Siła napędowa Na znajdujący się w ruchu pojazd działają zawsze dwie, znajdujące się w równowadze siły: • siła napędowa F oraz • siła oporów ruchu pojazdu FQ. Siła napędowa jest otrzymywana na kołach napędzanych samochodu w wyniku obracania ich momentem napędowym przenoszonym od silnika do kół pojazdu przez mechanizmy napędowe. Siła ta, działająca zawsze w kierunku ruchu pojazdu, jest równa (rys. 3.2) F = »dzie: Mk — moment napędowy na kole; ri< — promień koła. Siła napędowa działająca na samochód jest sumą sił napędowych działających na wszystkie koła napędzane. Na siłę oporów ruchu składa się kilka czynników, a mianowicie: opory toczenia, wynikające ze współpracy ogumionych kół pojazdu z nawierzchnią drogi; opory powietrza, wywołane parciem powietrza na powierzchnię czołową pojazdu podczas jego ruchu: • opory wzniesienia, działające na pojazd podczas jazdy pod górę; • opory bezwładności, działające wtedy, gdy pojazd porusza się ruchem przyspieszonym. Wartość momentu, który trzeba przyłożyć do kół napędzanych samochodu, zależy od aktualnych oporów ruchu pojazdu. Rozważając wartości, jakie może osiągnąć prędkość obrotowa silnika n oraz odpowiadający jej zakres momentu obrotowego silnika MQ, łatwo stwierdzić, że wartości te nie odpowiadają zakresowi prędkości obrotowej kół samochodu ani zakresowi momentu Mk potrzebnego do pokonania oporów ruchu. Prędkość obrotowa n silnika jest kilkakrotnie większa niż prędkość obrotowa kół napędzanych nk, natomiast moment obrotowy silnika MQ jest kilkakrotnie mniejszy niż moment potrzebny na kołach do pokonania oporów ruchu przy stałej prędkości pojazdu. Niezbędne jest zwiększenie momentu obrotowego silnika, przy jednoczesnym zmniejszeniu prędkości obrotowej. Uzyskuje się to przez zastosowanie przekładni głównej, stanowiącej jeden z mechanizmów przeniesienia napędu. Dzięki temu moment na kołach i prędkość obrotowa kół wynoszą odpowiednio: Mk = M0 • i3 Wykres siły napędowej i siły oporów ruchu w zależności od prędkości jazdy przedstawiono na rys. 3.3. Kształt krzywej siły napędowej jest w zasadzie zgodny z kształtem krzywej momentu obrotowego silnika, a wartości tej siły obliczono wg zależności Krzywe I i II odpowiadają wartościom sił napędowych przy dwóch stanach obciążenia silnika (dwóch położeniach pedału przyspiesznika, tzw. pedału „gazu"). W przypadku krzywej I siła napędowa równoważy siłę oporów ruchu przy prędkości vA (przecięcie się krzywych w punkcie A). Zwiększenie obciążenia silnika (dodanie „gazu") spowoduje przejście na krzywą II (punkt B). Siła napędowa prze­wyższy opory ruchu i pojazd przyspieszy osiągając prędkość vc> wyznaczoną punktem C. Punkt C ilustruje nowy stan równowagi siły napędowej i sił oporów ruchu. Jeżeli krzywa U wyznacza największą możliwą do uzyskania siłę napędową, vc jest prędkością maksymalną pojazdu w danych warunkach jazdy. Z wykresu (rys. 3.3) widać także, że jakakolwiek zmiana oporów ruchu powoduje (przy nie zmienionym obciążeniu silnika) zmianę prędkości jazdy. Jeżeli teraz, w warunkach jazdy określonych wykresem z rys. 3.3, samochód będzie zmuszony do pokonania narastającego wzniesienia drogi, wzrastające opory ruchu będą powodować coraz wyższe położenie krzywej oporów ruchu. Na rys. 3.4a zmienne wzniesienie drogi przedstawia pęk krzywych oporów ruchu. Wartości wzniesienia są podane w procentach. Ze wzrostem oporów ruchu (wzrost pochyłości drogi) maleje prędkość, przy której zachodzi równowaga między siłą napę- dową a siłą oporów ruchu (punkty A, B, C, D), a więc maleje prędkość samochodu. Punkt E wyznacza najmniejszą prędkość, przy której jest jeszcze możliwa równowaga tych sił. Przy jeszcze mniejszej prędkości jazdy lub przy jeszcze większych oporach ruchu niedobór siły napędowej (niedobór momentu) na kołach spowoduje zatrzymanie się pojazdu. Zapobiega temu zastosowanie skrzynki biegów zapewniającej odpowiednie dodatkowe przełożenie (rys. 3.4b). Zwiększenie przełożenia między silnikiem a kołami powoduje wzrost momentu na kołach kosztem zmniejszenia prędkości obrotowej kół, czyli kosztem zmniejszenia prędkości jazdy (krzywa II biegu). Pomimo zmniejszenia prędkości jazdy silnik nadal pracuje w nie zmienionym zakresie prędkości obrotowej. Ponowne zwiększenie przełożenia (krzywa I biegu) powoduje znaczne zmniejszenie możliwości zakresu prędkości jazdy, lecz równie znacznie zwiększa siłę napędową pojazdu. Krzywa III biegu określa siłę napędową na najwyższym biegu, czyli zazwyczaj bez zmiany przełożenia (tzw. bieg bezpośredni). Na tym biegu warunki jazdy są takie, jakby silnik był połączony z przekładnią główną z pominięciem skrzynki biegów. Zastosowanie zmiennych przełożeń w układzie napędowym znakomicie ułatwia ruszanie i rozpędzanie pojazdu, umożliwiając znaczne zwiększenie siły napędowej przy niewielkich prędkościach jazdy. Użycie podczas ruszania I biegu (w warunkach przedstawionych na rys. 3.4b) zapewnia możliwość całkowitego sprzęgnięcia wału korbowego silnika z dalszą częścią układu napędowego (bez poślizgu sprzęgła) już przy prędkości pojazdu około 8 km/h, podczas gdy sprzęgnięcie takie na III biegu byłoby możliwe dopiero przy prędkości około 25 km/h. Dzięki temu sprzęgło pracuje w znacznie lżejszych warunkach.