От двигателя к колесам

Не вся энергия, получаемая от двигателя, используется для преодоления сопротивлений движению автомобиля, т.е. непосредственно для движения автомобиля. Имеется еще и «накладной расход» на работу механизмов силовой передачи. Этот расход отнимает в отдельных случаях до 20% мощности, а у автомобиля обычной схемы — около 10%. Чем меньше этот расход, тем выше так называемый коэффициент полезного действия (к.п.д.) силовой передачи, обозначаемый греческой буквой у («эта»).

По существу коэффициент полезного действия передаточного механизма — это отношение мощности, отдаваемой механизмом, к мощности, им получаемой. Применительно к автомобилю — это отношение мощности, переданной колесам, к мощности двигателя, измеренной на его маховике.

Если к.п.д. силовой передачи равен 0,93 (93%), как это бывает у некоторых спортивных автомобилей или автомобилей высшего класса, то «накладные расходы» составляют всего 7%; если к.п.д. силовой передачи равен 0,8, как, например, у некоторых автомобилей с автоматическими передачами или у специальных автомобилей, то расходы достигают 20%.

Усилие от двигателя передается к ведущим колесам несколькими механизмами силовой передачи:

• сцеплением
• коробкой передач
• карданным валом
• главной передачей
• дифференциалом

Механическая энергия, переданная от двигателя, не только передается через эти механизмы, но и расходуется на трение (пробуксовка дисков сцепления, трение зубьев шестерен коробки передач, главной передачи и дифференциала, трение в подшипниках, трение в карданных сочленениях), а также на взбалтывание масла в картерах коробки передач и заднего моста. От трения и взбалтывания масла возникает тепло; механическая энергия превращается в тепловую, которая не может быть использована и рассеивается. Этот «накладной расход» непостоянен — он увеличивается, когда в работу включается дополнительная пара шестерен на низших передачах, когда карданные шарниры работают под большим углом, когда вязкость масла велика (в холодную погоду), на повороте, когда в работу активно включаются шестерни дифференциала (при движении по прямой их работа невелика). Поэтому трудно дать точную, годную для всяких условий движения оценку величины к.п.д. силовой передачи каждого автомобиля.

Опытным путем определены потери мощности в силовой передаче автомобилей и в отдельных ее элементах и вычислены к.п.д.

Рис. Усилие от двигателя передается ведущим колесам через сцепление, коробку передач, главную передачу, дифференциал, полуоси.

Таблица. Коэффициенты полезного действия силовой передачи автомобиля и ее механизмов

Механизмы силовой передачи	Передача в коробке передач	Коэффициент полезного действия
		автомобиль высшего класса	автомобиль массового выпуска
Механизмы силовой передачи
Сцепление		0,99
Коробка передач:
с прямозубыми шестернями	Прямая	—	0,96
	Прочие	—	0,94
с косозубыми шестернями	Прямая	0,98	0,97
	Прочие	0,96	0,95
Карданная передача:
с углом работы 0-7 градусов		0,99
с углом работы 7-20 градусов		0,98
Главная передача:
спирально-коническая		0,95	0,94
гипоидная		0,98	0,97
двойная (коническая и цилиндрическая)		—	0,85
Силовая передача автомобиля
Коробка передач с прямозубыми шестернями:
спирально-коническая главная передача	Прямая	—	0,88
	Прочие	—	0,86
двойная главная передача	Прямая	—	0,79
	Прочие	—	0,77
Коробка передач с косозубыми шестернями:
спирально-коническая главная передача	Прямая	0,91	0,89
	Прочие	0,89	0,87
двойная главная передача	Прямая	0,94	0,92
	Прочие	0,92	0,9

Приведенные в таблице величины к.п.д. всей силовой передачи автомобиля на повороте снижаются еще на 1—2%; при езде по очень неровной дороге (когда карданы работают под большими углами) — еще на 1—2%; зимой, когда масло слишком вязкое, — еще на 1—2%.

Рис. На работу механизмов передачи расходуется около 10% мощности, развиваемой двигателем.

Существуют автомобили, у которых к.п.д. силовой передачи снижен за счет наличия раздаточной коробки и переднего ведущего моста (автомобили повышенной проходимости со всеми ведущими колесами) или за счет необычной схемы коробки передач и заднего моста (некоторые автомобили с задним расположением двигателя, не имеющие прямой передачи в коробке передач, или автомобили с независимой подвеской задних колес, имеющие карданные шарниры на каждой полуоси, причем шарниры часто работают под большими углами).

В дальнейшем динамические и экономические показатели таких автомобилей рассматривать не будем, и поэтому примем к. п. д. силовой передачи приблизительно равным:

• для легковых автомобилей высшего класса — 0,93
• для прочих легковых автомобилей — 0,91
• для грузовых автомобилей с одинарной главной передачей — 0,89
• для грузовых автомобилей с двойной главной передачей — 0,85

Для учета этих «накладных расходов» во внешнюю характеристику двигателя следует внести поправки, чтобы получить характеристику мощности Nк и крутящего момента Мк, передаваемых на ведущие колеса автомобиля.