Уравнение расхода топлива автомобилем

Оценочные показатели

Топливная экономичность автомобиля определяется расходом топлива при выполнении им транспортной работы в различных условиях эксплуатации. Понятно, что чем меньше расход топлива, тем при прочих равных условиях экономичнее автомобиль.

Одним из основных обобщающих измерителей топливной экономичности в нашей стране и в большинстве других стран является расход топлива транспортным средством в литрах на 100 км пройденного пути – это так называемый путевой расход топлива Q_s, л/100 км. Путевой расход удобно использовать для оценки топливной экономичности близких по своим пере-возочным характеристикам автомобилей. Для оценки эффективности исполь-зования топлива при выполнении транспортной работы автомобилями различ-ной грузоподъемности (пассажировместимости) чаще применяют удельный показатель, который называют  расходом топлива на единицу транспортной работы Q_w. Этот показатель измеряется отношением фактического расхода топлива к выполненной транспортной работе по перевозке груза, которая определяется произведением массы перевезенного груза в тоннах на пройденный путь в км.

Таким образом, Q_w имеет размерность л/т.км. Если транспортная работа заключается в перевозке пассажиров, удельный расход Q_w  измеряется влитрах на пассажирокилометр (л/пас.км). Между Q_s  и Q_w такие соотношения:

          Q_w = Q_s / 100 m _г    или Q_w = Q_s / 100 П,                     (91)

где m _г – масса перевезенного груза, т (для грузовика); П – количество перевезенных пассажиров, пас. (для автобуса).

Топливная экономичность автомобиля в значительной степени определяется соответствующими показателями двигателя. Это прежде всего часовой расход топлива G _т кг/ч – масса топлива в килограммах, расходуемого двигателем за один час непрерывной работы, и удельный расход топлива     g_e  г/кВт.ч – масса топлива в граммах, расходуемого двигателем за один час работы на получение одного киловатта мощности

                                  g_e = 1000 G _т / P_e                                          (92)

Существуют и другие оценочные показатели топливной экономичности автомобилей. Например, контрольный расход топлива служит для косвенной оценки технического состояния автотранспортного средства. Его опреде-ляют при заданных значениях постоянной скорости (разных для различных категорий автомобилей) при движении по прямой горизонтальной дороге на высшей передаче.

     Все более широкое применение получают комплексные оценочные характеристики топливной экономичности по специальным ездовым циклам. Например, замер расхода топлива в магистральном ездовом цикле проводят для всех категорий автотранспортных средств (кроме городских автобусов) пробегом по измерительному участку с соблюдением режимов движения, заданных специальной схемой цикла, принятой международными норматив-ными документами. Аналогично производятся замеры расхода топлива в городском ездовом цикле, результаты которых позволяют точнее оценивать топливную экономичность различных автомобилей в городских условиях эксплуатации.

 

Уравнение расхода топлива автомобилем

Согласно определению (см. п. 3.1), путевой расход топлива автомобилем (л/100км) может быть записан в виде следующего соотношения:

                       Q_s = G / S / 100 = 100 G /S,                                  (93)

где  G – объем израсходованного в процессе транспортной работы топлива, л; S – пройденный автомобилем при совершении этой работы путь, км.

     Но объем израсходованного топлива можно представить как

                                            G = G _т t / r_т,

где  G _т – часовой расход топлива двигателем, кг/ч; t – время движения автомобиля и работы его двигателя, ч; r_т – плотность используемого топлива, кг/л (для бензинов r_т = 0,75 кг/л, для дизельных топлив r_т = 0,82 кг/л).

     Пройденный автомобилем во время совершения транспортной работы путь (в км) определяется хорошо известным выражением

                                               S = 3,6 V_a t,

где V_a – скорость движения автомобиля (средняя за маршрут), м/с.

     Подставив эти соотношения в исходную формулу (93), получим

                                      Q_s = 100 G _т / 3,6 r_т V_a.

Но из формулы (92) следует, что G _т = g_eP_e / 1000, поэтому можно записать выражение для Q_s в таком виде:

                Q_s = 100 g_e P_e / 3,6 · 1000 r_т V_a = g_e P_e / 36r_т V_a.               (94)

     Выражение (94) обычно называют уравнением расхода топлива. Его можно дополнительно раскрыть, используя ранее выведенное уравнение мощностного баланса автомобиля (70) и соотношение между тяговой мощностью Р _т и мощностью Р _к, подводимой от двигателя к ведущим колесам автомобиля (71). Действительно, так как Р _т = Р_f + Р _a + Р_w + P_j = P _к   r _к /r _д, можно записать, что

                      Р_е = Р_к / h_тр = (Р_f + P _a + P_w + P_j) r _д / r _к h_тр.

