Уравнения расхода топлива

Показатели и характеристики топливной экономичности можно получить не только эмпирически, но и теоретически, вычисляя их значения по соответствующим формулам. Для этого исполь­зуются характеристики удельного и часового расходов топлива двигателя и характеристики мощностного баланса автомобиля.

Удельный расход топлива двигателем g_e – один из основных показателей совершенства его конструкции представляет собой отношение расхода топлива в единицу времени при уста­новившемся режиме работы двигателя к развиваемой на этом ре­жиме мощности. На рис. 4.2 показана внешняя скоростная характеристика двигателя (зависимость N_е(ω_е)) с нанесенными графиками изменения удельного расхода топлива двигателем при полном и частичном режимах его работы.

Рис. 4.2 Внешняя скоростная характеристика двигателя N_е (ω_е) и графики изменения удельного расхода топлива g_e(ω_е) при полном 1 и частичном 2 режимах его работы.

Минимальный удельный расход топлива g_{e min} зависит от типа, конструктивных особенностей и совершенства рабочего процесса двигателя и находится в пределах:

- для карбюраторных двигателей 260...310 г/(кВт∙ч);

- для бензиновых с впрыском топлива 220...250 г/(кВт∙ч);

- для дизельных 155...220 г/(кВт∙ч).

Удельный рас­ход топлива при максимальной мощности g_{e mах} обычно на 5... 15 % больше g_{e min}

g_{e mах} ≈ (1,05…1,15) g_{e min}.

Для оценки расхода топлива в единицу времени используют часовой расход топливаG_T(кг/ч). Удельный и часо­вой расходы связаны соотношением

G_т = g_e ∙N_е/1000

Уравнение расхода топлива в общем виде

,

где g_э – удельный эксплуатационный расход топлива;

N_д – мощность, потребная на преодоление сопротивления дороги;

N_в – мощность, потребная на преодоление силы сопротивления воздуха;

N_и – мощность, потребная на преодоление сил инерции;

ρ_Т – плотность топлива;

V – скорость движения (км/ч);

η_Т – к.п.д. трансмиссии.

Из уравнения расхода топлива следует, что путевой расход топ­лива зависит от топливной экономичности двигателя (g_e), техни­ческого состояния шасси (h_T), дорожных условий, скорости движения и обтекаемости кузова, нагрузки и режима движе­ния.

При использовании представленного уравнения для определе­ния путевого расхода топлива используют понятие удельного эксплуатационного расхода топлива g_э. Из рис. 4.2 следует, что удельный расход топлива g_e зависит от мощности развиваемой двигателем, степени ее использования при разных значениях угловой скорости коленчатого вала и т.д.

Зависимость удельного эффективного рас­хода топлива от степени использования мощности бензинового двигателя показана на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Зависимости удельного эффектив­ного расхода топлива g_eот степени исполь­зования «И» мощности двигателя при разных значениях угловой скорости коленчатого вала w_е: w_е1 … w_ез – значения угловой скорости коленча­того вала двигателя.

Степень «И» исполь­зования мощности двигателя также называют коэффициентом загрузки двигателя по мощности. Его определяют как отношение мощности N_еi развиваемой двигателем в данный момент времени к максимальной мощности:

.

Удельный эффектив­ный расход g_e топлива также зависит от текущей скорости w_е вращения коленчатого вала. Для оценки ее использования применяют коэффициент «Е» загрузки двигателя по оборотам, который определяют как отношение текущей скорости w_е вращения коленчатого вала к скорости w_N вращения максимальной мощности

.

Удельный эксплуатационный расход g_э топлива зависит от нагрузки двигателя и скоростного режима. Существуют различные способы определения удельного эксплуатационного расхода топлива g_э. одним из них является вычисление по формуле Шлиппе

g_э = g_{e mах} ∙k_ω ∙ k_и,

где g_{e mах} – удельный расход топлива двигателем при максимальной мощности;

k_ω – коэффициент, зависящий от степени загрузки двигателя по оборотам;

k_и – коэффициент, зависящий от степени загрузки двигателя по мощности.

Коэффициенты k_и и k_ω определяют по эмпирическим формулам, которые получают путем статистической обработки результатов экспериментов, проводимых для построения на­грузочных характеристик двигателей. Испытаниям должно под­вергаться возможно большее количество однотипных двигате­лей, различающихся между собой основными параметрами

Но испытания требуют значительных ма­териальных и временных затрат. Вместе с тем полученные ре­зультаты довольно быстро устаревают в связи с постоянным совершенствованием рабочих процессов двигателей. Для двига­телей, разработанных до 1980г., получены формулы в виде поли­номов третьего порядка:

для карбюраторных двигателей

Коэффициенты к_а и к_и могут быть также найдены по специ­альным графикам, представленным на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Графики для определения коэффициентов к_и (а) и к_ы (б): 1 — дизели; 2 — бензиновые двигатели

Значение k_ω и k_и индивидуальные для каждой марки двигателя. Однако эксперименты показывают, что при снижении степени загрузки двигателя до 30% и ниже коэффициент k_и может составлять 1,5…3 для бензиновых двигателей и 1,1…1,3 – для дизелей. Коэффициент k_ω соответственно 1,05…1,2. при загрузке двигателя 50…90%. Эти коэффициенты составляют приблизительно 0,85…0,95. следовательно значительная недогрузка двигателя приводит к росту удельного расхода топлива, особенно автомобилями с бензиновыми двигателями, т.е. автомобиль с двигателем 200л.с., двигаясь со скоростью 90км/ч, расходует в 1,5…2 раза больше топлива, чем такой же с двигателем 50л.с.

Отсюда следуют основные меры по повышению топливной экономичности:

- рациональный выбор мощности двигателя для данного автомобиля и вида перевозок;

- рациональный выбор передаточных чисел трансмиссии;

- снижение удельного расхода топлива двигателем;

- снижение механических и аэродинамических потерь автомобиля и т.д.

Поиск по сайту: