3. Топливная экономичность

В качестве измерителя топливной экономичности автомобиля обычно берется расход топлива в килограммах или литрах на 100 км пути. Расход топлива на единицу пройденного пути существенно зависит от экономичности установленного на автомобиле двигателя, от режимов движения и дорожных условий.

Экономичность двигателя характеризуется семейством нагрузочных характеристик. Пример семейства нагрузочных характеристик двигателя легкового автомобиля максимальной мощности 54,1 кВт при частоте вращения коленчатого вала n_N = 5470 об/мин, представлен на рис. 15. По оси абсцисс отложены в выбранном масштабе обороты коленчатого вала двигателя, а по оси ординат – часовые расходы топлива для различных нагрузок двигателя. Режим, при котором нагрузка равна нулю, соответствует работе двигателя на холостом ходу.

В общем случае движения автомобиля можно выделить следующие режимы: установившееся движение, разгон, замедление, торможение.

3.1. Топливная экономичность установившегося движения

Основным критерием для оценки топливной экономичности автомобиля при установившихся режимах его работы служит величина расхода на 100 км пути при постоянной скорости движения автомобиля.

Порядок расчета топливной экономичности автомобиля следующий. Зная скорость установившегося движения автомобиля V, определяют частоту вращения вала двигателя и мощность, необходимую для преодоления сил сопротивления движению на данной скорости.

Частоту вращения коленчатого вала двигателя определяют по формуле:

об/мин, (34)

При движении с установившейся скоростью мощность, подводимая от двигателя к ведущим колесам, расходуется на преодоление силы сопротивления качению колес и силы сопротивления воздуха. Тогда, мощность двигателя, необходимая для установившегося движения по горизонтальной дороге со скоростью V, определяется по формуле:

кВт, (35)

Зная , и имея частичные скоростные характеристики для различных нагрузок, можно определить часовой расход топлива двигателя. Для этого из точки (рис. 15) проводят прямую линию, параллельную оси ординат, до пересечения ее с кривой соответствующей мощности. Из этой точки проводят горизонтальную прямую до пересеченья с осью ординат и определяют часовой расход топлива .

Рис. 15. Семейство скоростных характеристик автомобиля УЗАМ-331.10

Найденное значение позволяет определить расход топлива на 100 км пути по формуле:

,

где – плотность топлива, кг/л; V – скорость автомобиля, м/с.

Пример 4. Для автомобиля, рассмотренного в примере 3, построить топливные характеристики установившегося движения на прямой и ускоряющей передачах. В качестве семейства нагрузочных характеристик использовать экспериментальные графические зависимости двигателя УЗАМ-331.10 (рабочий объем двигателя 1,48 л), изображенные на рис. 15. Плотность топлива = 0,735 кг/л.

Построим топливные характеристики для диапазона скоростей от 8,33 м/с до 38,89 м/с, т.е. от 30 км/ч до 140 км/ч. Зададимся шагом варьирования скоростей равным 2,778 м/с, что соответствует 10 км/ч.

Расчет топливной характеристики установившегося движения на прямой передаче:

V = 30 км/ч = 8,33 м/с;

= 1047,82 об/мин;

= 2,313 кВт.

По семейству нагрузочных характеристик приближенно находим

Q_v = 1,15 кг/ч.

Тогда расход топлива при движении со скоростью 8,33 м/с на 100 км пути:

= 5,212 л/100 км.

Увеличиваем установившуюся скорость движения на 10 км/ч и повторяем процесс расчета, т. е.:

V = (30 + 10) км/ч = 11,11 м/с;

= 1397,09 об/мин;

= 3,457 кВт;

Q_v = 1,53 кг/ч;

= 3,999 л/100 км и т. д.

Далее расчеты проводятся аналогичным образом. Результаты расчета топливной характеристики установившегося движения на прямой передаче представлены в табл. 13, а на ускоряющей – в табл. 14.

Для более наглядного представления зависимостей расхода топлива на 100 км пути от скорости установившегося движения результаты расчета оформлены в виде графиков (рис. 16).

В случае отсутствия экспериментальных данных (семейства скоростных характеристик, для определения расхода топлива двигателем можно использовать приближенный метод.

Таблица 13 – Топливная характеристика установившегося движения автомобиля на прямой передаче

Скорость м/с	Обороты об/мин	Мощность кВт	Расход топлива л/100 км
8,33 11,11 13,89 16,67 19,44 22,22 25,00 27,78 30,56 33,33 36,11 38,89	1047,82 1397,09 1746,36 2095,64 2444,91 2794,18 3143,56 3492,72 3842,00 4191,27 4540,54 4889,81	2,313 3,457 4,788 6,575 8,799 11,463 14,596 18,275 22,534 27,594 33,190 39,554	5,212 3,999 4,782 5,029 5,446 5,994 6,750 7,608 8,495 9,208 9,744 11,519

Таблица 14 – Топливная характеристика установившегося движения автомобиля на ускоряющей передаче

Скорость м/с	Обороты об/мин	Мощность кВт	Расход топлива л/100 км
8,33 11,11 13,89 16,67 19,44 22,22 25,00 27,78 30,56 33,33 36,11 38,89	848,73 1131,64 1414,55 1697,46 1980,37 2263,29 2546,19 2829,11 3112,02 3394,93 3677,84 3960,75	2,352 3,577 5,056 6,881 9,135 11,861 15,104 18,856 23,206 28,343 34,026 40,522	5,459 4,683 4,245 4,827 5,287 5,719 6,246 6,848 7,458 8,419 9,414 11,023

Известно, что удельный расход топлива

,

где – часовой расход топлива, в кг/ч, является величиной переменной, зависящей от скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя.

Удельный расход топлива, с учетом режима работы двигателя, определяют по формуле:

,

где – удельный расход топлива при максимальной мощности двигателя в г/(кВт*ч); – коэффициенты, учитывающие влияние на удельный расход топлива скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя соответственно.

Рис. 16. Зависимости расхода топлива на 100 км пути от скорости установившегося движения (1 – прямая передача, 2 – ускоряющая передача)

Величины коэффициентов определяют по графикам (рис. 17 и 18) следующим образом:

1. По формуле (34) определяют частоту вращения коленчатого вала двигателя n_v при заданной скорости V.

2. Находят отношение n_v/n_N и по графику, изображенному на рис. 17, определяют значение К_n.

3. По формуле (35) определяют мощность двигателя, требуемую для движения автомобиля с заданной установившейся скоростью V.

4. По внешней скоростной характеристике определяют мощность двигателя при n_e = n_v, равную N_e.

Рис. 17. Зависимость коэффициента K_n от отношения n_v/n_N для