книги из ГПНТБ / Артамонов, М. Д. Основы теории и конструкции автомобиля учебник

где рт — плотность топлива в кг/л;

t — время, соответствующее расходу Q [формула (166)] или

Решив совместно уравнения (165) и (167), определим значение расхода топлива в л на 100 км пробега

8е^Те

7п (168)

36ртУ'

Согласно ГОСТу, дорожные испытания автомобиля на топлив­ ную экономичность проводят на горизонтальном прямолинейном

В)

Рпс. 64. Определение топливной экономичности автомобпля:

а — схема замера расхода топлива; б — топливно-экономическая ха­

участке дороги с твердым и ровным покрытием длиной 1 км. Авто­ мобиль с полной нагрузкой разгоняют за пределами мерного участка до определенной постоянной скорости. В момент пересе­ чения автомобилем первой границы мерного участка включают секундомер и переводят трехходовой кран 4 (рис. 64, а) из поло­ жения I в положение III, при котором топливо в карбюратор 3 поступает не из топливного бака 1 автомобиля, а из мерного бачка 5, снабженного стеклянной трубкой и шкалой. Бачок включен

150

б топливную магистраль между карбюратором 3 и топливным насо­

сом 2. Когда автомобиль пересекает вторую границу участка, секун­ домер останавливают, а кран 4 возвращают в положение I, чтобы отключить мерный бачок. По разности уровней в бачке до и после замера определяют расход топлива за время движения по мерному участку. Установив край в положение II, восстанавливают исход­ ный уровень топлива в бачке 5, после чего повторяют заезд с той же скоростью в обратном направлении.

Определив средние значения удельного «путевого» расхода топлива дп и скорости v, получают зависимость qn — / (v) при данном значении коэффициента сопротивления дороги.

Повторив испытания на участ­ ках дороги с другими значениями коэффициента ф, строят топливно-

экономическую характеристику автомобиля, т. е. график зависи­ мости удельного путевого расхода топлива qn от скорости автомо­ биля v и коэффициента сопротив­ ления дороги ф (рис. 64, б). Этот график характеризует топливную экономичность автомобиля при его равномерном движении и позво­ ляет определить расход топлива по известным величинам да и v. Каж­ дая кривая графика имеет две характерные точки. Одна из них определяет минимальный расход топлива при движении по дороге с данным значением коэффициента

сопротивления дороги (например, g(nin при фД. Скорость, соответствующую этому расходу (например, пЭк), называют экономи­ ческой. Другая же (конечная) точка кривой определяет расход топ­ лива при полной нагрузке двигателя, что соответствует скорости движения, максимально возможной при данном значении коэффи­ циента сопротивления дороги (точки а, Ь, с). Огибающая кри­ вая ААУ, проведенная через эти точки, представляет собой изме­ нение путевого расхода топлива в зависимости от скорости v при полной нагрузке двигателя. Перегибы в правых частях кривых являются следствием обогащения смеси при включении эконо­ майзера.

Показателем топливной экономичности автомобиля служит

минимальный путевой расход топлива, соответствующий скорости кэк при испытаниях автомобиля с полной нагрузкой на горизон­ тальном участке дороги с твердым покрытием. Указываемый в тех­ нических характеристиках автомобилей контрольный расход топ­ лива практически мало отличается от минимального расхода.

151

При испытании автомобиля на стенде с беговымп барабанами (см. рпс. 39) получают зависимости силы тяги Рти часового рас­ хода топлива Gr от скорости v при различных положениях дрос­ сельной заслонки или рейки насоса. Для удобства использова­ ния эти зависимости совмещают на одном графике, как показано на рис. 65. Каждая из кривых соответствует определенному углу открытия дроссельной заслонки (с^, а 2, ...). По формулам (103) и (105) определяют значения сил сопротивления дороги п воздуха для различных значений ф и к, что позволяет нанести иа график кривые Рд -г Рв- По точкам пересечения каждой из этих кривых с кривыми Ртопределяют скорости автомобиля при данных поло­ жениях дроссельной заслонки. Кривые. GT, соответствующие этим положениям заслонки, позволяют определить часовые расходы топлива. Так, например, при коэффициенте фх и угле а 3 (точка /1) скорость автомобиля равпа vlt а расход топлива определяется отрезком fjCXg (точка В). Найдя несколько значений GT и v для одной величины коэффициента ф, по формулам (164) и (168) опре­ деляют путевые расходы топлива и строят кривую qa — / (и). Повторив построение для других значений коэффициента ф, строят график топливно-экономической характеристики автомо­ биля.

