4.3. Измерители и показатели топливной экономичности. Нормы расхода топлива

Основным измерителем топливной экономичности автомобиля в нашей стране и в большинстве европейских стран является расход топлива в литрах на 100 км пройденного пути (путевой расход), q_n , л.

Для оценки эффективности использования топлива при выполнении транспортной работы используют расход топлива на единицу транспортной работы (100 т·км), л – отношение фактического расхода топлива к выполненной транспортной работе.

Согласно ГОСТ 20306–85 «Автомобили и автопоезда. Оценочные показатели и методы определения топливной экономичности» оценочными показателями топливной экономичности служат:

1. контрольный расход топлива (КРТ);

2. расход топлива в магистральном ездовом цикле на дороге (РТМЦ);

3. расход топлива в городском ездовом цикле на дороге (РТГЦд);

4. расход топлива в городском цикле на стенде (РТГЦ);

5. топливная характеристика установившегося движения;

6. топливно-скоростная характеристика на магистрально-холмистой дороге (ТСХ).

Для каждого автотранспортного средства устанавливается государственная норма путевого расхода топлива. Эти нормы указываются в технических характеристиках на автотранспортные средства и в справочных материалах. В зимнее время, при работе в особо легких (магистрали с усовершенствованным покрытием) или в особо тяжелых условиях (грунтовые дороги в осеннюю или весеннюю распутицу, бездорожье), при работе в качестве тягача, в период обкатки и т.д. нормы могут либо увеличиваться, либо уменьшаться согласно специальным указаниям. С целью оценки соответствия топливной экономичности автомобилей, выпускаемых заводами, техническим условием для каждого автомобиля устанавливается контрольный расход топлива, представляющий собой путевой расход в некоторых контрольных условиях движения (горизонтальная дорога с твердым покрытием, специальная подготовка автомобиля). Для сравнительной оценки топливной экономичности автомобилей различной грузоподъемности или пассажировместимости определяется расход топлива q_пу в литрах или килограммах на единицу транспортной работы (q_пу л/т км или q_пу л/пасс.км).

Эти показатели не имеют нормированных значений и их используют для сравнительной оценки топливной экономичности различных автомобилей отечественного производства серийных или опытных образцов, или с зарубежными аналогами. Эти показатели могут быть использованы также для косвенной оценки изменения технического состояния автомобилей в процессе эксплуатации.

Контрольным расходом топлива называется средний расход топлива АТС при движении с номинальной нагрузкой, по ровной горизонтальной дороге с твердым покрытием на высшей передаче с заданной постоянной скоростью. Для определения КРТ автомобиль должен совершить пробег в двух противоположных направлениях по измерительному участку дороги на высшей передаче с заданной скоростью, а также со скоростями меньше и больше заданной на 5 км / ч. Рекомендуемые значения задаваемых скоростей регламентируются стандартами. Для АТС полной массой больше 3,5 т (кроме магистральных автопоездов, городских, междугородных и туристских автобусов) КРТ определяют при V_a = 60 и 80 км/ч, а если V_max = 80 км/ч, то при 40 и 60 км/ч. Для городских автобусов КРТ определяют при V_a = 40 и 60 км/ч, для магистральных автопоездов, междугородних и туристских автобусов при 60 и 80 км/ч (если V_max =80 км/ч, то при 40 и 60 км/ч).

Замеренные расходы топлива при проезде измерительного участка пересчитываются на 100 км пути и, по полученным данным строится средняя зависимость Q_s = f(V_a). По этой зависимости определяют значение КРТ для рекомендуемой скорости движения

КРТ это норма расхода топлива для указанных скоростей при установившемся режиме движения технически исправного автомобиля. Значение КРТ определяет и устанавливает для каждой модели автомобиля предприятие – изготовитель и поэтому его обычно указывают в технической характеристике автомобиля. В условиях эксплуатации значение КРТ используют в качестве параметра для оценки технического состояния узлов и агрегатов автомобиля и определения запаса хода. КРТ не является эксплуатационной нормой расхода топлива для автомобиля.

Расходы топлива в магистральном и городском ездовом циклах на дороге представляют собой средние расходы топлива при движении автомобиля по измерительному участку согласно специальных карт и схем циклов соответствующих категории испытываемого АТС. Эти циклы включают участки разгона, движения с постоянной скоростью и замедления. Отличием являются только характеристика операций по операционной карте и схема цикла.

РТМЦд определяют для АТС всех категорий, кроме городских автобусов. РТГЦд определяют для АТС всех категорий за исключением магистральных автопоездов, междугородных и туристских автобусов.

