАЖДЫЙ ВЫБИРАЕТ ДЛЯ СЕБЯ

При оценке качеств автомобиля принято указывать такую его характеристику, как «эластичность» при разгоне. Или говорить

о «приспособляемости» двигателя, что отчасти то же самое.

В большинстве случаев, как мог заметить читатель, предпочтение отдается более «эластичной» машине, потому что управление ею доставляет меньше хлопот: реже приходится переключать передачи. И все же...

насколько высока должна быть приспособляемость двигателя, чтобы последний не разочаровал нас чем-то другим — например, сниженной мощностью? Слово доктору технических наук Вячеславу ПЕТРОВУ.

Известно, что крутящий момент достигает максимального значения Мемакс при некоем числе оборотов, после чего начинает снижаться, в то время как мощность двигателя Ne растет. При максимальном же значении Neмакс крутящий момент имеет величину MeN, несколько меньшую, чем Meмакс. Такие зависимости мощности и крутящего момента двигателя при полностью открытом дросселе от числа оборотов называются внешними скоростными характеристиками двигателя. (Внешние — в том смысле, что эти кривые указывают границу возможностей двигателя — на большее он не способен!)

По коэффициенту приспособляемости Км= =Мемакс/МeN судят о том, как двигатель приспосабливается к изменению внешней нагрузки (то есть сил сопротивления). При высоких значениях Км в диапазоне оборотов между пиками крутящего момента и мощности увеличение или уменьшение нагрузки слабо влияет на скорость движения. Обычно эту мысль иллюстрируют внешними скоростными характеристиками двух двигателей с различными Км, на которые наложена суммарная кривая момента сопротивления воздуха и потерь на качение шин автомобиля.

При этом рассматривают движение на заданной (например, на высшей) передаче в трансмиссии, что позволяет к шкале частоты вращения n коленчатого вала двигателя «жестко привязать» шкалу скорости V автомобиля (рис. 1). Заметьте: при нагрузке, соответствующей кривой Мс1, оба автомобиля (отличающиеся только двигателями) движутся с одной скоростью V4: в обоих случаях момент сопротивления уравнивается крутящим моментом — Ме1 и Ме2.

Но вообразите, что сопротивление увеличилось, например из-за подъема дороги, — теперь его показывает кривая Мс2. Двигатели отреагируют на это по-разному — более ощутимо упадет скорость (до V2) машины с двигателем, у которого меньший коэффициент приспособляемости. Дальнейшее повышение нагрузки (кривая Мс3) позволит машине с двигателем 2 двигаться на этой передаче, но со скоростью, сниженной до V1. Машине с двигателем 1 такая нагрузка «не по силам» — здесь понадобится включить пониженную передачу.

Именно на основе этой теории (в некоторых отношениях бесспорной) большинство из нас отдавало предпочтение двигателям с высоким коэффициентом приспособляемости: АЗЛК-2138 (Км =1,23); АЗЛК-2140 (Км = 1,20); ГАЗ-21 (Км = 1,29); GAZ 24 (Км = 1,26); ГАЗ-13 (Км =1,32); ЗИЛ-111 (Км = 1,32).

Но в 1970 году к нам неожиданно ворвался VAZ 2101, созданный на базе ФИАТ-124, с двигателем, у которого Км = 1,09. В то же время мало кто из его владельцев мог пожаловаться на недостаточную резвость нового автомобиля. В чем же тут дело?

Величина Км определяется прежде всего фазами газораспределения, различное соотношение которых можно определить как «быстроходное» и «тихоходное». В первом случае обеспечивается наибольшее наполнение цилиндров горючей смесью при высоком числе оборотов коленчатого вала двигателя, а отсюда и высокая мощность. Максимальный крутящий момент в этом случае достигается тоже при более высоком числе оборотов, а его значение ненамного больше момента, соответствующего максимальной мощности. Отсюда невысокий коэффициент приспособляемости.

При «тихоходных» фазах газораспределения наибольшее наполнение цилиндров горючей смесью происходит при относительно малом числе оборотов коленвала, соответственно здесь и максимум крутящего момента. Но максимальная мощность такого двигателя и крутящий момент при этой мощности снижены, чем и объясняется высокий коэффициент приспособляемости.

Сказанное легко подтверждается данными на рис. 2. Здесь на основании обработки материалов по 44 карбюраторным двигателям автором построена среднестатистическая зависимость литровой мощности двигателя Neл (в «кВт/л») от коэффициента приспособляемости Км. Были отобраны двигатели, развивающие максимальную мощность при одном и том же числе оборотов 5600 об/мин, с примерно одинаковой (в пределах 9,0..9,3) степенью сжатия e. Оказалось, что с уменьшением Км с 1,35 до 1,05 максимальная литровая мощность двигателя возрастает на 47%.

Приведем пример. Фирма «Бюик» выпускает два двигателя: первый — «Скайларт LD2» с быстроходной регулировкой фаз газораспределения (Км = 1,05; Neл = 49,6 кВт/л; e = 9,5) и второй — «Ле Себр LG3» с тихоходной регулировкой фаз (Км = 1,26; Neл = 32,4 кВт/л; e = 8,5); оба с электронным впрыском топлива.