§ 2. УРАВНЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА

Выясним основные факторы, от которых зависпт путевой расход топлива qu.

Во время движения автомобиля эффективная мощность Ne двигателя затрачивается на преодоление рассмотренных выше со­ противлений движению. Из уравнения мощностного баланса имеем

Из последней формулы следует, что расход топлива на единицу пробега уменьшается при улучшении топливной экономичности двигателя, оцениваемой величиной ge. Все конструктивные пара­ метры двигателя и особенности его рабочего процесса, от кото­ рых зависит удельный эффективный расход топлива, оказывают влияние па топливную экономичность автомобиля. Так, например, автомобили с дизелями, удельный эффективный расход топлива которых находится в пределах 230—290 г/(кВт-ч), обычно эконо­ мичнее автомобилей с карбюраторными двигателями, расходую­ щими 290—380 г/(кВт-ч).

Расход топлива автомобилем возрастает в случае увеличения сил сопротивления трансмиссии, дороги и воздуха. При разгоне

152

автомобиля часть топлива расходуется па увеличение его кинети­ ческой энергии, вследствие чего общий расход топлива увеличи­ вается.

Пример. Определить путевой расход топлива рассчитываемого легко­ вого автомобиля при равномерном его движении со скоростью 10 м/с по дороге, которая характеризуется коэффициентом ф = 0,081. Величина удельного эффективного расхода топлива ge — 350 г/(кВч), а плотпость

топлива рт = 0,76 кг/м3. Величина к. п. д. трансмиссии г|Т1, = 0,9. Значения сил Р д и Р в взять из предыдущих примеров (см. § 4 и 5 гл. VII).

Путевой расход топлива в л на 100 км

Практическое использование уравнения (170) для определе­ ния расхода топлива затруднено тем, что к. и. д. трансмиссии, входящий в это уравнение, не

ный расход топлива ge не является

независимой переменной, а изменяется при изменении угловой скорости (ое и степени использования мощности И двигателя, как показано на рис. 66. При работе двигателя с малой на­ грузкой относительные затраты энергии на преодоление внут­ реннего сопротивления в двигателе увеличиваются. Поэтому в об­ ласти малых значений И кривые удельного расхода ge резко под­ нимаются вверх. По мере увеличения значений И топливная эко­ номичность улучшается, так как удельный эффективный расход снижается. При больших нагрузках и использовании мощности, близком к полному, включается экономайзер карбюратора, обо­ гащающий горючую смесь и вызывающий повышение расхода ge. Таким образом, увеличение или уменьшение сопротивления

153

движению вызывает изменение мощности двигателя п скорости автомобиля, что отражается па величине ge и осложняет расчет расхода топлива.

Чтобы определить расход топлива автомобилем в определен­ ных дорожных условиях, необходимо располагать эксперпментальньш графиком (нагрузочной характеристикой двигателя), аналогичным показанному на рис. 66.

Если экспериментальных данных нет, то топливно-экономи­ ческую характеристику автомобиля можно построить, пользуясь следующей методикой. '

Рис. 67. Графики к расчету топливно-экономической характеристики:

о — график изменения коэффициента Ад; б — график изменения коэффициента ка

Вначале определяют удельный эффективный расход топлива [в г/(кВт-ч)] по формуле

Примерные значения коэффициентов, полученные путем ста­ тистической обработки данных, приведены на рис. 67, а, па кото­ ром сплошной линией показано изменение коэффициента /сд для карбюраторных двигателей, а штриховой — для дизелей. Кривая kag относится к двигателям обоих типов (рис. 67, б).

