4.6. Уравнение расхода топлива

Топливно-экономическая характеристика может быть построена либо по результатам стендовых или ходовых испытаний автомобиля, либо расчетным путем.

Для расчетного определения путевого расхода топлива нужно иметь характеристики расхода топлива двигателем. В качестве основного оценочного параметра экономичности двигателя обычно принимают удельный расход топлива g_e в граммах на эффективный киловатт в час (г/кВтч). Удельный расход топлива g_e является функцией от угловой скорости w_e (числа оборотов) двигателя и степени использования U его мощности.

Степенью использования мощности двигателя U называют отношение мощности двигателя при некоторой частичной подаче топлива и заданной угловой скорости (числе оборотов) коленчатого вала к мощности двигателя при той же угловой скорости (числе оборотов), но полной подаче топлива. Например, у карбюраторного двигателя степень использования U определяется отношением мощности при частичном открытии дроссельной заслонки к мощности при полном ее открытии.

Если заданы условия движения автомобиля (V_a, ψ, j_а) и его конструктивные параметры, то степень использования двигателя может быть подсчитана по формуле:

, (100)

где N_е – мощность двигателя при полной подаче топлива и угловой скорости we (оборотах), соответствующей на заданной передаче в коробке передач заданной скорости движения.

Рис. 27. Экономическая характеристика двигателя

На рис. 27 показана примерная зависимость удельного расхода топлива от степени использования мощности двигателя U для карбюраторного двигателя при различных угловых скоростях (числах оборотов) его коленчатого вала. Для каждого значения угловой скорости удельные расходы топлива g_e имеют минимальное значение при некоторой степени использования мощности U, близкой к 100%. При малых значениях U удельные расходы топлива возрастают из-за уменьшения механического КПД двигателя и ухудшения условий сгорания горючей смеси в цилиндрах двигателя. При больших U удельные расходы также возрастают в связи с обогащением горючей смеси экономайзером.

Для карбюраторных двигателей характерно резкое увеличение удельного расхода топлива при малой степени использования двигателя (удельный расход топлива при малых U увеличивается по сравнению с минимальным в несколько раз). При U = 100% расход топлива по сравнению с минимальным увеличивается на 10…15%.

В меньшей степени удельный расход топлива зависит от угловой скорости (числа оборотов) коленчатого вала. Расход топлива получается минимальным при угловой скорости, средней между угловой скоростью w_N, соответствующей максимальной мощности, и угловой скоростью w_м, соответствующей максимальному крутящему моменту. При максимальных и минимальных угловых скоростях коленчатого вала удельный расход топлива увеличивается по сравнению с минимальным на 15…25%.

У дизелей удельный расход топлива в меньшей степени зависит от степени использования U, чем у карбюраторных двигателей. Максимальный расход топлива при малых значениях U отличается от минимального не более, чем в 1,5 раза.

Зная удельный расход топлива и мощность N_e, необходимую для движения автомобиля, можно найти часовой расход G_м по формуле:

(101)

Путевой расход связан с часовым расходом зависимостью

, (102)

где ρ_T – плотность топлива, г/см³ или кг/л. При расчете, если отсутствуют точные сведения о плотности применяемого топлива, можно считать для бензина 700...750 г/см³, для дизельного топлива 820...850 г/см³.

Подставляя значение G_m из (101) в (102) получим:

. (103)

В формулах (101)…(102) мощность выражена в кВт, скорость м/с силы Н. Если мощность выражена в л/с, скорость в км/ч, силы в кг, то

(103а)

Для тех случаев, когда графики зависимости удельного расхода топлива от степени: использования мощности двигателя и угловой скорости w_e (числа оборотов n_e) отсутствуют, доцент И.С. Шлиппе предложил приближенный способ определения g_е по формуле:

г/кВт·ч , (104)

где Q – эффективный удельный расход топлива при максимальной мощности двигателя N_max;

K_w – коэффициент, учитывающий зависимость удельного расхода топлива от угловой скорости (числа оборотов) коленчатого вала двигателя;

K_u – коэффициент, учитывающий зависимость удельного расхода топлива от степени использования мощности двигателя.

Коэффициенты K_w и К_и определяются по графикам, полученным обработкой статистических данных по удельным расходам топлива большого числа карбюраторных двигателей и дизелей (рис.28).