Топливно экономическая характеристика автомобиля

Устройство автомобилей

Топливная экономичность автомобиля

Удельный расход топлива рассчитывается по формуле:

где N_е – эффективная мощность двигателя.

Выразим эффективную мощность N_е через уравнение мощностного баланса:

Тогда часовой расход топлива определится из соотношения:

Путевой расход топлива Q_L зависит от часового расхода топлива:

где ρ_т – плотность топлива.

Полученную формулу называют уравнением расхода топлива.

Оценочные показатели топливной экономичности автомобилей установлены ГОСТ 20306-90. К таким показателям относятся:

Данные оценочные показатели стандартом не нормируются. Их используют при сравнительной оценке уровня топливной экономичности данного автомобиля с лучшими аналогами, а также для косвенной оценки технического состояния автомобиля.

Топливно-экономические характеристики автомобиля

Топливная характеристика автомобиля представляет собой зависимость расхода топлива при равномерном движении автомобиля от скорости движения, дорожного сопротивления и включенной передачи.
Для наглядности топливная характеристика изображается в виде графика (рис. 1), по которому можно определить зависимость расхода топлива Q_L от скорости автомобиля v и коэффициента дорожного сопротивления ψ при движении автомобиля на заданной передаче.
Можно решить и обратную задачу: определять максимальную возможную скорость, которую способен развить автомобиль при данном расходе топлива на конкретном дорожном полотне. Задачи подобного рода возникают при выявлении экономически целесообразной скорости движения автомобиля на автомагистралях.

Каждая кривая графика топливной характеристики имеет характерные точки, определяющие минимальный расход топлива при движении по дороге с коэффициентом сопротивления ψ (например, Q_min при ψ₁ ).

Топливно-экономическая характеристика автомобиля может быть построена по данным дорожных испытаний автомобиля. В этом случае расход топлива на 100 км пробега замеряется непосредственно для различных значений дорожного сопротивления.

Экономическая характеристика может быть построена и аналитическим путем на основании скоростной характеристики двигателя.

Топливно-экономическая характеристика автомобиля не учитывает дополнительный расход топлива при пуске и прогреве двигателя, расход топлива в пунктах погрузки и выгрузки, где автомобиль маневрирует и использует специальные средства для погрузки выгрузки (автомобили-самосвалы, автомобили-самопогрузчики и т. п.), а также простаивает под погрузкой или разгрузкой с работающим двигателем. Эти затраты учитываются специальными нормами расхода топлива.

В общем случае топливно-экономическая характеристика устанавливает зависимость расхода топлива от двух эксплуатационных факторов – скорости движения автомобиля и состояния дороги. Однако помимо этого существует большое число и других факторов, оказывающих существенное влияние на топливную экономичность автомобиля.

Факторы, влияющие на топливную экономичность автомобиля

Существенное влияние на топливную экономичность автомобиля оказывают следующие факторы:

Экономичность двигателя и определяющие ее факторы рассматривались в теории ДВС. Часовой расход топлива возрастает с увеличением объема цилиндров, частоты вращения коленчатого вала, коэффициента наполнения и плотности воздуха.
Если рабочий объем цилиндров (как и тактность) для данного двигателя является величиной неизменной, то частота вращения коленчатого вала зависит от условий эксплуатации, а плотность воздуха – от климатических условий. Так, с увеличением температуры окружающей среды и высоты над уровнем моря плотность воздуха уменьшается.

Коэффициент наполнения характеризует качество газообмена в двигателе и на часовой расход топлива влияет прямо пропорционально. Изменение этого коэффициента находится в зависимости от множества других факторов, преимущественно конструкционных и технологических.
Улучшается топливная экономичность также при применении электронной системы зажигания, установке микропроцессоров для оптимизации регулирования состава смеси и опережения зажигания, использовании системы непосредственного впрыскивания бензина.

Для повышения топливной экономичности все более широкое распространение получает применение наддува и охлаждения нагнетаемого воздуха как в дизельных, так и в бензиновых двигателях. В результате применения наддува при неизменной максимальной мощности двигателя можно уменьшить удельные расходы на частичных нагрузках, что позволяет экономить до 10% топлива. Кроме того, при этом увеличивается запас крутящего момента, что также благоприятно сказывается на топливной экономичности.

Полную массу автомобиля желательно снижать путем уменьшения его собственной массы (т. е. без уменьшения грузоподъемности). Это можно осуществить путем рациональной компоновочной схемы автомобиля, широкого применения прогрессивных облегченных и высокопрочных материалов, создавая равнопрочные конструкции при меньшей массе.
Снижение массы автомобиля дает существенную экономию топлива, поскольку масса влияет и на силу сопротивления качению колес, и на инерционные силы, и на силы, возникающие при преодолении подъемов. Для сравнения: при уменьшении массы грузового автомобиля на 10% экономия топлива может достигать 5…6% (для дизелей) и 6…8% (для карбюраторных двигателей), а при движении по горным дорогам экономия топлива может достигать 10%.