Отсчет расхода топлива и времени движения проводятся в моменты пересечения границ начала и конца измерительного участка. Разгон в интервалах заданных скоростей начинают на той передаче, на которой максимальная скорость выше начальной скорости разгона не менее, чем на 5 км / ч и осуществляют при полной подаче топлива. После достижения максимальной скорости цикла движение осуществляется с постоянной скоростью на возможно более высокой передаче, при которой частота вращения коленчатого вала двигателя превышает минимально устойчивую не менее, чем на 20 рад / с. Высшая передача должна включаться при скорости больше 40 км / ч. Замедление в заданном интервале скоростей и на заданном пути осуществляется при включенной передаче на режиме принудительного холостого хода двигателя. Расходы топлива в ездовых циклах весьма близки с результатами эксплуатационных расходов топлива на типичных маршрутах. На основе результатов испытаний в ездовых циклах для каждого автомобиля определяют так называемые базисные расходы топлива, по которым и производят сравнительную оценку топливной экономичности, а также используют базисные расходы в качестве исходных при установлении эксплуатационных норм расхода топлива. На автомобильном транспорте в нашей стране действует прогрессивная система нормирования эксплуатационного расхода топлива, учитывающая особенности подвижного состава и условия эксплуатации.

Расход топлива в городском ездовом цикле на стенде (РТГЦст) определяют только для автомобилей полной массой менее 3,5 тонн. Испытания проводятся на стенде с беговыми барабанами, по ездовому циклу в соответствии с операционной картой и схемой цикла. Инерционные массы выбираются в зависимости от массы автомобиля. Операционная карта испытаний включает одиннадцать беспрерывных ездовых циклов, состоящих из пуска холодного двигателя, холостого хода, разгона, постоянной скорости и замедления.

Специальные требования по пользованию коробкой передач и особенностями ездового цикла сформулированы в ГОСТ 20306 – 85 (холостой ход, разгон, постоянная скорость, замедление).

Топливная характеристика установившегося движения представляет собой зависимость расхода топлива от скорости при установившемся движении в заданных дорожных условиях. Точки характеристики находят путем измерения израсходованного топлива при проезде автомобилем с заданной, установившейся скоростью измерительного участка в прямом и обратном направлениях. Испытания проводятся на ровном горизонтальном участке дороги с усовершенствованным покрытием. Движение осуществляется на высшей передаче, начиная с максимально возможной скорости до минимально устойчивой. Промежуточные значения скорости должны быть кратны десяти. Топливная характеристика установившегося движения используется также для исследования влияния на расход топлива различных факторов.

С увеличением скорости движения путевой расход топлива, как правило, сначала несколько уменьшается и достигает минимума при некоторой, зависящей от условий движения, скорости. Затем по мере увеличения скорости расход топлива довольно быстро возрастает. При малой скорости движения и, соответственно, малой мощности, развиваемой двигателем, расход топлива увеличен вследствие низкого механического КПД двигателя (увеличивается относительная доля механических потерь) и ухудшения условий сгорания горючей смеси в цилиндрах двигателя из-за плохого перемешивания смеси и значительного коэффициента остаточных газов. При большой скорости движения автомобиля возрастают сопротивления движению и воздуха, при достижении мощности двигателем более 80 % от максимальной, срабатывает экономайзер (при наличии карбюратора), что приводит к обогащению горючей смеси и, соответственно, уменьшению эффективного КПД двигателя, а значит к увеличению расхода топлива.

Зависимость расхода топлива от скорости более сильно выражена у автомобилей с бензиновыми двигателями, поскольку удельный эффективный расход топлива у последних значительно сильнее нежели у дизелей зависит от степени использования мощности. Обычно минимальное значение расхода топлива на ТХ для автомобиля с номинальной нагрузкой представляет собой контрольный расход топлива. Топливная характеристика установившегося движения дает лишь приближенную оценку топливной экономичности автомобилей. В то же время имеется определенная связь между этой характеристикой и эксплуатационным расходом топлива. Исследованиями, выполненными в ряде стран, установлено, что эксплуатационный путевой расход топлива примерно на 10 % больше расхода по ТХ по дорогам с усовершенствованным покрытием при движении со скоростью, составляющей 2/3 от V_max для автомобилей с дизельными двигателями и 3/4 – с бензиновыми.

Топливно – скоростная характеристика на дороге с переменным продольным профилем представляет собой зависимость среднего путевого расхода топлива от средней скорости движения по дороге с усовершенствованным покрытием и заданным в вертикальной плоскости профилем. Используется эта характеристика для оценки и анализа топливной экономичности автомобилей, работающих на дорогах магистрально – холмистого типа (магистральные автопоезда, междугородные и туристские автобусы), а также для исследования влияния различных факторов на расход топлива.

