3 Расчет топливной экономичности

Алгоритм расчета

1. Исходные данные

2. Аппроксимирующая функция: G_т=a_аω_е²+b_аω_е+c_а

3. Коэффициенты зависимости: а_Qc=a_aU_т²/3600r_к², b_Qc=b_QU_т/3600r_к, c_Qc=c_a/3600

4. Расход топлива при заданных V=const и времени τ: Q_o=Q_ocτ – при полной подаче топлива; Q_н=Q_ock_Q – при неполной подаче топлива, где k_Q=a_нИ²+b_нИ+с_н, И=(G_a(f_o+k_fV)cosα+ G_asinα+k_вFV²)/(AV²+BV+C)

5. Расход топлива на участке длиной S_p при разгоне в течении τ_р Q_o=a_Qcm_aδ_вр((V_к-V_н)/a-b*ln|(aV_k²+bV_k²+c)/(aV_н²+bV_н²+c)|/(2a²)+τ_p(c_Qc+ a_Qc(b²+2ac)/2a²)+ b_QcS_p.

Расчет:

Таблица 25 – Исходные данные:

ρб, кг/лд	Uт4	rk, м	kв	F,м2	Ψ	f0	kf	а4	b4	C4
0,75	3,9	0,31	0,275	3,5	0,011	0,011	7*10-6	-1,727	27,582	921,45
A4	B4	C4	δвр4	Ga	ma	ηт	Nmax,кВт	nN, мин-1
-0,76	27,7	1186,05	1,033	17658	1800	0,88	58,4	4600

ρ_б –плотность топлива, взято рекомендуемое значение для бензина, [1];

U_т3 - передаточное число третьей передачи, на которой проводится расчет, взято для пяти ступенчатой МКПП автомобиля Nissan Micra [2];

r_k - кинематический радиус качения колеса для шин легкового автомобиля с посадочным диаметром 15, [1];

k_в – коэффициент обтекаемости, вычисляется по следующей формуле: k_в=0,61C_x, [1], где С_х - аэродинамический коэффициент, взят для автомобиля Nissan Micra [2];

F – площадь миделевого сечения автомобиля, вычисляемый по формуле: F=0,8ШВ, [1], где Ш – ширина автомобиля , В – высота автомобиля, взятые для Nissan Micra [2];

Ψ – суммарный коэффициент сопротивления дороги, рассчитываемый по формуле: Ψ = f+i = 0,01+5*10^-6 V_max, [1];

f₀ – коэффициент сопротивления качению при малой скорости, взят для асфальтобетонного шоссе в хорошем состоянии, [1];

k_f – взято рекомендуемое значение, равное 7*10^-6, [1];

a₄, b₄, c₄, C₄, B₄, A₄ – коэффициенты дифференциальных уравнений движения автомобиля, взяты из расчета тягово-скоростных свойств автомобиля, для третьей передачи, на которой замеряются параметры топливной экономичности, [Табл.3];

δ_вр4 – коэффициент вращающихся масс на третьей передаче, взят из расчета тягово-скоростных свойств автомобиля, для третьей передачи, на которой замеряются параметры топливной экономичности, [Табл.4];

G_a – вес автомобиля, вычисляемый по формуле: G_a = m_ag, [4], где m_a – масса автомобиля, взята для Nissan Micra [2]; g – ускорение свободного падения, [3];

m_a - полная масса автомобиля, взята для Nissan Micra [2];

N_max - максимальная мощность, взята для двигателя Nissan Micra [2];

η_т – среднее значение КПД МКПП, при работе двигателя с полной подачей топлива для легкового автомобиля , [1];

n_N – обороты двигателя при максимальной мощности, взята для двигателя Nissan Micra [2];

Расчет проводится на четвертои передаче :

При скоростях:

А) V=25м/с;

Б) V=33,33м/с,;

1. Коэффициент использования мощности двигателя находится по формуле:

И=(G_a(f_o+k_fV)cosα+ G_asinα+k_вFV²)/(A₃V²+B₃V+C₃)

А) α=0, т.к дорога строго горизонтальная, без уклонов

И=(17658*(0,015+7*10^-6*25)+0,3*3,5*25²)/(-0,7645*25²+27,7*25+1186,05) = 0,6598

Б)И=(17658*(0,015+7*10^-6*33,33)+0,3*3,5*33,33²)/(-0,7645*33,33² + 27,7* 33,33 +1186,05) = 1,139

2. Удельный расход топлива g_e

g_e= g_Nk_чk_n,

где g_N = 1,1 g_emin, [1,c.92]; g_emin=280 г/кВт*ч – для бензиновых двигателей

k_ч = f(n/n_n) – коэффициент, учитывающий зависимость g_e=f(n)

k_n = f(N) – коэффициент, учитывающий зависимость g_e=f(N)

g_N = 1,1*280 = 308 г/кВт*ч

А) n₄=VU_т4/0,105r_к = 25*3,9/0,105*0,31 = 2995мин^-1

n₃/n_N = 2995/4600 = 0,65

k_ч = 0,94, k_n = 1,3 , [1,рис.61]

g_e = 308*0,94*1,3 = 376г/кВт*ч

Б) n₄=VU_т4/0,105r_к = 33.33*3,9/0,105*0,31 = 3993 мин^-1

n₄/n_N =3993 /4600 = 0,86

k_ч = 0,94, k_n = 1,1 , [1,рис.61]

g_e = 308*0,94*1,1= 318г/кВт*ч

3. Путевой расход топлива Q_s

Q_s= g_e(N_д+N_в)/(36Vρ_б η_т),

Где N_д = G_aψV/1000 – мощность, затрачиваемая на преодоление сопротивления дороги,

