Измерители топливной экономичности

Топливная экономичность автомобиля оценивается двумя груп­пами измерителей. К первой группе относятся измерители топ­ливной экономичности самого автомобиля, ко второй — измери­тели топливной экономичности двигателя автомобиля.

Измерителями первой группы являются расход топлива в лит­рах на единицу пробега автомобиля (путевой расход топлива) q _n,л на 100 км, и расход топлива в граммах на единицу транспортной работы q _n, г/(т∙км) или пасс.-км.

К измерителям второй группы относятся расход топлива в ки­лограммах за час работы двигателя (часовой расход топлива) G _т,кг/ч, и удельный эффективный расход топлива в граммах на ки­ловатт-час q _e,г/(кВт∙ч).

Рассмотрим указанные измерители топливной экономичности.

Путевой расход топлива

,

где Q — общий расход топлива, л; S _a— пробег автомобиля, км.

В указанном выражении единицей пробега являются 100 км пути (принято для автомобилей в России и многих европейских стра­нах).

Путевой расход топлива — легко определяемая величина, но не учитывающая полезной работы автомобиля. Так, например, ав­томобиль, который перевозит груз, расходует больше топлива,

чем автомобиль без груза. Поэтому согласно формуле он оказыва­ется менее экономичным по сравнению с автомобилем, соверша­ющим порожний рейс.

Расход топлива на единицу транспортной работы

,

где m _rp— масса перевезенного груза (число пассажиров), кг (пасс); S _rp — пробег автомобиля с грузом, км; р _т — плотность топлива, кг/л.

Расход топлива на единицу транспортной работы более пра­вильно оценивает топливную экономичность автомобиля. Однако практическое использование этой величины сопряжено с опреде­ленными трудностями вследствие того, что объем транспортной работы, выполненной автомобилем, не всегда поддается точному измерению.

Часовой расход топлива

,

где T _д — время работы двигателя, ч.

Удельный эффективный расход топлива

,

где N_e — эффективная мощность двигателя, кВт.

С учетом удельного эффективного расхода топлива определим его путевой расход:

,

где величина g_e выражена в г/(кВт∙ч), N_e — вкВт, a v — в м/с.

Уравнение расхода топлива

В процессе движения автомобиля эффективная мощность дви­гателя затрачивается на преодоление сил сопротивления движе­нию. Для ее определения воспользуемся уравнением мощностного баланса автомобиля:

.

Подставив найденную величину N_e в выражение для путевого расхода топлива, получим уравнение расхода топлива автомоби­лем

или

В этих выражениях мощность представлена в кВт, сила — в Н, а скорость — в м/с.

Из уравнения расхода топлива следует, что путевой расход топ­лива зависит от топливной экономичности двигателя (g_e),техни­ческого состояния шасси (η_тр), дорожных условий (Р _д), скорости движения и обтекаемости кузова (Р _в), нагрузки и режима движе­ния (Р _и).

При использовании уравнения расхода топлива для определе­ния путевого расхода топлива в различных дорожных условиях должна быть известна зависимость удельного эффективного рас­хода топлива от степени использования мощности двигателя при разных значениях угловой скорости коленчатого вала. Такая зави­симость для бензинового двигателя приведена на рис. 4.1.

Из этого рисунка следует, что удельный эффективный расход топлива g_e существенно зависит от степени использования мощ­ности двигателя И и в меньшей степени — от угловой скорости коленчатого вала ω_е. При увеличении степени использования мощности двигателя и снижении угловой скорости коленчатого вала g_e уменьшается. Возрастание удельного эффективного расхода топлива при низкой степени использования мощности двигателя вызвано уменьшением механического коэффициента полезного действия двигателя и ухудшением условий для сгорания смеси в цилиндрах. Удельный эффективный расход топлива также несколь­ко возрастает при высокой (близкой к полной) степени исполь­зования мощности из-за обогащения горючей смеси.

Рис. 4.1. Зависимости удельного эффектив­ного расхода топлива g_e от степени исполь­зования И мощности двигателя при разных значениях угловой скорости коленчатого вала ω _е:

ω _{е 1} — ω _{е 3} — значения угловой скорости коленча­того вала двигателя

4.3. Топливно-экономическая характеристика автомобиля

Топливно-экономической характеристикой автомобиля назы­вается зависимость путевого расхода топлива от скорости при рав­номерном движении автомобиля по дорогам с разным сопротив­лением.

Топливно-экономическая характеристика позволяет определять расход топлива по известным значениям скорости движения и коэффициента сопротивления дороги. Она может быть построена для любой передачи, однако обычно ее строят для высшей пере­дачи.

На рис. 4.2 представлена топливно-экономическая характерис­тика автомобиля для трех различных дорог с разными коэффици­ентами сопротивления, причем ψ₁ < ψ₂ < ψ₃.

Каждая кривая топливно-экономической характеристики име­ет три характерные точки — a, b и с.

Точка а соответствует минимальной устойчивой скорости дви­жения автомобиля.

Точка b (точка минимума) определяет наименьший расход топ­лива q _minпри движении автомобиля по дороге с определенным коэффициентом сопротивления ψ. Скорость, соответствующая этой точке, является оптимальной для данной дороги с точки зрения топливной экономичности.

Точка с характеризует расход топлива при его полной подаче, т.е. при полной нагрузке двигателя. Она соответствует максималь­но возможной скорости движения на данной дороге. Кривая, про­веденная через точки c ₁, с ₂и с ₃, отвечает расходу топлива при полной нагрузке двигателя.

