Топливно-экономическая характеристика автомобиля

Автомобиль эксплуатируется в различных условиях, отличающихся степенью использования мощности двигателя, частотой и интенсивностью разгонов, применением режима торможения двигателем и т.п. В соответствии с этим различают топливно-экономические характеристики установившегося движения, ускоренного движения (разгона), режима торможения двигателем, циклического движения и др.

Для анализа связи расхода топлива с условиями движения наиболее часто используют топливно-экономическую характеристику установившегося дви- жения автомобиля на дорогах с различной величиной коэффициента y. Это объясняется тем, что большую часть времени автомобиль движется со скоростью, близкой к постоянной – оптимальной по каким-либо параметрам для данных дорожных условий.

Таким образом, топливно-экономическая характеристика установивше-гося движения – это зависимость путевого расхода Q_s от скорости движения автомобиля и сопротивления дороги [т.е. Q_s = f (V_a, y)] при условии, что         V_a = const, a_x = 0,  и при отсутствии буксования колес (т.е. r _к = r _д). В соответ-ствии с этим для рассматриваемого расчетного случая выражение (94¢) для  Q_s  принимает вид

                       Q_s = g_e (P_y + P_w) / 36 r_т V_a h_тр.                            (96)

На рис. 46 показана типичная топливно-экономическая характеристика для движения автомобиля на одной из передач при различных значениях коэффициента сопротивления дороги y. У автомобилей с бензиновыми двигателями кривые Q_s= f (V_a)  для каждого заданного y имеют свой мини-мум, при этом скорости, при кото-рых расход Q_s минимальный, уменьшаются с ростом y. Для автомобилей с дизельными двигателями Q_s  растет, как правило, во всем диапазоне увеличения скорости движения. 

      Слева семейство указанных  кривых топливно-экономической ха-рактеристики ограничивается линией, соединяющей точки  минимальных устойчивых скоростей движения автомобиля на данной передаче. Справа топливно-экономическая характеристика ограничивается кривой, соответствующей путевым расходам топлива при полном использовании мощности двигателя.

                                                                    Чаще всего топливно-экономические характеристики строят для режимов движения автомобиля на высших передачах, но она может быть  построена для каждой передачи  в трансмиссии. 

При необходимости получения высокоточных топливно-экономических характеристик их обычно строят по результатам дорожных или стендовых испытаний автомобиля, но возможен также и расчетный путь. Главной сложностью при расчетах таких характеристик является определение для каждой расчетной точки входящей в формулу (96) величины g_e  удельного расхода топлива двигателем автомобиля на рассматриваемом режиме (определение величин Р _y и Р_w при заданных скоростях движения V_a, принятых значениях y и известных конструктивных параметрах автомобиля G_a, h_тр и W _в после изучения материалов первой и второй глав этой книги особой сложности представлять не должно).

В общем случае, величину удельного расхода топлива g_e = f (P_e, w _e) можно определять тремя различными способами.

Первый способ – по нагрузочной характеристике двигателя, представ-ляющей собой графики зависимости часового расхода топлива G _т и удельного расхода топлива g_e от эффективной мощности двигателя (рис. 47). При наличии такой характеристики для рассматриваемого двигателя, установлен-

ного на автомобиль,  задача сводится к нахождению на графике величин g_е, соответствующих расчетным значениям развиваемой двигателем мощности    Р_е = (Р _y + Р_w) / h_тр и угловой скорости вращения его коленчатого вала w _е = V_a u _тр /r _к. Но указанные характеристики не всегда имеются в распоряжении расчетчиков.