Если подставить полученное развернутое выражение для Р_е в исходное уравнение расхода топлива (94), получим его новую форму:

                       Q_s = g_e r _д (Р_f + P _a + P_w + P_j) / 36r_т V_a r _к h_тр.                 (94¢)

     Но  

  Р_f = G_a f V_a сosa, P _a = G_a V_a sina, P_w = 0,5 c_x r_в А_х V_a³ = W _в V_a³,                   P_j = m_a a_x d _j V_a (см. п. п. 1.7 и 1.10). Поэтому окончательно получим

                  g_e r _д (G_a f cosa + G_a sina + W _в V_a² + m_a a_x d _j) V_a  

    Q_s = ^{_________________________________________________________________}  =

                                           36 r_т V_a r _к h_тр

               = g_e r _д (y G_a + W _в V_a² + m_a a_x d _j) / 36 r_т r _к h_тр.                    (94¢¢)

 

     Поскольку Q_w = Q_s / 100 m_г, развернутое выражение для удельного расхода топлива на единицу транспортной работы с учетом (94¢¢) будет иметь вид

                g_e r _д (G_a f cos a + G_a sin a + W _в V_a² + m_a a_x d _j) V_a

    Q_w = ^{_______________________________________________________________}  =

                                                            3600 r_т V_a r _к m _г h_тр

 

              = g_e r _д(y G_a + W _в V_a² + m_a a_x d _j) / 3600 r_т r _к   m _г h_тр  .          (95)

         

     Полученные развернутые выражения для Q_s  и   Q_w позволяют провести анализ влияния различных факторов на топливную экономичность автомобиля. Во-первых, оба этих основных показателя зависят от конструктивных параметров автомобиля и его двигателя, в частности, от удельного расхода g_e  топлива двигателем, от КПД трансмиссии h_тр, от полной массы автомобиля  и массы вращающихся деталей (m_a, G_a, d _j), от совершенства аэродинамики автомобиля (W _в). Во-вторых, большое значение имеют и эксплуатационные факторы:   степень   буксования   ведущих   колес   (r _д /r _к),  коэффициент    сопро-

тивления дороги y, скорость движения автомобиля V_a, частота и интен-сивность разгонов (а_х). Для удельного показателя Q_w большое значение имеет масса перевозимого груза т _г, так как из формулы (95) следует, что чем лучше используется грузоподъемность автомобиля, тем меньше затрачивается топлива на единицу произведенной транспортной работы.

     Одно из определяющих влияний на топливную экономичность автомо-биля и себестоимость перевозок удельного расхода топлива двигателем g_e заставляет совершенствовать его конструкцию с целью снижения величины этого показателя. Лучшие современные бензиновые двигатели имеют             g_e ^min = 240 – 250 г/кВт.ч, лучшие дизельные двигатели достигли величины  g_e ^min = 180 – 200 г/кВт.ч.

     Постоянно стремление конструкторов уменьшать снаряженную массу автомобилей путем совершенствования конструкции их несущей части, широким внедрением более легких алюминиевых и пластмассовых деталей. Это прежде всего касается деталей кузова и кабины, колесных дисков, карданных валов и деталей подвесок.

     Все ведущие автостроительные фирмы проводят работы по совершен-ствованию аэродинамики автомобилей, так как повышенное сопротивление воздуха движению автомобиля увеличивает расход топлива, особенно при движении на магистральных дорогах. Уже есть конструкции грузовиков, у которых коэффициент обтекаемости с_х  составляет 0,4-0,5 (для сравнения, с_х грузовых автомобилей ЗИЛ-130 и КамАЗ-5510 достигает 0,8-0,95). Можно предположить, что, основываясь на выведенных уравнениях мощностного баланса и расхода топлива, уменьшение величины коэффициента обтекаемости автомобиля на 50% приведет к снижению путевого расхода топлива на 15-25%, что является весьма существенным достижением.

     Наконец, как уже было отмечено, большое значение имеют эксплуа- тационные факторы. Качественные и чистые дороги, обеспечивающие минимальное сопротивление движению автомобиля и минимальное проскаль- зывание (буксование) его колес, способствуют уменьшению расхода топлива и повышению экономичности перевозок. Квалифицированный водитель, стремящийся обеспечить движение без резких разгонов и торможений, с минимальным числом остановок, с максимальным применением высших передач в трансмиссии, создает условия (как это следует из выведенных уравнений для  Q_s и Q_w)для рационального использования топлива и повышения топливно-экономических показателей автомобиля.