Влияние конструктивных факторов на топливную экономичность

Расчетное определение показателей топливной экономичности

Лекция 7

Показатели КРТ и ТХ рассчитывают при установившемся движении. Остальные показатели включают, кроме установившегося движения, режимы разгона, торможения и остановки.

Для определения расходов топлива при V=const можно воспользоваться, в зависимости от имеющихся данных, формулой, считая, в ней N_и= 0 (или Р_и= 0). Все эти показатели относятся к движению по горизонтальной дороге, поэтому ψ=f_а. Если отсутствуют сведения о плотности применяемого топлива, можно считать для бензина = 0,75 кг/л, для дизель = 0,82 кг/л. При разгоне как расход G_m так и скорость V непрерывно изменяются, следовательно, также изменяется и путевой расход. Удобнее, однако, применить следующий метод расчета. Обозначим мгновенный расход топлива, а производную d /dV = q_i назовем коэффициентом расхода топлива. Но = , тогда q_i=

Подставим полученное значение коэффициента расхода топлива в первое отношение и, разделив переменные, получим дифференциальное уравнение расхода топлива

; где – секундный расход при полной подаче топлива.

Входящие в правую часть и j могут быть представлены как функции скорости.

Расход топлива за время торможения или остановки определится в соответствии с формулой

где

Полученный расход топлива (в кг) можно перевести в путевой расход топлива

(в л на 100 км пути):

где S – путь цикла в км.

Результаты вычислений (3.1),(3.2) и (3.3) занесены в таблицу 3.1

Удельный расход топлива связан с часовым g_е= 1000 G_m/N_e_.

Тогда часовой расход топлива определится в соответствии с формулой

Между расходами Q_S и G_m существует зависимость

Подставляя значение G_m, получим уравнение расхода топлива (путевой расход топлива):

Результаты вычислений (3.1),(3.2) и (3.3) занесены в таблицу 3.1

Таблица 3.1 Топливно-экономическая характеристика автомобиля

Параметр	Частота вращения коленчатого вала, n_e (=0,105∙n_е)
800(83,7)	1400(146,5)	2000 (209)	2600 (277)	3200 (334)
n_e/n_N
К_об
V, м/с
И
К_и
g_e , кг/кВт·ч
q_n, кг/кВт·ч

По данным таблицы 3.1 строится топливно-экономическая характеристика автомобиля.

Одним из основных путей уменьшения расходов топлива автомобильным транспортом является дизелизация – замена карбюраторных двигателей дизелями. Преимущества дизелей по топливной экономичности определяются как более низкими значениями расхода …, так и меньшей зависимостью …. При уменьшении коэффициента и от 100% до 10% у карбюраторных двигателей … увеличивается почти в 3 раза, а у дизелей только на 30%. Эти преимущества позволяют при замене карбюраторного двигателя дизелем, снизить расход топлива на 25…30% у легкового автомобиля и 30…40% у грузового автомобиля и автобуса. Целесообразность применения дизелей тем больше, чем шире диапазон изменения и.

Существенным фактором, сдерживающим применение дизелей, особенно на легковых автомобилях являются их большие, по сравнению с карбюраторными двигателями той же мощности, масса и размеры. А также повышенная шумность.

Топливная экономичность автомобилей, снабженных карбюраторными двигателями, существенно зависит от степени сжатия . Однако при больших значениях степеней сжатия необходимо применять бензины с более высоким октановыми числами.

Улучшается топливная экономичность также при применении электронной системы зажигания, установке микропроцессоров для оптимизации регулирования состава смеси и опережения зажигания, внедрении карбюраторных двигателей с форкамерно-факельным зажиганием, использовании системы непосредственного впрыскивания бензина.

Для повышения топливной экономичности все более широкое распространение получает применение, как дизелей, так и карбюраторных двигателей с наддувом и с охлаждением нагнетаемого воздуха. В результате применения наддува при неизменной максимальной мощности двигателя можно уменьшить удельные расходы на частичных нагрузках, что позволяет экономить до 10% топлива. Кроме того, при этом увеличивается запас крутящего момента, что также благоприятно сказывается на топливной экономичности.

Ведутся работы по созданию двигателей, у которых рабочий процесс близок к адиабатному, т.е. потери теплоты в охлаждающую среду ограничены. Полагают, что для таких двигателей значение … могут быть снижены по сравнению с существующими на 15…25%.

На расход топлива оказывает также влияние удельная мощность двигателя …Чем больше … тем при прочих равных условиях, меньше коэффициент и и, как было показано, за исключением значений и, близких к 100%, больше …, а следовательно, при заданных …. И .. больше …

Коэффициент использования мощности и при неизменной мощности … зависит также от передаточного числа трансмиссии. Если бы автомобиль имел бесступенчатую трансмиссию, то в принципе для некоторого диапазона мощности … можно было бы обеспечить работу двигателя на оптимальном режиме по расходу топлива в достаточно широком диапазоне условий движения. При применении в трансмиссии ступенчатой коробки передач для каждых дорожных условий имеется оптимальная мощность … при которой … будут минимальными.