      Второй способ определения величины g_e  возможен, если мы располагаем зависимостью удельного расхода топлива от степени использования (И) мощности двигателя, т.е. графиком     g_e = f (И, w _е ). При этом степень использования мощности двигателя для каждой расчетной точки топливно-экономической характе                                                                  ристики  определяется  из  соотношения

                            

     И = (Р _y + Р_w) / Р_е ^всхh_тр,

т.е. эта величинапредставляет собой отношение мощностей на преодоление сопротивления дороги, сопротивления воздуха и потерь в трансмиссии к мощности двигателя Р_е ^всх, которую он мог бы развить при движении автомо-биля с расчетной скоростью  V_а  и соответствующей угловой скоростью вращения коленчатого вала двигателя  w _е = V_a u _тр / r _к при режиме полной подачи топлива. Вид характеристики двигателя типа    g_е = f (И, w _е) показан на рис. 48.

 

       Третий способ определения g_e является аналитическим, использующим полученное по  результатам статистического анализа   большого  числа топливно-экономических характеристик [ 2 ] соотношение      

                                                  g_e = g_ер k _И  k _Е ,                                          (97)

где g_eр – удельный расход топлива двигателем при максимальной мощности,    g_eр = (1,05 ¸ 1,10) g_e ^min;   k _И – коэффициент, учитывающий влияние степени использования мощности двигателя, k _И = f (И); k _Е – коэффициент, учиты-вающий влияние степени приближения угловой скорости расчетного режима  w _е=V_a u _тр /r _к к угловой скорости при максимальной мощности w_р;    k _Е = f (E), где Е = w _е / w _р.

б)

а)  а)

     Ситуация значительно упрощается, если для данного двигателя имеются графики зависимостей k _И  = f (И) и k _Е = f (Е), упрощенное представление о характере которых дает рис. 49.

       Если таких графиков нет,  рекомендуется определять k _E  и k _И с помощью следующих аналитических выражений [ 2 ], хотя погрешность расчетов в этом случае может возрасти:

 

для всех типов двигателей

                 k _E = 1,25 – 0,99E + 0,98E ² – 0,24E ³,                               (98)

для бензиновых двигателей

                 k _И = 3,27 – 8,22И + 9,13И ² – 3,18И ³,                         (99)

для дизельных двигателей

                  k _И = 1,2 + 0,14И – 1,8И ² + 1,46И ³.                              (100) 

Рис. 49. Графики зависимостей  k _Е = f (Е) (а) и k _И = f (И) (б) для

определения величины удельного расхода топлива при различных степенях

использования мощности двигателя и разных приближениях к его w_р

 

 

Однако многочисленные расчеты с использованием указанных зависимостей показали, что удовлетворительные результаты получаются при теоретическом определении величин g_e только для бензиновых карбюраторных двигателей. В случае построения топливно-экономических характеристик с использованием полиномов (99) и (100) для современных автомобилей с бензиновыми двигателями, оснащенными топливной аппаратурой распреде-ленного впрыска, и особенно для автомобилей с дизельными двигателями, получаются результаты, заметно отличающиеся от реальных. У автомобилей с дизелями обычно получается принципиально ошибочный результат, приводящий к выводу о наибольшей экономичности режимов движения на низших передачах.

Авторами пособия совместно со специалистами по различным типам ДВС были проведены экспериментальные и теоретические исследования по изучению нагрузочных характеристик современных бензиновых и дизельных двигателей, результаты которых позволяют рекомендовать для расчетного определения величин k _И полиномы пятой степени, существенно повышающие точность расчетов и приближающие их результаты к результатам натурных испытаний.

Для автомобилей с дизельными двигателями это полином

k _И = 3,52 – 17,24 И + 44,85 И ² – 55,28 И ³ + 31,23 И ⁴ – 6,08 И ⁵.    (101)

Для автомобилей, оснащенных бензиновыми двигателями с распреде-ленным впрыском

k _И = 4,32 – 24,21 И + 71,87 И ² – 107,21 И ³ + 78,73 И ⁴ – 22,5 И ⁵.  (102)

Для автомобилей с бензиновыми карбюраторными двигателями

k _И = 4,68 – 22,41 И + 56,97 И ² – 74,96 И ³ + 49,75 И ⁴ – 13,03 И ⁵. (103)