Топливно-экономический расчет автомобиля

Целью топливно-экономического расчета является определение расхода топлива автомобилем на 100 км пути в зависимости от скорости и условий движения. Такими условиями могут быть: сопротивление дороги, нагрузка в кузове, передача в коробке передач и т.д.

Если известны развиваемая двигателем мощность, удельный часовой расход топлива при этой мощности и скорость движения автомобиля, то расход топлива на 100 км пути можно рассчитать следующим образом:

Q_S = ×100,

где Q_s – расход топлива в литрах на 100 километров; q_e – удельный часовой расход топлива, г/(кВт ч); V – скорость автомобиля, км/ч; r – плотность топлива (730 г/л – бензина; 860 г/л – дизтоплива летнего).

Расчет расхода топлива при разных скоростях движения начинается с опре­деления мощности двигателя, необходимой для движения автомобиля в рассматриваемых условиях. Делается это с помощью мощностного баланса автомобиля:

N_e = (N_f + N_в + N_h + N_j)× ,

где N_e – мощность двигателя, необходимая для движения автомобиля в рассматриваемых условиях; N_f – мощность сопротивления дороги; N_в мощность сопротивления воздуха; N_h – мощность сопротивления подъема; N_j – мощность, расходуемая на разгон автомобиля; h_тр – кпд трансмиссии автомобиля.

Мощностной баланс в развернутом виде, кВт:

N_e ,

где Р_Т – сила тяги на колесах автомобиля, Н; V – скорость автомобиля, м/с; G_a – полный вес автомобиля, Н; f – коэффициент сопротивления качению; a - угол подъема (спуска) дороги, град.; К – коэффициент сопротивления воздуха, Н∙ с²/м⁴; F – лобовая площадь автомобиля, м²;j– ускорение автомобиля, м/с²;g – ускорение исвободного падения, м/с²; d – коэффициент учета вращающихся масс автомобиля.

Чтобы определить мощность двигателя, нужно сумму мощностей сопротивления движению автомобиля разделить на кпд трансмиссии (в десятых долях). Умножив определенную таким образом мощность N_e на удельный часовой расход топ­лива, получаем расход топлива в час. Поделив часовой расход на скорость автомоби­ля и плотность топлива определяем расход топлива в литрах на один километр пути. Умножив на 100, находим расход на 100 км пути, который обычно приводится в характеристиках автомобилей:

Q_s = (N_e q_е / Vr)∙100 , (66)

где Q_s– расход топлива, л/100 км; N_e – рассчитанная по мощностному балансу мощность, кВт; q_е – удельный часовой расход топлива, г/кВт.ч; V – скорость автомобиля, км/ч; r – плотность топлива (720 г/л – для бензи­на, 830 г/л – для дизельного топлива).

Так как удельный часовой расход не остает­ся постоянным, для его нахождения необходимо удельный часовой расход при максимальной мощности q_eNmax умножить на коэффициент К_об, учитывающий влияние частоты вра­щения коленчатого вала и K_И, учитывающий влияние степени загрузки двигателя от максимальной мощности при оборотах, соответствующих рассматриваемой скорости:

q_е = q_eNmax × К_об × K_И , (67)

где q_eNmax – удельный часовой расход при максимальной мощности двигателя, берется из внешней скоростной характеристики двигателя или рассчитан путем увеличения минимального удельного часового расхода (290-310 г/кВт.ч – для бензинового двигателя 200- 240 г/кВт.ч – для дизеля) на 5-10 %.

На графике мощностного баланса автомобиля (рис. 79) показаны значения мощности двигателя на разных передачах в коробке передач.

При скорости V' на рис. 84 максимальная мощность на второй передаче – N_к2 ,на третьей передаче – N_к3, на четвертой передаче – N_к4. Мощность сопротивления при скорости V' обозначена N_C . Отношение мощности сопротивления N_C к максимальной мощности для рассматри ваемой передачи (например, для второй передачи – N_C /N_К2, для третьей –N_C /N_К3,: для четвертой – N_C /N_К4)есть степень использования мощности двигателя на этих передачах.

На рис. 85 приведена зависимость коэффициента K_И от степени использования мощности двигателя И в десятых долях от возможной максимальной мощности на рассматриваемой передаче.

Зависимость коэффициента К_об от отношения частотывращения коленчатого вала n' при рассматриваемой скорости движения к частоте n” при максимальной мощности двигателя показана на Рис. 84. Степень использования мощности рис. 86.

