Маловато будет

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.