Увеличение числа ступеней трансмиссии позволяет подбирать передаточные числа, обеспечивающие значение коэффициента и более близкие к оптимальным в различных условиях движения. В результате не только уменьшаются расход … но и его минимальное значение соответствует большим значениям мощности … и, следовательно, большей скорости … В связи с этим наблюдается тенденция к увеличению числа передач. На легковых автомобилях все шире применяют пятиступенчатые, а на грузовых – многоступенчатые (8…20) коробки передач.

На топливную экономичность влияет также выбор передаточных чисел трансмиссии и их распределение между ее механизмами. У автомобилей, снабженных ступенчатыми трансмиссиями с неавтоматическим управлением. Возможность выбора режимов работы, близких к оптимальным, обеспечивается за счет многоступенчатого и правильного выбора соотношений между передаточными числами отдельных ступеней. У некоторых грузовых автомобилей (например семейства КамАЗ) одна и та же модель выпускается с различными передаточными числами главной передачи. Следовательно, для автомобилей, работающих в более тяжелых дорожных условиях, передаточные числа трансмиссии должны быть большими, что может быть обеспечено за счет увеличения … при неизменной коробке передач.

Изменение полной массы … автомобиля влияет на расход топлива в основном в результате изменения силы … Значение … определяет также силы … и … однако при квалифицированном вождении энергия, затрачиваемая на преодоление этих сил, в значительной своей части возвращается.

С помощью статистического анализа экспериментальных и расчетных данных установлена линейная зависимость расхода … от массы …

, где a и b – коэффициенты регрессии, определенные для различных типов автомобилей и дорог.

Если правую и, левую части уравнения разделить на …, то получим уравнение удельного расхода топлива … в л/(100т·км)

Анализ этих зависимостей позволяет установить, что при повышении полной массы, а следовательно, и полезной нагрузки в целом уменьшается удельный расход топлива. Дизельные автомобили имеют существенно более высокую топливную экономичность по сравнению с автомобилями, имеющими карбюраторные двигатели. Преимущество растет при увеличении полной массы. Влияние повышения полной массы автомобиля на топливную экономичность особенно эффективно при малых и средних значениях …

Удельный расход … существенно зависит от собственной массы … автомобиля. Снижение массы … возможно при правильном выборе компоновочной схемы, создания равнопрочных конструкций различных элементов шасси и кузова, широком применении высокопрочных сталей, алюминия, пластмасс, профилей прогрессивных форм, тонколистового проката и т. д.

Значительное влияние на расход топлива оказывают аэродинамические свойства автомобиля. У легковых автомобилей затраты мощности на преодоление сопротивления воздуха уже при скоростях порядка 15 м/с превышают затраты на преодоление сопротивления качению и возрастают пропорционально … У лучших моделей современных легковых автомобилей коэффициент … ниже среднего приблизительно на 25%, что позволяет получить экономию топлива порядка 10%. Улучшение топливной экономичности за счет совершенствования аэродинамических характеристик имеет существенное значение для грузовых автомобилей и даже автопоездов большой грузоподъемности. Реализация полного комплекса мероприятий по улучшению аэродинамики автопоезда может обеспечить снижение сопротивления воздуха в диапазоне скоростей 15…25 м/с почти на 50% и уменьшения расхода топлива на 10…15%.

Техническое состояние автомобиля оказывает существенное влияние, как на удельные расходы топлива, так и на силы сопротивления движению. Увеличение расхода … может явиться следствием различных нарушений работы систем питания и зажигания, регулировки зазоров клапанного механизма и фаз газораспределения, износов цилиндров и колец, образование нагара на стенках камер сгорания и днищах поршней, неисправностей системы охлаждения и смазочной системы, применения топлива с низким октановым числом. Основными причинами увеличения сил сопротивления движению являются снижение давления воздуха в шинах и нарушение схождения колес. Существенное влияние на топливную экономичность автомобилей оказывают энергетические характеристики шин. Лучшие образцы современных шин имеют коэффициент … значительно меньший, чем шины среднего качества. При уменьшении коэффициента … на 10% в наиболее часто встречающихся условиях эксплуатации расход топлива снижается на 2,5…3,5%.

К увеличению расходов топлива может также привести отсутствие свободного хода педали сцепления, поскольку при этом возможно постоянное пробуксовывание фрикционных элементов на что затрачивается энергия двигателя. К таким результатам приводит чрезмерное уменьшение зазоров в тормозных механизмах. Своевременное техническое обслуживание, основанное на применении современных методов диагностирования. Позволяет значительно повысить топливную экономичность автомобилей в эксплуатации.