двигателя на разных передачах

Рис. 85. Зависимость коэффициента K_И Рис. 86. Зависимость коэффициента от степени использования мощности К_об от отношения частоты враще -

двигателя ния коленчатого вала n'/ n”

Численные значения коэффициентов К_об и К_N даны в табл. 10 и 11, 11а, где n _e - частота вращения коленчатого вала при движении автомобиля (зависит от скорости движения и включенной передачи в коробке передач); N_е- максимальная мощность двигателя при этой частоте (берется из внешней скоростной характеристики двигателя); N_с - мощность двигателя, необходимая для движения автомобиля в рассматриваемых условиях; n _е - частота вращения коленчатого вала при максимальной мощности двигателя.

Таблица 10

n_e / n_N 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 0,9 1,0 1,2

К_об 1,16 1 1,01 1,04 1,0 0,97 0,96 0,96 0,97 1,0 1,15

К_об - для бензиновх (карбюраторных и с впрыском) двигателей и дизелей.

Таблица 11

Таблица 11а

N_с / N_е 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

К_{И бенз} 2,7 1,8 1,5 1,25 1,15 1,0 0,8 0,8 0,9 1,0

К_{И диз} 1,35 1,2 1,15 1,0 0,8 0,7 0,6 4 0,6 0,7 0, 4

Коэффициенты × К_об и К_N, кроме того, могут быть рассчитаны по следующим выражениям:

К_об = 1,25 - 0,99 (n_е/n _N) + 0,98 (n _e/n_N)² - 0,24 (n _e/n _N)³ - для бензиновх двигателей и дизелей;

К_N = 3,27 - 8,22 (N_с/N_e) + 9,13 (N _e/N _e)² - 3,18 (N _с/N _e)³ - для бензиновых двигателей, если N_с / N_e = 0,1…1;

К_N = 1,2 + 0,14 (N _с/N_e ) – 1,8 (N_с/N_e)² + 1,46 (N_с /N_e)³ - для дизелей.

Определив по мощностному балансу необходимую для движения автомобиля мощность двигателя и умножив её на вычисленный удельный часовой расход, получим часовой расход топлива:

Q_t = N_e × q _e,

где Q_t – часовой расход топлива, л/ч.

Далее, поделив часовой расход на скорость автомобиля V и плотность топлива r, умножив на 100, найдем расход Q_s на 100 км пути:

Q_s = (Q _t/V ×r )×100 л /1оо км . (68)

Определенный по этому выражению расход топлива на разных передачах в коробке передач в зависимости от скорости автомобиля показан на рис. 87.

Рис. 87. Топливно-экономическая характеристика автомобилей ВАЗ-2101 и ЗИЛ-130 при различных передачах в коробках передач

На низших передачах расход значительно больше. Например, если принять расход топлива на четвертой передаче в коробке передач автомобиля ВАЗ-2101 за 100 %, то на третьей передаче расход будет на 12 % больше, на второй предаче больше на 70 %, а на первой передаче больше в три раза.

Чтобы определить расход топлива на дороге сложного профиля, где имеются подъемы, спуски, горизонтальные участки, дорога разбивается на отдельные участки с одинаковыми сопротивлениями, для каждого из которых расход определяется отдельно, а потом полученные расходы складываются.

Необходимое количество тепла для движения автомобиля может быть найдено следующим образом. Теплотворная способность моторного топлива в среднем равна 46054 кдж/кг или 11000 ккал/кг. 1 кВт мщности соответствует тепловой энергии 1 кдж/с или 0,239 ккал/с.

Удельный часовой расход топлива при пересчете в тепло составляет: бензиновый двигатель (290…310 г/кВт×ч) – 12…15 Мдж/кВт×ч или 2100…2500 ккал/ч; дизель (200…240 г/кВт×ч) – 8,5…12 Мдж/кВт×ч или 1500…2100 ккал/ч. Эффективный кпд бензинового двигателя равен 0,22…0,3, дизеля – 0,3…038, т.е. тепла требуется в коробке передач

Расход топлива на автомобиле с г и д р о т р а н с ф о р м а т о р о м можно рассчитать, если известна, например, зависимость часового расхода топлива при различной величине открытия дроссельной заслонки карбюратора и величине крутящего момента двигателя от частоты вращения коленчатого вала двигателя (рис. 88, 89).

Значения крутящих моментов при этом берутся из входной характеристики гидротрансформатора для таких же углов открытия дроссельной заслонки, что и при определении часового расхода топлива.

Построив на выходной характеристике гидротрансформатора кривые изменения крутящего момента на турбинном валу и момента сопротивления движению автомобиля, приведенного к турбинному валу, по пересечениям этих кривых находим частоту вращения коленчатого вала (рис. 82). Далее по этой частоте определяем часовой расход топлива, скорость автомобиля и строим график зависимости расхода топлива на 100 км пути от скорости

.

Рис. 88.Выходная характеристика Рис. 89.Входная характеристика

гидротрансформатора гидротрансформатора