Двигатели

Источником силы тяги является двигатель. Двигатели могут быть охарактеризованы кривыми их крутящего момента и мощности в зависимости от скорости. Типичные кривые для бензиновых и дизельных двигателей показаны на Рисунке 2.1. Бензиновые двигатели обычно имеют кривую крутящего момента, достигающую максимума в середине диапазона рабочих скоростей, контролируемых характеристиками индукционной системы. Для сравнения, дизельные двигатели могут иметь плоскую или даже возрастающую с уменьшением скорости кривую крутящего момента. Эта характеристика, контролируемая программированием системы впрыска, приводит к высоким крутящим моментам двигателей большой мощности, широко используемых в коммерческих транспортных средствах. (В некоторых случаях рост крутящего момента может быть настолько большой, что обеспечивает практически постоянную мощность в большей части диапазона скоростей работы двигателя).

Рис. 2.1. Эксплуатационные характеристики бензиновых и дизельных двигателей.

Другим важным различием между двумя типами двигателей является получаемый удельный расход топлива. Наиболее эффективные бензиновые двигатели могут достичь уровней удельного расхода топлива в диапазоне около 0.4 фунт/л.с.-ч, тогда как дизельные - около 0.2 или ниже.

Мощность и крутящий момент связаны через скорость. В частности,

Мощность (фут-фунт/сек) = Крутящий момент (фут-фунт) x скорость (рад/сек)

Лошадиная сила = T (фут-фунт) x ωe (радиан/сек) / 550 = T (фут-фунт) x RPM / 5252

(2-1)

Также,

Мощность (кВт) = 0.746 x ЛС    1 лс = 550 фут-фунт/сек

(2-2)

Отношение мощности двигателя к весу транспортного средства представляет собой первоочередной фактор, влияющий на характеристику ускорения. От низких до умеренных скоростей верхний предел ускорения может быть получен при пренебрежении всеми силами сопротивления, действующими на транспортное средство. Тогда, из второго закона Ньютона:

(2-3)

где:

M = Масса машины = W/g

ax = Ускорение в направлении вперёд

Fx = Тяговое усилие на ведущих колёсах

Поскольку движущая мощность это тяговое усилие, умноженное на скорость движения вперёд, Уравнение (2-3) можно переписать:

(2-4)

где:

g = Гравитационная постоянная (32.2 фут/сек2)

V = Скорость движения вперёд (фут/сек)

HP = Мощность двигателя в лошадиных силах

W = Вес машины (в фунтах)

Из-за скорости в знаменателе приёмистость двигателя должна уменьшаться с увеличением скорости. Обычное отношение для легковых и грузовых автомобилей приведённого выше уравнения показано на Рисунке 2.2. Как и следовало ожидать, тяжёлые грузовики будут иметь гораздо более низкие уровни приёмистости, чем автомобили, из-за менее благоприятного отношения мощности к весу. Хотя это очень простое представление о характеристике ускорения, оно полезно для дорожных инженеров, ответственных за разработку ограничений при проектировании дорог по отношению к потребностям в дополнительных полосах движения на затяжных подъёмах, дальности видимости на перекрёстках и участках разгона на наклонных въездах [1].

Рис. 2.2. Влияние скорости на приёмистость легковых и грузовых автомобилей [2].