У некоторых автомобилей минимум … совпадает с … Такая зависимость более характерна для дизельных автомобилей, у которых расход … мало зависит от коэффициента и и легковых автомобилей. Имеющих большую максимальную скорость, у которых даже при скорости … на высшей передаче сопротивление воздуха оказывает существенное влияние на расход … Начиная со скоростей порядка 15 м/с на зависимость …. Оказывает также влияние увеличения коэффициента … Характер зависимости … можно в некоторых пределах изменять при использовании соответствующих регулировок топливоподающей аппаратуры у дизелей, карбюратора и системы зажигания у карбюраторных двигателей. Значения скорости … обычно невелики (7…8 м/с для грузовых и 10…12 м/с для легковых автомобилей), поэтому оптимизировать процесс движения только по топливной экономичности нецелесообразно. Оптимальная по расходу топлива скорость является только одним из факторов, влияющим на выбор скорости, обеспечивающей оптимальность процесса перевозок.

На топливную экономичность большое влияние оказывает грузоподъемность грузовых автомобилей и коэффициент использования грузоподъемности … равный отношению массы фактически перевозимого груза к массе номинальной грузоподъемности … Для пассажирских автомобилей такое же значение пассажировместимость и степень ее использования.

Наибольшая экономия топлива на единицу массы перевозимого груза наблюдается при использовании автопоездов. Это объясняется, прежде всего лучшим использованием массы. Для прицепов ..=2…2,5; для полуприцепов …=3…4. Кроме того, уменьшается отношение … поскольку при возрастании грузоподъемности автопоезда по сравнению с одиночным автомобилем приблизительно в 2 раза сила … возрастает лишь на 20…25% (в основном за счет увеличения коэффициента …). Наконец, при рациональном подборе массы прицепа (полуприцепа) снижается расход … за счет увеличения коэффициента и.

Расход топлива … существенно зависит от умения водителя выбирать режимы работы двигателя, обеспечивающие при заданных дорожных условиях и выбранной скорости, минимальные расходы …, а также использовать энергию, запасенную автомобилем при движении на подъем и при разгоне. Расход … зависит от того на какой передаче происходит движение. Из имеющихся передач опытный водитель выберет ту, при которой … наименьший. В большинстве случаев это высшая из передач, обеспечивающая в данных условиях работу двигателя с коэффициентом использования не превышающим 80…90%.

Например, у ВАЗ-2101 при движении по хорошей горизонтальной дороге с ..=40 км/ч, если за 100% принять путевой расход на четвертой передаче, то на третьей он будет равен 112%, на второй – 170%, а на первой – 300%. Поскольку расход … зависит не только от и, но и от частоты .., причем минимальные значения … соответствуют средним частотам, то при движении с малыми скоростями иногда целесообразнее использовать более низкие передачи. На расход топлива оказывает влияние характер разгона. Экономия топлива достигается в результате использования равномерных разгонов, например для грузовых автомобилей с …= 1 м/с².

Независимо от … мощность, затрачиваемая двигателем, зависит только от условий движения (…..). однако безвозвратно теряется (превращается в другие виды) только механическая энергия. Идущая на потери в трансмиссии, преодоление сопротивлений качению и воздуха. Энергия, затрачиваемая на разгон и преодоление подъема, при правильном вождении может быть весьма значительной. Например при разгоне с места до …= 60 км/ч автопоезда массой …. =22,5 т на преодоление сил инерции затрачивается около 70% всей энергии, расходуемой двигателем; при разгоне на прямой передаче от 40 до 90 км/ч доля затрат составляет около 15%, при движении на подъеме …= 3% доля затрат на преодоление сопротивления подъему – около 55%.

От стиля вождения, предусматривающего возможно большее использование кинетической и потенциальной энергии, в значительной степени зависит экономия топлива (до 25%). Следует по возможности реже использовать тормозные системы – только в аварийных ситуациях и для окончательной остановки после снижения скорости путем выбега или торможения двигателем. Для грузовых автомобилей в городских условиях интенсивность торможения для поддержания высокой топливной экономичности не должна превышать 0,6…0,9 м/с², - для легковых – 1,1…1,4 м/с². Рациональное использование наката позволяет экономить до 4% топлива. Важна также рациональная организация движения на подъемах и спусках, использование методов динамического преодоления на подъемах и спусках, использование методов динамического преодоления подъемов, правильный выбор передач, выбега. Чрезмерное увеличение скорости движения приводит к большому перерасходу топлива.

Для экономии топлива могут быть рекомендованы следующие приемы вождения автомобиля:

- оптимальная экономичная скорость движения – на горизонтальном участке дороги на 25% ниже максимальной;

- средняя частота … должна быть на 30…40% ниже номинальной;

- на горизонтальном участке дороги необходимо использовать более высокие передачи, отдавая предпочтение прямой передаче;

- во всех случаях необходимо обеспечивать равномерное движение автомобиля без резких разгонов и торможений и лишних переключений передач.