Методика построения топливно-экономической

   характеристики автомобиля

              

Как было отмечено ранее, топливно-экономическую характеристику строят прежде всего для тех передач трансмиссии, на которых автомобиль движется наибольшее время. Для грузового автомобиля такой является прямая передача в коробке передач, для легкового – прямая (или близкая к ней – у переднеприводных автомобилей) и ускоряющая (если она имеется). Один из перечисленных вариантов высшей передачи в трансмиссии необходимо выбрать для построения   первого семейства  кривых топливно-экономической характеристики автомобиля и соответственно определиться с ее передаточным числом. Далее порядок расчетов включает несколько перечисленных ниже последовательных этапов.

     1. Для построения первой кривой топливно-экономической характе- ристики задаемся минимально возможным коэффициентом сопротивления дороги   y₁ = f = const.

2. Задаемся несколькими значениями скорости движения автомобиля на выбранной высшей передаче (обычно 5-8 значений V_a).

3. Определяем для всех выбранных значений V_a  затраты мощности на преодоление сопротивления дороги Р _y = y ₁G_aV_a и затраты мощности на преодоление силы сопротивления воздуха Р_w = W _в V_a³.

4. Вычисляем соответствующие выбранным значениям V_a угловые ско-рости вращения коленчатого вала двигателя   w _е = V_a u _тр / r _к = V_a u _кп u _дк u _о /r _к.

     5. Вычисляем для каждого значения V_a мощность двигателя, потре- бовавшуюся для преодоления сопротивления дороги и сопротивления воздуха движению автомобиля, (см. п. 3.3) Р_е = (Р _y + Р_w) / h_тр.      

     6. Определяем величину g_e для каждой расчетной точки (для каждого значения V_a) одним из трех известных нам способов:

  • если имеется нагрузочная характеристика двигателя, т.е. зависимость g_e = f (P_e, w _e), находим с ее использованием g_ei для каждого значения Р_еi;

  • если имеется графическая зависимость g_e = f (И,w _е), то сначала по внешней скоростной характеристике двигателя определяем для всех расчетных значений w _е соответствующие им величины развиваемой двигателем мощности Р_е ^всх. Далее вычисляем степень использования мощности двигателя для каждой расчетной точки по формуле    И = Р_е / Р_е ^всх, а затем определяем   g_ei для каждого вычисленного значения   И _i при соответствующем значении w _еi;

  • если мы не располагаем необходимыми характеристиками, при-ходится вычислять g_e аналитическим путем с помощью формулы g_e = g_eрk _И k _E. Для этого сначала вычисляем g_eр = (1,05-1,10) g_e ^min, затем определяем  Е для всех расчетных точек из соотношения Е = w _е / w _р. Далее вычисляем степень использования мощности двигателя  И = Р_е / P_e ^всх,предварительно по внешней скоростной характеристике определив для всех расчетных значений w _е величины развиваемой двигателем мощности Р_е ^всх. С использованием выражений (98) и (99), (102), (103) для соответствующих бензиновых двигателей или (101) для дизельного двигателя для всех рассчитанных значений  Еи И  вычисляем k _Е и   k _И для каждой расчетной точки, подстановка которых в формулу (97) позволяет определить необходимые для построения первой кривой Q_s1 значения g_e.

     7. Вычисляем Q_s1 = g_e (P _y1 + P_w) / 36r_т V_a h_тр  для каждой расчетной точки и по полученным значениям строим первую кривую топливно-экономической характеристики автомобиля для режима движения при y ₁ = f = const.

8. Повторяем все этапы расчета при новых значениях y, в итоге получая семейство кривых топливно-экономической характеристики автомобиля       (см. рис. 46) при движении на одной из высших передач в трансмиссии.

9. При необходимости, проводим аналогичные вычисления и построения для режимов движения автомобиля на других передачах в коробке передач, при этом, как правило, диапазон изменения величины y на каждой передаче определяется диапазоном изменения на ней динамического фактора автомобиля.