Согласно уравнениям (171) и (170), при Ра — 0 можно напи­ сать:

дп= 36 ОООртЦтр

Для построения топливно-экономической характеристики сна­ чала строят график мощностиого баланса автомобиля. Задавшись несколькими значениями коэффициента сопротивления дороги, определяют величины мощности 7УД и суммарной мощности Агд -{- -j- NB, а затем наносят их на график (рис. 68). Разделив диапазон изменения скорости на высшей передаче от кт |П до нтах на не-

154

Рис. 68. Мощностной баланс авто­ мобиля

сколько интервалов, для каж­ дого значения v определяют от­ ношение vlvА- (или Оф/сОдг) И С

помощью рис. 67, а находят значение /сШе. Для каждого зна­

чения v (или сое) по формуле (130) и графику мощиостного баланса определяют также сте­ пень использования мощности Я при данном значении коэффици­ ента ф и с помощью рис. 67, а находят величину кц. Под­

ставляя найденные значения кШеи кц в формулу (172), определяют

расход топлива qn при движении автомобиля по дороге с данным значением коэффициента ф. Повторив расчеты для других его значе­ ний, строят топливно-экономическую характеристику автомобиля.

§ 3. ВЛИЯНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ФАКТОРОВ НА ТОПЛИВНУЮ ЭКОНОМИЧНОСТЬ

Топливно-экономическая характеристика автомобиля позволяет определить расход топлива при равномерном движении по дороге с постоянным уклоном. Она не учитывает непрерывного изменения дорожной обстановки и связанных с ним изменений скоростного и нагрузочного режимов работы двигателя. Топливно-экономи­ ческая характеристика соответствует движению автомобиля с посто­ янной скоростью под действием тяговой силы, тогда как на самом деле автомобиль большую часть времени движется неравномерно, причем часто после разгона начинается накат, а иногда и торможе­ ние. Увеличение скорости, автомобиля при разгоне сопровождается увеличением сил сопротивления движению и повышением расхода топлива. Однако при этом увеличивается степень использования мощности двигателя, что снижает удельный эффективный расход топлива gR. Во время движения накатом и при торможении дви­ гатель работает на режиме холостого хода, что не учтено в уравне­ нии (170), на основании которого построена топливно-экономиче­ ская характеристика.

Трогание автомобиля с места и движение его в тяжелых дорожных условиях происходят ид. низших передачах с недо­ статочным использованием мощности двигателя и увеличенным значением ge. Чем больше передаточное число трансмиссии, тем обычно больше угловая скорость двигателя и меньше степень использования его мощности. Поэтому движение автомобиля на низших передачах обычно сопровождается увеличением расхода топлива.

155

Режимы движения автомобиля и моменты переключения передач водитель выбирает па основании своего опыта. Поэтому при работе водителей различной квалификации на одних и тех же автомобилях

Во время вождения автомобиля иногда применяют метод «раз­ гон — накат», который состоит из интенсивного разгона на выс­ шей передаче до определенной скорости н последующего движе­ ния накатом до некоторой скорости v.,. Цикл разгон — накат при таком импульсивном движении периодически повторяют. Во время разгона двигатель развивает мощность, близкую к максимальной, что уменьшает удельный эффективный расход топлива. Суммарный расход за время разгона с некоторой средней скоростью больше, чем при движении с такой же, но постоянной скоростью, так как при разгоне часть топлива расходуется на увеличение кинетической энергии автомобиля. Однако при последующем движении накатом расход топлива резко снижается, а если выключено зажигание — практически равен пулю. В результате для одинаковых значений средней и постоянной скоростей общий расход топлива в случае импульсивного движения может оказаться меньше расхода при постоянной скорости.

Обычно прп разгоне приборы системы питания современных автомобильных двигателей приготовляют обогащенную смесь, что увеличивает расход топлива, который не всегда компенсируется уменьшением его во время наката. Кроме того, энергия, израс­ ходованная при разгоне на ускорение деталей двигателя, не может быть использована во время наката для преодоления сопротивле­ ния движению, что также ухудшает топливную экономичность автомобиля. Наконец, импульсивное движение сопровождается интенсивным износом деталей двигателя, трансмиссии и ходовой части п вызывает повышенную утомляемость водителя.