N_в = k_вFV³/1000 – мощность, затрачиваемая на преодоление сопр. воздуха

А) N_д = 17658*0,015*25/1000 =4,86 кВт

N_в = 0,3*3,5*25³/1000 =16,4 кВт

Q_s = 376*(4,86+16,4)/(36*25*0,75*0,88) = 13,46л/100км

Б) N_д =17658 *0,015*33,33/1000 = 6,47 кВт

N_в = 0,3 *3,5*33,33³/1000 = 38,87 кВт

Q_s = 318*(6,47+38,87)/(36*33,33*0,75*0,88) = 18,2 л/100км.

4. Аппроксимирующая функция

G_т=a_аω_е²+b_аω_е+c_а,

где G_т – часовой расход топлива

ω_е = 0,105n – угловая скорость коленвала

G_тN = g_eN_max/1000 – часовой расход топлива при максимальной мощности

А) G_т = 709,6*0,105*10^-4*300*3616/1000 = 8,08 кг/ч

G_тN = 376*58,4/1000 = 21,9 кг/ч

ω_е = 0,105*4600 = 483 рад/с

a_а = - G_тN*30²/n_N²*π² = -7,8*10⁴

h_Q = - G_тN*30/n_N*π = -0,04

С_Q = G_тN = 23,4

G_т = -7,8*10⁴* ω_е² – 0,04* ω_е +23,4

Б) G_т = 318*0,105*10^-4*300*4817/1000 = 12 кг/ч

G_тN = 318*58,4/1000 = 24,17 кг/ч

ω_е = 0,105*4817 = 505,8 рад/с

a_а = - G_тN*30²/n_N²*π² = -8,16*10⁴

h_Q = - G_тN*30/n_N*π = -0,045

С_Q = G_тN = 24,17

G_т = -8,16*10⁴* ω_е² – 0,045* ω_е +24,17

5. Расход топлива на участке длиной S_p при разгоне в течении τ_р

Q₃=a_Qcm_aδ_вр((V_к-V_н)/a-b*ln|(aV_k²+bV_k²+c)/(aV_н²+bV_н²+c)|/(2a²)+τ_p(c_Qc+ a_Qc(b²+2ac)/2a²)+b_QcS_p,

Где a_Qc = a_Q*U_т²/3600*r_к

b_Qc = b_Q*U_т/3600*r_к

c_Qc = c_Q/3600

τ_p = τ_p1+ τ_p2 + τ_p3+ τ_p4= 1,913 + 2,040 + 4,139= 8,09 с (данные расчета тягово- скоростных свойств)

S_p= S_p + S_p + S_p = 19,837 + 24,485 + 71,629 = 115,95 м (данные расчета тягово-скоростных свойств)

Считаем разгон с 0 км/ч, V_н = 0 м/с, V_н = 25 м/с, V_н = 33,33 м/с

А) a_Qc = a_Q*U₃²/3600*r_к = -2,3*10^-5

b_Qc = b_Q*U₃/3600*r_к = -1,1*10^-3

c_Qc = c_Q/3600 = 0,047

Q₀₃ = -2,3*10^-5*1800*1,03282(25/(-4,07)-124,34/(2*-4,07²) ln|(-4,07*25 + 124,34*25² + 3078)/3078| = 0,34кг

Б) a_Qc = a_Q*U₃²/3600*r_к = -2,1*10^-5

b_Qc = b_Q*U₃/3600*r_к = -1,1*10^-3

c_Qc = c_Q/3600 = 0,045

Q₀₃ = -2,6*10^-5*13750*1,036(33,33/(-4,07)-124,34/(2*-4,07²) ln|(-4,07 * 33,33 + 124,34*33,33²+3078)/3078| = 0,39кг

6. Секундный расход топлива Q_c

Q_0c = a_QcV_н² + b_QcV_н² + c_Qc – секундный расход топлива при V = const,

Q₀ = Q_0cτ – при полной подаче топлива

Q₃ = Q_0cк_Q – при неполной подаче топлива

к_Q = a_nИ²+b_nИ²+c_n,

где a_n = 0,32 , [1,с.91]

b_n = 0,41, [1,с.91]

c_n = 0,16, [1,с.91]

А) Q_0c = -2,7*10^-5*25² – 1,1*10^-3*25 + 0,047 = 0,0018кг/с

Q₀ = 0,0026*10,6 = 0,015 кг

Q₄ = 0,024*(0,36*0,056² + 0,44*0,056 + 0,2) = 4,3*10^-3 кг

Б) Q_0c = -2,6*10^-5*33,33² – 1,1*10^-3*33,33 + 0,045 = 0,0026 кг/с

Q₀ = 0,0034*10,6 = 0,022 кг

Q₄ = 0,031*(0,36*0,098² + 0,44*0,098 + 0,2) = 5,7*10^-3 кг

Таблица 26 – Сводная таблица расчетов

	И, %	ge, г/кВт*Ч	Qs, л/100км	Q03кг	Q0c, кг	Q0, кг	Q4, кг
V=25,м/с	6,5	376	13,46	0,34	0,0018	0,015	4,3*10-3
V=33,33,м/с	11,3	318	18,2	0,39	0,0026	0,022	5,7*10-3