      Пример.  Построить топливно-экономическую характеристику легкового автомобиля.

Исходные данные.

Полная масса автомобиля m_a = 2000 кг; u _o = 4, u _кп = 1; V_a ^min = 40 км/ч, V_a ^max = 160 км/ч;  

фактор обтекаемости W _в = 0,59 Н.с² / м²;

y ₁ = 0,015; y ₂ = 0,025; y ₃ = 0,04; y ₄ = 0,06; y ₅ = 0,074; y ₆ = 0,09;

y ₇ = 0,012 (1+ 0,0002 · V_a²) = f ¹ const.

g_e ^min = 252 г/кВт.ч; h_тр = 0,9.

График зависимости максимальной мощности двигателя Р_е ^всх от угловой скорости вращения коленчатого вала  w _е  представлен на рис. 50.

      Порядок действий.

       1. Сначала расчет ведем для y ₁ = 0,015.

       2. Задаемся семью значениями расчетных скоростей V_a движения автомобиля: 40, 60, 80, 100, 120, 140 и 160 км/ч (соответственно 11,2; 16,7; 22,3; 27,8; 33,4; 38,9 и 44,4 м/с в системе СИ).

       3. Определяем затраты мощности Р _{y 1}  и Р_w для всех выбранных значений V_a. Результаты расчетов сводим в табл. 17.

       4. Вычисляем угловые скорости коленчатого вала двигателя w _е для каждого значения V_a, результаты сводим в табл. 17.

       5. Вычисляем мощность двигателя Р_е1= (Р _{y 1} + Р_w) / h_тр, израсходованную на преодоление сопротивления дороги и сопротивления воздуха для каждого выбранного значения V_a.

       6. Ввиду отсутствия графиков g_e = f (Р_е, w _е) и g_e = f (И, w _е) определяем  g_e1 аналитическим путем.  Для  этого   сначала  вычисляем

                         g_eр = 1,1 g_e ^min = 1,1 · 252 = 277 г/кВт.ч.

      Далее определяем Е = w _е / w _р для всех   расчетных точек и заносим эти данные в табл. 17. Затем,  используя взаимное  расположение кривых            Р_е ^всх  и (Р _{y 1} + Р_w) / h_тр = Р_е1  на рис. 50, вычисляем степень использования мощности двигателя И = Р_е1 / Р_е^всх  и результаты также заносим в табл. 17.        С использованием выражений (98) и (99) и данных табл. 17 вычисляем коэффициенты k _Е и k _{И 1} и заносим полученные результаты в табл. 17. Подстановкой полученных значений  k _E  и  k _{И 1} в формулу g_e1 = g_ep k _Е k _{И 1} определяем значение удельного расхода топлива для каждого расчетного режима и заносим результаты в табл. 17.

        7. Вычисляем Q_s1 для каждой расчетной точки и строим первую кривую топливно-экономической характеристики для режима движения на прямой передаче при  y ₁ = 0,015.

       8. Повторяем все этапы расчета при новых значениях y. Результаты всех расчетов приведены в табл. 17.

                                                                                                                       

