Лекция № 6 влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на расход топлива

Значения коэффициентов А, В, С для некоторых моделей

Модель	А	В	С
ЗиЛ-431410	0,85	0,026	0,0035
КамАЗ-5320	1,52	0,070	0,0030
ГАЗ-31029	0,31	0,008	0,0033
ЗАЗ-1102	0,09	0,0063	0,0033

Выражение в круглых скобках – это сумма преодолеваемых сопротивлений: дорожных, воздуха и сил инерции. Чтобы подставлять в формулу скорость не в м/с, а в км/ч, введен коэффициент 0,077=1/3,6²=1/12,96. В третьем члене 0,1 – округленное значение 1 / 9,80665 = 0,10197» 0,1; на эту величину надо множить вес, чтобы получить массу. Знак ± перед 0,1 указывает на то, что силы инерции могут создавать сопротивления при разгоне (+) или же поддерживать скорость автомобиля при движении накатом (–).

Приведенная формула учитывает все основные факторы: конструкцию двигателя и автомобиля, качество топлива, режимы движения, собственный вес и загрузку автомобиля, состояние дороги, температуру и давление воздуха (через плотность топлива и плотность воздуха). Транспортные условия определяют достижимую среднюю техническую скорость и используемую передачу в КП.

Матмодель дает хорошее совпадение с эмпирическими нормами. Значит, по ней можно успешно рассчитывать нормы для новых моделей автомобилей и разных условий эксплуатации.

Рассмотрим, как влияют на расход топлива различные группы факторов: конструкция автомобиля и двигателя, качество топлива, режимы движения и условия работы автомобиля.

Индикаторный КПД h_i – это отношение теплоты, преобразованной в механическую работу цикла, ко всей теплоте, внесенной в двигатель с топливом. На рабочих режимах у современных бензиновых двигателей с высокой степенью сжатия h_i варьирует в пределах 0,34…0,37, у дизелей доходит до 0,5. Чем выше h_i, тем ниже расход топлива. Для наших задач h_i можно вычислить, исходя из процента использования мощности N₁, который определяется в основном скоростью и загрузкой автомобиля:

Зависимость h_i от N₁ (рис. 14):

для карбюраторного двигателя:

до N₁=80% –

при N₁>80% –

для дизеля

Рабочий объем двигателя и ход поршня – постоянные характеристики двигателя, они не зависят от эксплуатационников. Низшая теплота сгорания H_u определяется фракционным составом топлива. Однако этот состав влияет и на другие свойства, в том числе образование нагара, вредные выбросы и т.д.

Передаточное число коробки передач i_к – самый сильный фактор, влияющий на расход топлива и износ двигателя, так как механическая работа двигателя и его ресурс определяются не пробегом автомобиля, т.е. суммарным числом оборотов колес, а суммарным числом оборотов коленвала (ЗИЛ-130: i_кV=1; i_кIV=1,47; i_кIII=2,29; i_кII=4,1; i_кI=7,44). Расход топлива за один оборот коленвала – примерно постоянная величина. Поэтому движение на понижающих передачах увеличивает расход топлива и износ двигателя при одном и том же пробеге автомобиля, т. е. его оплаченной работе. Водитель выбирает передачу, исходя из условий движения и руководствуясь своим опытом. В разные моменты движения он включает разные передачи. При расчетах следует подставлять средневзвешенное значение

где l_j – пробег автомобиля при включенной j-той передаче с передаточным отношением i_кj.

Без специального оборудования нельзя замерить это значение; однако его можно оценить, зная загрузку автомобиля и дорожные условия:

где М_max – максимальный крутящий момент двигателя, Н×м; К_Э – коэффициент эксплуатационного снижения крутящего момента (в средних условиях 0,38…0,40).

Из математической модели расхода топлива видно, что очень большую долю топлива мы тратим на перемещение самого автомобиля, а не оплачиваемой нагрузки. Значит, нужно стремиться к максимальному использованию грузоподъемности (или вместимости) автомобиля. Впрочем, это очевидно и без расчетов.

Ощутимо влияет на расход значение КПД трансмиссии. В процессе эксплуатации КПД несколько меняется: за время обкатки слегка повышается, при нормальной эксплуатации тоже растет, хоть медленнее, а при больших пробегах, когда наступает интенсивный износ, резко снижается. КПД трансмиссии сильно падает при разрегулировках главной передачи, отсутствии смазки, попадании в смазку пыли и песка.

Потери энергии в трансмиссии лишь в небольшой мере определяются передаваемым крутящим моментом. Значительно больший вклад вносят потери на перемешивание масла (aV).

Масса перевозимого груза увеличивает расход топлива, но не прямо пропорционально, а медленнее. Во-первых, в квадратных скобках есть члены, которые от нее не зависят, во-вторых, с ее увеличением возрастает и процент использования мощности, следовательно, и h_i, стоящий в знаменателе. Конечно, не стоит намеренно снижать массу груза – именно она дает нам доходы, которые перекрывают затраты на топливо.

Суммарное дорожное сопротивление, характеризуемое коэффициентом y, влияет на расход топлива так же, как и загрузка автомобиля. Однако это сопротивление влияет и косвенно, поскольку с увеличением y падает достижимая техническая скорость автомобиля:

где K₁=1 для груженого автомобиля, 1,1 для порожнего, 0,9 для автопоезда; V_max – максимальная скорость автомобиля по характеристике.

Скорость, которую может развить автомобиль, значительно изменяется в разных условиях эксплуатации и оказывает особо сильное влияние на расход топлива. Правильно выбирая скорость, можно использовать наивыгоднейшие режимы движения и добиться значительной экономии топлива. В общем случае зависимость расхода топлива от достижимой средней технической скорости движения имеет экстремум – минимум (рис. 16).

Значит, для каждого автомобиля существуют условия эксплуатации (и допускаемая ими скорость), при которых расход топлива будет минимальным. Но, может быть, при минимальном расходе топлива другие статьи затрат на перевозки будут выше и перекроют экономию топлива? Оказывается, нет – другие статьи заметно связаны с расходом топлива. Итак, для повышения топливной экономичности автомобиля нужно увеличивать его грузоподъемность и скорость движения (естественно, это улучшает и общую экономичность), а также правильно выбирать передачу. Так, для автомобиля ЗИЛ-431410 при h_i »0,33

Расход топлива на прямой передаче (i_кV=1) при скорости 50 км/ч и G_a×y=1000 Н (порожний автомобиль на асфальтобетоне) составит 26,6 л/100 км, на 3-й передаче (i_кIII =2,29) – 43,9 л/100 км, т. е. выше на 65%.

Далее обратим внимание на инерционную составляющую. Хоть в уравнении и стоит знак ±, на самом деле снижение расхода при движении накатом не равно его увеличению при разгоне: во-первых, из-за того, что КПД автомобиля меньше единицы, во-вторых, при движении накатом даже с отключенным зажиганием топливо подается в цилиндры и выбрасывается в атмосферу (это не относится к современным двигателям с управляемым впрыском или с электромагнитным клапаном для перекрытия подачи топлива). Движение с постоянной скоростью более экономично – это знали еще в 30-х годах.

Основной резерв экономии топлива – повышение коэффициентов использования грузоподъемности и пробега.

Дата добавления: 2014-01-05