Ухудшение технического состояния автомобиля приводит к уве­ личению расхода топлива. Топливная экономичность ухудшается главным образом в результате неправильной регулировки прибо­ ров систем питаипя и зажигания, а также распределительного механизма двигателя. Так, при неисправном экономайзере расход топлива может увеличиться на 10—15%. Отклонение уровня топ­ лива в поплавковой камере карбюратора от нормального также сопровождается ухудшением топливной экономичности, в особен­ ности при малых значениях скорости. Если но работает одна свеча зажигания, то расход топлива у автомобиля с шестицнлиндровым двигателем увеличивается па 20—25%; при двух неисправ­

Большое значение имеет также тепловой режим двигателя. При чрезмерном охлаждении двигателя резко возрастают тепловые потери и, как следствие, уменьшается' индикаторный

156

к. и. д. двигателя. Кроме того, часть топлива поступает в цилиндры

ввиде непспаривпшхся капель и пе успевает сгореть. Все это приводит к увеличению расхода топлива и ухудшению топливной экономичности автомобиля. На рпс. 69, а показаны топливноэкономические характеристики автомобиля, соответствующие трем

Рис. 69. Топливно-экономические характеристики автомобиля:

а — при различной температуре воды в системе охлаждения; б — при различном дав­ лении воздуха в шипах Рш; в — при устаповке шин различной конструкции; 1 —

шпрокопрофпльные шины; г — обычные шины; 3 — арочный шины

значениям температуры охлаждающей воды. Уменьшение темпе­ ратуры воды с 95 до 75° С увеличивает расход топлива на 6—7%, а снижение ее до 65° С — почти на 25% (см., например, точки

А, В и С).

Па топливную экономичность автомобиля влияет также техни­ ческое состояние агрегатов его шасси. Неправильная регулировка

157

шестерен главной передачи, радиально-упорных подшипников и тормозов, малое давление воздуха в шинах и л и неправильно

отрегулированное схождение управляемых колес вызывают допол­ нительное сопротивление движению и, как следствие, перерасход топлива.

В качестве примера на рис. 69, б представлены топливно-эко­ номические характеристики автомобиля грузоподъемностью 2,5 т с различным давлением воздуха в шинах Рш. Уменьшение дав­ ления с 0,30 до 0,20 Мн/м2 (при скорости 15 м/с) увеличивает рас­ ход qn почти на 17%.

Влияние типа шин па расход топлива иллюстрирует рис. 69, в. Как видно на этом рисунке, замена обычных шин (кривая 2) шнрокопрофильнымн (кривая 1) уменьшает, а арочными (кривая 3) увеличивает расход топлива во всем эксплуатационном диапазоне скоростей автомобиля.

§ 4. ПОНЯТИЕ О НОРМАХ РАСХОДА ТОПЛИВА

Нормирование топлива на автомобильном транспорте стимулирует повышение его рентабельности и снижение пародпохозяйствениых затрат иа перевозки пассажиров п грузов.

Приведенные выше формулы удобны для анализа влияния от­ дельных факторов на расход топлива, но неприемлемы для его нор­ мирования, так как они сравнительно сложны и требуют трудоем­ ких расчетов, а кроме того, не учитывают многих факторов, вызы­ вающих увеличение расхода топлива в эксплуатационных условиях.

В результате проведения теоретических и экспериментальных работ установлено, что расход топлива в л на 100 км можно выра­ зить уравнением

Таким образом, расход топлива можно рассматривать как величину, состоящую из двух частей, одна из которых представляет собой постоянные потери энергии в двигателе и затраты ее на пере­ движение автомобиля (выражение в прямоугольных скобках), а другая — расход топлива, необходимого для перемещения груза, т. е. для выполнения транспортной работы. Помножив обе части

158