При определении ТСХ автомобиль совершает пробег по измерительному участку с различными скоростями. При определении каждой точки этой характеристики движение должно происходить при возможно большей скорости, но не превышающей допустимойдля данной точки (даже на спусках), скоростью. Скорость для грузовых автомобилей и автопоездов задается от максимальной до 30 км / ч и должна быть кратна десяти. Движение должно осуществляться на возможно высшей передаче, а переключение на низшую передачу необходимо производить тогда, когда частота вращения коленчатого вала двигателя при включении этой передачи будет соответствовать ω_eN. Переключение на высшую передачу при разгоне надо осуществлять при частоте вращения коленчатого вала двигателя ω_eN. Разгоны осуществляются при полной подаче топлива.

По результатам испытаний строится график зависимости Q_s = f(V_aср). Замеры расхода топлива и времени движения производятся в моменты пересечения начала и конца измерительного участка. Объем и условия проведения испытаний автомобилей на топливную экономичность оговорены в ГОСТ 20306 – 85 и в технической документации на АТС предприятия – изготовителя. Испытания как серийных, так и опытных образцов автомобилей проводятся только после завершения их обкатки и проведения работ по обслуживанию и регулировке узлов и агрегатов. Комплектность автомобиля и распределение нагрузки по осям должно соответствовать требованиям технической документации предприятия – изготовителя для автомобиля полной массы.

Измерительный участок для определения контрольного расхода топлива, расхода топлива в магистральном и городском ездовых циклах на дороге и топливной характеристики установившегося движения должен быть прямолинейным, горизонтальным, длиной не мене 4 км, с цементобетонным или асфальтобетонным ровным покрытием, допускаемые уклоны не более 0,5 % на участках длиной не более 50 м.

Измерительный участок для определения топливно – скоростной характеристики на дороге с переменным продольным профилем должен быть длиной 10...15 км с цементобетонным или асфальтобетонным покрытием. На участке должно быть не менее одного подъема и одного спуска длиной 600...800 м с уклоном не менее 4 %. Радиусы поворотов должны быть не менее 1000 м. Начальная и конечная точки измерительного участка должны находиться на одной высоте над уровнем моря.

Испытательные заезды во всех случаях проводятся не менее двух раз в обоих направлениях движения. В каждом заезде определяют время прохождения измерительного участка и количество израсходованного топлива. Окончательные результаты берутся как средние арифметические значения полученных при замерах данных. На практике испытаний на автополигоне получили распространение методики определения эксплуатационных расходов топлива путем моделирования трех типичных режимов движения: магистрального, городского и горного. Каждый маршрут включает измерительные участки и дороги полигона, чередующиеся в определенной последовательности, движение по которым осуществляется по определенной карте.

За рубежом в разных странах методы оценки топливной экономичности автомобилей весьма различны. В ряде стран Западной Европы (ФРГ, Великобритания, Франция) оценка топливной экономичности производится по расходу топлива в литрах на 100 км для установившегося и неустановившегося движения. Топливная экономичность при установившемся движении определяется на высшей передаче на горизонтальной дороге с усовершенствованным покрытием или на динамометрическом стенде при движении с определенной скоростью (90 и 120 км / ч – ФРГ и Франция; 80 км / ч – Великобритания). Топливную экономичность неустановившегося движения оценивают по результатам имитации на динамометрическом стенде условий движения автомобилей в городе с использованием ездового цикла ЕСЕ и действующих Европейских правил по определению токсичности отработавших газов. В ФРГ для оценки топливной экономичности автомобилей используется также испытательный ездовой цикл ЕСЕ со средней скоростью движения 19 км / ч. Кроме того, практикуются регулярные дорожные испытания автомобилей и автопоездов по 6–7 типичным дорогам общей протяженностью 600...700 км с определением средних эксплуатационных расходов топлива на каждой дороге, а также средневзвешенного расхода.

В США практически каждая крупная автомобилестроительная фирма имеет свои методы оценки топливной экономичности принципиально отличающихся друг от друга. В последние годы общество инженеров автомобилестроителей, американское общество испытаний и материалов и агентство по охране окружающей среды (ЕРА) совместно разработали и утвердили в качестве стандарта (SAE) федеральную методику испытаний (FTP) для определения топливной экономичности и токсичности отработавших газов.

По этой методике при дорожных испытаниях определяется расход топлива легковых автомобилей в трех ездовых циклах – городском, пригородном и магистральном. В качестве измерителя топливной экономичности автомобилей в США, в отличие от общепринятого в Европе (л / 100 км) используется пройденный путь на определенном объеме топлива. За единицу длины обычно принимают милю (1,609 км), а за единицу объема – галлон (3,785 л), (1 галлон / 1 милю = 2,35 л / км).

Технические специалисты США считают, что максимально возможное значение показателя топливной экономичности закрытого четырехместного легкового автомобиля с дизельным двигателем с наддувом и неразделенной камерой сгорания составит 100 миль / галлон. В 1985 году этот показатель для автомобилей, производимых в США, составлял 31 миля / галлон, в 1990 г – 35 миль / галлон (14,9 км / л).