Положительный эффект для топливной экономичности может быть получен использованием автопоездов вместо одиночных грузовых автомобилей. Масса прицепа существенно меньше массы автомобиля-тягача, а их грузоподъемность примерно одинакова. В результате общая масса автопоезда из тягача с прицепом будет меньше массы двух грузовых автомобилей при одинаковой производительности.
Использование автопоездов позволяет существенно снизить удельный расход топлива на единицу выполненной транспортной работы.

Оптимизация параметров трансмиссии позволяет получить экономию топлива до 10…15% без потери производительности автомобиля. Потери энергии на трение в узлах трансмиссии снижаются путем улучшения качества обработки трущихся поверхностей и улучшения условий смазки, особенно в зимнее время, когда повышается вязкость смазочного материала, снижая КПД трансмиссии.

Сопротивление качению зависит от величины сил внутреннего трения в шине колеса, а эти силы увеличиваются с ростом толщины протектора шины. Однако толщина протектора напрямую влияет на срок службы шины, поэтому конструкторам приходится изыскивать пути снижения толщины протектора без ущерба надежности и сроку службы покрышки. Так, шины с радиальным расположением корда оказывают меньшее сопротивление качению, чем диагональные шины. Положительно влияет на снижение сопротивления качению применение металлокордного бреккера.
Значительный перерасход топлива вызывает снижение давления воздуха в шинах и неправильно выбранный режим движения.

Инерционное сопротивление наиболее существенно при интенсивном разгоне автомобиля на низших передачах, где ускорение разгона наибольшее. Так, например, составляющая расхода топлива, обусловленная сопротивлением инерции, при разгоне автопоезда с дизелем (полная масса 28 т) с места составляет 21%, а при разгоне в интервале от 40 до 90 км/ч – до 5%. Снизить эту составляющую можно за счет уменьшения полной массы автомобиля.

Повышение топливной экономичности автомобиля достигается не только путем совершенствования подвижного состава, но и улучшением состояния дорог. Так, при ухудшении профиля дорожного покрытия от асфальтобетонного до булыжного, скорость грузового автомобиля снизится примерно на 35…40%, а расход топлива увеличится на 30…40%.

В горных и городских условиях существенное влияние на расход топлива оказывают повороты дорог, частые переключения передач с высших на низшие, что отрицательно сказывается на топливной экономичности. Характерно, что городские маршруты влияют на расход топлива даже больше, чем в горной местности.

Стиль вождения автомобиля тоже влияет на его экономичность. Это проявляется в том, что каждая случайная остановка автомобиля ухудшает его экономичность, поскольку влечет пуск двигателя и разгон на низших передачах. Увеличение расхода топлива вызывают интенсивное торможение, работа двигателя на холостом ходу при стоянке автомобиля, неправильное переключение передач при разгоне, неправильное использование выбега (движение накатом). При разгонах передачи должны переключаться с возрастающей частотой вращения коленчатого вала и уменьшением времени разгона на каждой передаче.
Показательно, что пятидневное обучение малоопытных водителей экономичному вождению автомобиля позволяет добиться экономии топлива не менее, чем на 5%, а месячные курсы – до 15…25%.

Для облегчения выбора оптимальных режимов работы двигателя и автомобиля используются электронные устройства, которые либо сами осуществляют управление двигателем и трансмиссией, либо выдают информацию, на основе которой водитель может принимать решение об оптимизации режима движения. Так, в настоящее время широкое распространение получают устройства «Стоп-старт», автоматически выключающие двигатель при переходе на холостой режим во время стоянки, и запускающие двигатель при нажатии водителем на педаль подачи топлива.

Техническое состояние автомобиля существенно влияет на непроизводительные энергетические затраты, вызывая повышение расхода топлива. Наиболее значительное влияние оказывают неисправности двигатели, особенно – системы питания.
К неисправностям шасси, негативно влияющим на расход топлива, относятся неправильная регулировка зубчатых колес главной передачи, радиально-упорных подшипников и тормозных механизмов, снижение давления воздуха в шинах, неправильно отрегулированное схождение колес. Эти неисправности могут привести к увеличению расхода топлива на 10…20%.

