РОЗДІЛ 2
ВИЗНАЧЕННЯ ВИМОГ ДО ПАРАМЕТРІВ ЗУБЧАСТО-ВАЖІЛЬНОГО ВАРІАТОРА АВТОМАТИЧНОЇ БЕЗСТУПІНЧАСТОЇ ТРАНСМІСІЇ АВТОМОБІЛЯ
2.1. Визначення вимог до параметрів роботи системи "двигун-трансмісія"
2.1.1. Оптимальні режими роботи двигуна
Визначенню оптимальних режимів роботи двигуна присвячено досить багато наукових праць. Зокрема, в роботах [30,102] розглянуті оптимільні режими роботи з точки зору мінімізації витрати палива. В роботах [25,31] розглянуті режими роботи, на яких оптимальними є тягово-швидкісні властивості автомобіля. Розгляд режимів роботи двигуна, при яких мінімізуються шкідливі викиди в атмосферу, наведено в [34,65].
Зовнішнє навантаження колінчастий вал двигуна, який з'єднано з ведучим валом варіатора, отримує від трансмісії автомобіля. Механічні втрати в двигуні зростають по мірі збільшення частоти обертання колінчастого вала. В залежності від умов руху автомобіля з колінчастого вала двигуна знімається різна ефективна потужність, при цьому двигун має мале, середнє або велике навантаження. Зі змінним навантажувальним режимом автомобільного двигуна пов'язаний і його швидкісний режим, що визначається частотою обертання колінчастого вала. Слід виділити два окремих важливих режими роботи двигуна та досліджувати паливну економічність на цих режимах:
1) усталений режим роботи двигуна - коли при русі автомобіля зі сталою швидкістю навантаження двигуна та частота обертання колінчастого вала двигуна істотно не змінюються;
2) неусталений режим роботи двигуна - коли внаслідок безперервного чергування розгонів та гальмувань автомобіля не залишаються сталими навантажувальний та швидкісний режими роботи двигуна.
Паливну економічність двигуна прийнято виражати через питому витрату палива двигуном на одиницю виробленої потужності за одиницю часу та вимірювати в грамах на кіловат за годину. Дана величина має позначення . Слід зазначити, що найменші значення цього показника досягаються на характеристиці мінімальної витрати палива двигуном [2,119]. Для сучасних двигунів характеристика мінімальної витрати палива практично співпадає із зовнішньою швидкісною характеристикою двигуна. Економічний режим руху автомобіля буде забезпечено лише в тому випадку, якщо забезпечується якомога менша питома витрата палива. Залежність питомої витрати палива двигуна від навантаження на нього для дизельних та бензинових двигунів наведено на рис. 2. Необхідно зазначити, що така навантажувальна характеристика була отримана [14,15] за усталеного режиму роботи двигуна. Проте за неусталеного режиму роботи двигуна дана характеристика не зазнаватиме істотних змін. Випробування проводились при швидкості обертання колінчастого вала двигуна, рівній 70% від номінальної.
Рис. 2.1. Залежність питомої витрати палива двигуна від навантаження [15]
1 - для бензинового двигуна;
2 - для дизельного двигуна.
Підвищена витрата палива двигуном при роботі за навантажень, що менші 35...40 % викликані такими причинами як необхідність збагачення паливно-повітряної суміші, збільшена частка механічних втрат, збільшені теплові втрати тощо. За великого навантаження (85...100 %) двигун працює на багатому складі паливно-повітряної суміші з підвищеною питомою витратою палива. Економічний режим роботи двигуна досягається при його середньому навантаженні.
За незмінного навантаження на двигун питома витрата палива мінімальна в області середньої (0,4...0,6 від номінальної) частоти обертання колінчастого вала. Збільшення цієї витрати при малій частоті обертання колінчастого вала пов'язане зі збільшенням теплових втрат, погіршенням якості сумішеутворення, зниженням тиску в системі мащення двигуна.
Безступінчаста трансмісія автомобіля на базі зубчасто-важільного варіатора дає можливість в певних межах варіювати швидкістю автомобіля шляхом зміни передаточного відношення варіатора. При цьому швидкість обертання колінчастого вала двигуна може залишатися постійною. Для забезпечення оптимального режиму роботи двигуна з точки зору паливної економічності діапазон передаточних чисел варіатора повинен забезпечити швидкість обертання колінчастого вала двигуна автомобіля не нижче 25...30 с-1 та не вище 0,75...0,80 від за будь якої допустимої швидкості руху автомобіля [112,119,124].
При розгляді руху автомобіля з трансмісією на базі зубчасто-важільного варіатора необхідно чітко визначити, на що витрачається потужність, що виробляється двигуном, під час руху автомобіля в різних умовах руху. Для цього варто розглянути можливі умови руху автомобіля.
Потужність, яка підведена через трансмісію до ведучих коліс автомобіля, витрачається на опір коченню коліс, на подолання підйому та розгін автомобіля, на опір повітря та буксирування причепу.
Опір коченню коліс автомобіля обумовлено деформацією їх еластичних шин та тієї опорної поверхні, по якій здіснюється рух, а також ударами коліс по сторонніх предметах, тертям тощо. Енергія, яка витрачається на подолання опору коченню коліс автомобіля - втрачається безповоротно.
Витрати потужності на подолання автомобілем підйому залежать від величини підйому та швидкості руху по ньому. Так, на крутому підйомі затрати потужності будуть більші, ніж на пологому. Дані втрати є частково безповоротними, так як автомобіль під час руху в гору набуває потенціальної енергії, яка частково може бути використаною під час руху автомобіля під гору. Підйоми та спуски різного нахилу та довжини, які чергуються з горизонтальними ділянками, характеризують повздовжній профіль дороги. Фактори повздовжнього профілю дороги висувають вимоги до системи "двигун-трансмісія". Так, автомобіль з повним навантаженням повинен долати за сталої швидкості при мінімальному передаточному відношенні варіатора ухил не менше 4о. Максимально крутий підйом, який повинен долатися повністю завантаженим автомобілем, повинен бути не менше 30о. Завдяки тому, що вище передаточне число варіатора буде (так званий "стоповий" режим варіатора) та може бути неперервно змінене до його мінімально