На рис. 3 приведены внешние скоростные характеристики крутящего момента обоих двигателей, отнесенного к литру рабочего объема. Причем крутящий момент двигателя 2, с целью «приведения» обоих двигателей к одинаковой степени сжатия 9,5, нами даже увеличен на 10%. И что же? Со своим великолепным коэффициентом приспособляемости 1,26 двигатель 2 в сравнении с двигателем 1 производит жалкое впечатление! При одном и том же рабочем объеме 1 л, степени сжатия 9,5 и числе оборотов 5200 в минуту его максимальная мощность на 39% ниже. Более того, максимальный крутящий момент двигателя 2, несмотря на лучшую приспособляемость, оказался значительно — на 16% — ниже, чем у двигателя 1. 

Теперь мысленно «примерим» оба эти двигателя к автомобилю " Moskvich 2141", который до сих пор столь мучительно "ищет" себе подходящий мотор. Приняв за основу литровые характеристики, представленные на рис. 3, условимся, что рабочий объем наших гипотетических двигателей равен 1,8 л. Умножим литровый крутящий момент на 1,8 — и получим эффективный крутящий момент.

На рис. 4 приведена полученная расчетом тяговая характеристика автомобиля «Москвич» с обоими рассматриваемыми двигателями — то есть кривые изменения тяговой силы Fт на ведущих колесах автомобиля в зависимости от скорости движения V на различных передачах. На эти кривые (подобно тому, как это описано в ЗР, 1997, № 7, 8) нанесена кривая Fв+к сопротивления воздуха и качению шин.

Если передаточные числа трансмиссии в обоих случаях одинаковы, то автомобиль с двигателем 1 на всех передачах имеет значительно более высокую силу тяги. Закрашенная область между соответствующими кривыми для каждой передачи показывает «потерянную тягу» при установке двигателя 2. Несколько более высокая сила тяги двигателя 2 в области малых скоростей автомобиля (даже на прямой передаче — ниже 70 км/ч) вряд ли соблазнит и самого непритязательного из нас!

Казалось бы, вывод ясен? Не торопитесь. Вспомните, что передаточные числа трансмиссии в обоих случаях мы условились сохранить одними и теми же. Но это не совсем правомерно, особенно для самой скоростной, IV передачи. И вот почему. Если двигатель 2 при выбранном нами передаточном числе на IV передаче развивает свою максимальную мощность при максимальной скорости автомобиля (на рис. 4 это около 164 км/ч) и эти параметры хорошо согласованы, то двигатель 1 мы словно загнали в «прокрустово ложе»... избранной нами для него IV передачи! Хотя в широком диапазоне скоростей он и обеспечивает более высокие тяговые силы, максимальной мощности достигает при тех же 5200 об/мин, максимальной же скорости (около 182 км/ч) соответствуют 5850 об/мин. Это ухудшает экономичность, повышает нагрузку на детали двигателя, снижает срок его службы, возникает дополнительный шум и т. д. Чтобы и этот двигатель развивал максимальную мощность при максимальной скорости автомобиля, передаточное число трансмиссии на IV передаче нужно уменьшить. (При этом могут потребоваться изменения и в передаточных числах других передач, что делает эту задачу достаточно сложной). Подобные мы рассматривали в предыдущем номере.

Сила тяги ведущих колес с правильно подобранным (уменьшенным) передаточным числом IV передачи показана прерывистой кривой 1. Теперь автомобиль способен достигать 188 км/ч, оставаясь достаточно экономичным, но... уже при скорости меньше 110 км/ч его тяговые силы ниже, чем с «тихоходным» двигателем 2. В этом случае найдется немало автомобилистов, которые предпочтут именно «тихоходный» вариант, позволяющий двигаться на высшей передаче с минимумом переключений на пониженные. Особенно приятно это в условиях городского движения.

Тот, кого не пугает необходимость часто переключать передачи в обмен на более «яркие» показатели мощности и скорости, предпочтет двигатель 1 с низким коэффициентом приспособляемости. По расчетам автора, «Москвич» с таким двигателем мог бы разгоняться до скорости 100км/ч за 11,5 с вместо 15,5 с с двигателем 2. 

Динамические свойства автомобиля часто оценивают так называемой эластичностью — временем разгона на высшей передаче в определенном диапазоне скорости. Например, на четвертой — от скорости 60 км/ч до 100 км/ч. В этом случае преимущество имеет «тихоходный» вариант. Эластичность машины с двигателем 1 составляет 16,2 с, а с двигателем 2 — 13,0 с. Конечно, второе больше подходит «ленивому» водителю, не желающему постоянно «работать» рычагом коробки.

Иными словами, каждая из этих «идеологий» находит своих приверженцев. А можно ли соединить в одной машине столь противоречивые качества? Оказывается, можно. В настоящее время на многих автомобилях появились двигатели с регулируемыми фазами газораспределения, позволяющими получить и высокую максимальную мощность при повышенных числах оборотов, и высокий крутящий момент при низких числах оборотов (см. ЗР, 1996, № 3). А более подробный разговор об этом отложим на будущее.

Рис. 1. Так приспосабливаются к изменению нагрузки двигатели с различными коэффициентами приспособляемости.

Рис. 2. Зависимость литровой мощности карбюраторного двигателя от коэффициента приспособляемости.

Рис. 3. Внешние скоростные характеристики крутящего момента двигателей с различным коэффициентом приспособляемости, отнесенного к 1 л рабочего объема.

Рис. 4. Влияние коэффициента приспособляемости двигателя на тяговые показатели автомобиля.

Ошибка в тексте? Выделите её мышкой! И нажмите: Ctrl + Enter

Комментарии