Из рис. 4.2 видно, что каждому значению сопротивления доро­ги соответствуют определенный минимальный расход топлива, оптимальная и максимально возможная скорости движения авто­мобиля. При возрастании сопротивления дороги увеличивается рас­ход топлива, а эти скорости уменьшаются.

Рис. 4.2. Топливно-экономическая характеристика автомобиля:

ψ₁ — ψ₃— значения коэффициента сопро­тивления дороги, соответствующие трем кривым путевого расхода топлива; а ₁ — а ₃— точки, отвечающие минимальной устой­чивой скорости движения v _min; b ₁ — b ₃ — точки минимума кривых; с ₁ — с ₃— точки, соответствующие максимальной скорос­ти движения по каждой дороге; q _min, v _эк1, v _max1 – минимальный расход топлива, оп­тимальное и максимальное значения ско­рости движения по дороге, характеризуе­мой коэффициентом ψ₁.

Хотя движение автомобиля с оптимальной скоростью сопро­вождается наименьшим расходом топлива, из этого не следует, что при выполнении транспортной работы необходимо двигаться с указанной скоростью. При выборе скорости движения нужно исхо­дить не из условий, обеспечивающих топливную экономичность, а из времени перевозок, безопасности движения, сохранности груза и комфортабельности пассажиров. Так, например, увеличение ско­рости движения приводит к повышению производительности ав­томобиля и уменьшению себестоимости перевозок.

Представленная топливно-экономическая характеристика ти­пична для автомобилей с бензиновыми двигателями. Аналогич­ный вид имеет и топливно-экономическая характеристика авто­мобилей с дизелями. Ее отличительной особенностью является менее крутой подъем кривых в области низких значений скорости движения, что можно объяснить более высокой экономичностью дизелей при малой угловой скорости коленчатого вала.

4.4. Построение топливно-экономической характеристики

Существует несколько способов построения топливно-эконо­мической характеристики автомобиля:

• по результатам дорожных испытаний;

• по результатам стендовых испытаний;

• приближенный расчетный способ.

В первом и втором случаях топливно-экономическая характе­ристика строится на основании экспериментальных данных, тог­да как при использовании третьего способа она может быть пост­роена при отсутствии экспериментальных данных. Рассмотрим рас­четный способ построения топливно-экономической характерис­тики автомобиля.

В соответствии с этим способом удельный эффективный рас­ход топлива определяется по формуле

g_e = g_N k _ω k _И

где g_N — удельный эффективный расход топлива при максималь­ной мощности двигателя, г/(кВт∙ч); k _ω— коэффициент измене­ния удельного эффективного расхода топлива в зависимости от угловой скорости коленчатого вала двигателя; k _И — коэффициент изменения удельного эффективного расхода топлива в зависимо­сти от степени использования мощности двигателя.

Удельный эффективный расход топлива при максимальной мощ­ности для бензиновых двигателей составляет 300...340 г/(кВт∙ч), а для дизелей — 220...260 г/(кВт∙ч).

Коэффициент k _ωопределяется в зависимости от отношения ω _е /ω _N угловых скоростей коленчатого вала двигателя при текущем и максимальном значениях мощности:

	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0
kω	1,15	1,09	1,04	1,02	1,01	1,00	1,01	1,02	1,04

Коэффициент k _Иопределяется в зависимости от степени ис­пользования мощности двигателя И:

 

И,	%
k И	(бензиновый)	2,11	1,67	1,33	1,22	1,11	1,06	1,00	1,06	1,11
k И	(дизель)	1,56	1,38	1,25	1,12	1,09	1,06	1,00	1,06	1,25

Коэффициенты k_ω и k _Имогут быть также найдены по специ­альным графикам, представленным на рис. 4.3.

Расчет и построение топливно-экономической характеристи­ки выполняют в такой последовательности:

Рис. 4.3. Графики для определения коэффициентов k И(а)и kω (б): 1 — дизели; 2 — бензиновые двигатели

• задают коэффициент сопротивления дороги у;

• выбирают пять-шесть значений угловой скорости коленчато­-
го вала двигателя ω_е в диапазоне от ω_min до ω_mах;

• для выбранных значений ω_е определяют отношения ω_е / ω _N (зна­-
чение ω _N известно) и по полученным отношениям находят значе­-
ния k_ω;

• для выбранных значений ω_е определяют соответствующие
скорости движения автомобиля v и для этих скоростей по задан­ному коэффициенту сопротивления дороги ψнаходят мощнос­ти, затрачиваемые на преодоление сопротивления дороги N _Ди
воздуха N _B;

• по внешней скоростной характеристике двигателя для выб­ранных значений ω_е определяют эффективную мощность двигате­ля N_e или для соответствующих скоростей движения по графику
мощностного баланса находят значения тяговой мощности N _Tна
ведущих колесах;

• по известным значениям мощностей N _Д + N _Bи N_e (или N _T)для
каждого значения ω_е (или v)определяют степень использования
мощности двигателя И и по полученным значениям находят k _И;

• по найденным значениям коэффициентов k_ω и k _Иопределяют
удельный эффективный расход топлива g_e;

• по полученным значениям g_e находят путевой расход топлива q _Пдля дороги с заданным коэффициентом сопротивления ψ, для чего используют уравнение расхода топлива при равномерном движении автомобиля.

Повторив указанные выше расчеты для других коэффициентов сопротивления дороги ψ, строят топливно-экономическую харак­теристику автомобиля.