Источник

Топливно-экономическая характеристика автомобиля

Топливно-экономическая характеристика автомобиля позволяет определять расход топлива в зависимости от скорости его движения. Она представляет собой график зависимости путевого расхода топлива от скорости автомобиля Qs = f(Va). Этот график характеризует топливную экономичность автомобиля при его движении с постоянной скоростью и позволяет определить расход топлива при известных значениях этой скорости V_a и суммарной мощности сопротивлений дороги N_y и воздуха N_w. Графики топливно-экономической характеристики автомобиля строим для его движения на двух высших передачах, с полной нагрузкой, для двух типов дорог. Расчет топливно-экономической характеристики ведем на основе тягового баланса автомобиля, функции зависимости удельного расхода топлива g_e= f(n_e)

Сначала рассчитываем часовой расход топлива по формуле:

, [кг/ч]

g_e – функция зависимости удельного расхода топлива от частоты вращения коленчатого вала двигателя, [г/кВт×ч] берем из таблицы 1;

Численные значения коэффициента K_u рассчитываем с помощью эмпирической формулы:

Коэффициент использования мощности двигателя U рассчитываем по следующей формуле:

,

Значения путевого расхода топлива определяем по выражению:

Полученные при расчетах топливно-экономической характеристики значения для двух высших передач и для двух типов дорожного покрытия заносим в таблицы 14.

Таблицы 14. Значения путевого расхода топлива автомобиля ГАЗ-3307 на 3,4 передачах при движении автомобиля по асфальтобетону

Источник

Топливно-экономическая характеристика автомобиля

Автомобиль эксплуатируется в различных условиях, отличающихся степенью использования мощности двигателя, частотой и интенсивностью разгонов, применением режима торможения двигателем и т.п. В соответствии с этим различают топливно-экономические характеристики установившегося движения, ускоренного движения (разгона), режима торможения двигателем, циклического движения и др.

Для анализа связи расхода топлива с условиями движения наиболее часто используют топливно-экономическую характеристику установившегося дви- жения автомобиля на дорогах с различной величиной коэффициента y. Это объясняется тем, что большую часть времени автомобиль движется со скоростью, близкой к постоянной – оптимальной по каким-либо параметрам для данных дорожных условий.

Слева семейство указанных кривых топливно-экономической ха-рактеристики ограничивается линией, соединяющей точки минимальных устойчивых скоростей движения автомобиля на данной передаче. Справа топливно-экономическая характеристика ограничивается кривой, соответствующей путевым расходам топлива при полном использовании мощности двигателя.

Чаще всего топливно-экономические характеристики строят для режимов движения автомобиля на высших передачах, но она может быть построена для каждой передачи в трансмиссии.

Первый способ – по нагрузочной характеристике двигателя, представ-ляющей собой графики зависимости часового расхода топлива G_т и удельного расхода топлива g_e от эффективной мощности двигателя (рис. 47). При наличии такой характеристики для рассматриваемого двигателя, установлен-

Третий способ определения g_e является аналитическим, использующим полученное по результатам статистического анализа большого числа топливно-экономических характеристик [ 2 ] соотношение

Ситуация значительно упрощается, если для данного двигателя имеются графики зависимостей k_И = f (И) и k_Е = f (Е), упрощенное представление о характере которых дает рис. 49.

Если таких графиков нет, рекомендуется определять k_E и k_И с помощью следующих аналитических выражений [ 2 ], хотя погрешность расчетов в этом случае может возрасти:

для всех типов двигателей

для бензиновых двигателей

для дизельных двигателей

определения величины удельного расхода топлива при различных степенях

использования мощности двигателя и разных приближениях к его w_р

Однако многочисленные расчеты с использованием указанных зависимостей показали, что удовлетворительные результаты получаются при теоретическом определении величин g_e только для бензиновых карбюраторных двигателей. В случае построения топливно-экономических характеристик с использованием полиномов (99) и (100) для современных автомобилей с бензиновыми двигателями, оснащенными топливной аппаратурой распреде-ленного впрыска, и особенно для автомобилей с дизельными двигателями, получаются результаты, заметно отличающиеся от реальных. У автомобилей с дизелями обычно получается принципиально ошибочный результат, приводящий к выводу о наибольшей экономичности режимов движения на низших передачах.

Авторами пособия совместно со специалистами по различным типам ДВС были проведены экспериментальные и теоретические исследования по изучению нагрузочных характеристик современных бензиновых и дизельных двигателей, результаты которых позволяют рекомендовать для расчетного определения величин k_И полиномы пятой степени, существенно повышающие точность расчетов и приближающие их результаты к результатам натурных испытаний.

Для автомобилей с дизельными двигателями это полином

Для автомобилей, оснащенных бензиновыми двигателями с распреде-ленным впрыском

Для автомобилей с бензиновыми карбюраторными двигателями

Источник