Таблица 17

Результаты расчетов топливно-экономической характеристики

Легкового автомобиля

Va, м/с	11,2	16,7	22,3	27,8	33,4	38,9	44,4
Р y 1, кВт	3,36	5,04	6,72	8,40	10,1	11,8	13,4
Рw, кВт	0,80	2,70	6,50	12,6	21,9	34,7	51,6
w е, с-1	135	202	270	338	405	473	537
Ре1, кВт	4,62	8,60	14,7	23,3	35,5	51,6	72,3
Е	0,270	0,404	0,541	0,676	0,81	0,946	1,07
И 1	0,154	0,204	0,277	0,370	0,507	0,688	0,977
kE	1,05	0,994	0,963	0,955	0,964	0,987	1,02
k И 1	2,208	1,946	1,626	1,318	1,034	0,899	0,999
ge1, г/кВт.ч	670,0	535,8	433,7	348,7	290,0	277,0	277,0
Qs1, л/100км	10,2	10,2	10,6	10,8	11,4	13,6	16,7
Р y 2, кВт	5,60	8,40	11,1	13,9	16,7	19,5	22,2
Ре2, кВт	7,10	12,3	19,5	29,4	42,9	60,2	82,0
И 2	0,237	0,293	0,368	0,467	0,604	0,803	-
k И 2	1,793	1,566	1,323	1,097	0,935	0,911	-
ge2 , г/кВт.ч	521,5	431,2	352,9	305,0	277,0	277,0	-
Qs2, л/100км	12,24	11,76	11,43	11,94	12,99	15,88	-
Р y 3, кВт	8,90	13,4	17,8	22,2	26,7	31,1	35,5
Ре3, кВт	10,8	17,8	27,0	39,8	54,0	73,1	96,8
И 3	0,360	0,424	0,509	0,629	0,771	0,975	-
k И 3	1,346	1,185	1,033	0,924	0,898	0,992	-
ge3, г/кВт.ч	370,0	326,3	300,0	277,0	277,0	277,0	-
Qs3, л/100км	13,21	12,88	13,45	14,69	16,59	19,28	-
Р y 4, кВт	13,4	20,04	26,8	33,4	40,1	46,7	-
Ре4  , кВт	15,8	25,3	37,0	51,1	68,9	90,4	-
И 4	0,527	0,602	0,698	0,811	0,984	-	-
k И 4	1,008	0,937	0,899	0,913	0,992	-	-
ge4, г/кВт.ч	293,2	256,0	252,0	252,0	264,9	-	-
Qs4, л/100км	15,3	14,4	15,5	17,2	20,2	-	-
Р y 5, кВт	16,6	24,7	33,0	41,1	49,4	-	-
Ре5, кВт	19,3	30,4	43,9	59,7	79,2	-	-
И 5	0,64	0,724	0,828	0,948	-	-	-
k И 5	0,916	0,896	0,922	0,976	-	-	-
ge5, г/кВт.ч	266,4	252,0	252,0	258,2	-	-	-
Qs5, л/100км	17,0	17,0	18,4	20,5	-	-	-

 

 

                                                                                                          Продолжение табл. 17

Va, м/с	11,2	16,7	22,3	27,8	33,4	38,9	44,4
Рw, кВт	0,80	2,70	6,50	12,6	21,9	34,7	51,6
w е, с-1	135	202	270	338	405	473	537
Е	0,270	0,404	0,541	0,676	0,810	0,946	1,07
k E	1,050	0,994	0,963	0,955	0,964	0,987	1,02
Р y 6, кВт	20,2	30,1	40,1	50,0	60,1	-	-
Ре6, кВт	23,3	36,4	51,8	69,6	91,1	-	-
И 6	0,777	0,867	0,977	-	-	-	-
k И 6	0,903	0,934	0,988	-	-	-	-
ge6, г/кВт.ч	262,6	257,2	263,5	-	-	-	-
Qs6, л/100км	20,2	20,8	22,7	-	-	-	-
y 7 = f	0,0123	0,0127	0,0132	0,0139	0,0147	0,0156	0,0167
Р y 7, кВт	2,76	4,24	5,89	7,23	9,82	12,14	14,83
Ре7, кВт	3,96	7,71	13,77	22,6	35,2	52,1	73,8
И7	0,132	0,184	0,260	0,359	0,503	0,695	0,997
k И7	2,337	2,047	1,694	1,345	1,046	0,899	0,999
ge7, г/кВт.ч	750,0	563,6	451,9	355,8	305,0	277,0	277,0
Qs7, л/100км	9,82	9,64	10,33	10,71	11,91	13,7	17,05

      Примечание: в табл.17 откорректированы значения g_e для семи расчетных точек по

  методу сохранения монотонности изменения указанного параметра (см. рис. 51).

Откорректированные величины имеют в таблице не более двух значащих цифр.

 

Рис. 50. Графики баланса максимальной мощности двигателя Р_е ^всх и затрат

его мощности Р_еi на преодоление суммарного сопротивления   при движении

автомобиляс различными скоростями V_a по дорогам с различным y

     По полученным расчетным данным путевого расхода Q_s  при движении автомобиля на прямой передаче в семи различных вариантах дорожного сопротивления строим его топливно-экономическую характеристику (рис. 52).

 

             Рис. 51. Графики коррекции             Рис. 52. Топливно-экономическая

                            величины g_e                                характеристика автомобиля

                                                                

    

      Задачи по материалам главы 3 для самостоятельного решения

 

      Задача 3.1. Определить контрольный расход топлива легковым автомобилем полной массой 1200 кг при скорости 90 км/ч. Максимальная мощность бензинового двигателя 45 кВт при угловой скорости коленчатого вала 586 с^-1, удельный расход топлива при максимальной мощности                g_eр = 280 г/кВт.ч. Коэффициенты скоростной характеристики двигателя:           а = 0,5; b = 2; с = 1,5. Параметры обтекаемости автомобиля: с_х = 0,43;          А_х = 2,1 м². Параметры трансмиссии: u _кп = 1; u _о = 4,1; h_тр = 0,92; r _д = 0,28 м. Коэффициент сопротивления качению f = 0,014.

       Задача 3.2. Определить контрольный расход топлива легковым автомобилем полной массой 2000 кг при скорости 90 км/ч, если коэффициент сопротивления качению f = 0,013, фактор обтекаемости 0,5 Н.с²/м², переда-точное число главной передачи   u _о = 3,9; u _кп = 1,0; h_тр = 0,91; r _д = 0,34 м. Внешняя скоростная характеристика бензинового двигателя приведена на    рис. 40, удельный расход топлива двигателем при максимальной мощности            277 г/кВт.ч.

        Задача 3.3. Легковой автомобиль разгоняется на прямой передаче с ускорением 0,5 м/с² со скорости 80 км/ч. Остальные условия аналогичны условиям задачи 3.2. Определить мгновенный расход топлива в л /100 км (коэф-фициент учета вращающихся масс d _j = 1,07).

        Задача 3.4. Определить путевой расход топлива грузовым автомобилем, который движется по длинному подъему с продольным углом 5^о с постоянной скоростью 36 км/ч. Полная масса автомобиля 16 т, фактор обтекаемости  W _в = 2,7 Н.с²/м², h_тр = 0,85. На указанном режиме работы удельный расход топлива двигателем g_e = 220 г/кВт.ч, плотность топлива 0,82 кг/л, коэффи-циент сопротивления качению f = 0,016.

       Задача 3.5. Автопоезд движется с постоянной скоростью 72 км/ч по дороге с суммарным коэффициентом сопротивления y = 0,022, расходуя в среднем 55 л/100км дизельного топлива. Удельный расход топлива его дизельным двигателем на этом режиме работы составляет 200 г/кВт.ч. Фактор обтекаемости автопоезда 2,9 Н.с²/м², КПД трансмиссии 0,83. Определить массу прицепа, если масса тягача 15 т.

       Задача 3.6. Какую скорость сможет развить легковой автомобиль при разгоне с ускорением 0,6 м/с² на дороге с коэффициентом y = f = 0,012, если максимальный расход бензина ограничен величиной 15 л/100 км? Полная масса автомобиля 1400 кг, коэффициент обтекаемости с_х = 0,35, площадь попереч-ного сечения кузова 2,1 м², КПД трансмиссии 0,93, удельный расход бензина двигателем на этом режиме 300 г/кВт.ч. Коэффициент учета вращающихся масс принять равным 1,05.

       Задача 3.7. Грузовой автомобиль полной массой 6200 кг везет полезный груз 4000 кг со скоростью 72 км/ч по дороге с коэффициентом сопротивления 0,03. Фактор обтекаемости 2,2 Н.с²/м², КПД трансмиссии 0,88. На этом режиме работы удельный расход дизельного топлива двигателем составляет          250 г/кВт.ч. Определить расход топлива на единицу полезной работы.