5. Топливная экономичность

5.1. Измерители топливной экономичности

Топливная экономичность - это эксплуатационное свойство автомобиля экономно расходовать топливо в процессе эксплуатации.

Для измерения топливной экономичности автомобилей используются в основном 2 показателя:

- путевой расход топлива (л/100 км);

- транспортный расход топлива (л/100 ткм; л/100 пасс-км).

Путевой расход топлива представляет собой расход топлива на единицу пути:

q_s = Q_s/S*100, (107)

где Q_s - общий расход топлива, л;

S - длина пройденного пути, км.

Транспортный расход топлива представляет собой расход топлива на единицу транспортной работы (л/100ткм):

q_w = Q_s/W_s*100, (108)

где W_s - величина транспортной работы, совершенной автомобилем на пробеге S км, ткм (пасс-км).

W_s = М_грS_гр, (109)

где М_гр – масса перевезенного груза, т;

S_гр – пробег автомобиля с грузом, км.

Показатель транспортного расхода топлива в отличии от путевого выражает эффективность расходования топлива.

В качестве измерителей топливной экономичности двигателя используют часовой расход топлива q (кг/ч), а также удельный эффективный расход g_е (гр/(кВт ч)).

Часовой расход топлива:

q_т = g_еN_е /1000 = 3600Q_s ρ_т/τ, (110)

где τ – время работы двигателя.

Из формулы 107 и 110 получаем:

q_т = 36 ρ_тq_sS/τ = 36 ρ_тq_sV_a. (111)

5.2. Уравнение расхода топлива

Связь путевого расхода топлива (q_s) с показателями работы автомобильного двигателя (g_e и N_e) такова:

q_s = , (112)

где _т – плотность топлива, г/см³;

N_e – молщность развиваемая двигателем кВт;

V_а - скорость движения автомобиля, м/с.

Как следует из уравнения мощностного баланса, эффективная мощность, развиваемая двигателем движущегося автомобиля, определяется мощностью сил сопротивления движению. Подставляя выражение (57) в уравнение (112), получим уравнение расхода топлива:

q_s = (n_о + N_тр + N_f + N_ + N_w + N_j + N_кр). (113)

Учитывая, что мощность сил сопротивления движению равна произведению суммы сил сопротивления на скорость, уравнение (113) можно привести к следующему виду:

q_s = (P_о + P_тр + P_f + P_ + P_w + P_j + P_кр). (114)

5.3. Оценочные показатели и характеристики топливной экономичности автотранспортных средств

Для оценки топливной экономичности автотранспортных средств ГОСТ 20306-90 предусматривает следующие показатели и характеристики.

1. Контрольный расход топлива.

2. Расход топлива в магистральном цикле на дороге.

3. Расход топлива в городском цикле на дороге.

4. Расход топлива в городском цикле на стенде.

5. Топливная характеристика установившегося движения.

6. Топливно-скоростная характеристика на магистрально-холмистой дороге.

Условия проведения испытаний следующие:

А. Скорость установившегося движения (при определении контрольного расхода топлива):

40 и 60 км/ч - для городских автобусов и полноприводных автомобилей с полной массой свыше 3,5 т;

60 и 80 км/ч - для грузовых автомобилей и автопоездов, а также специальных, междугородных и дальнего следования автобусов с полной массой свыше 3,5 т;

90 и 120 км/ч - для легковых и грузовых автомобилей, а также автобусов с полной массой до 3,5 т.

Б. Нагрузка: 100 % - для всех АТС с полной массой свыше 3,5 т;

50 % - для АТС с полной массой до 3,5 т.

В. Дорожные условия (кроме характеристики на магистрально-холмистой дороге): прямая, горизонтальная, асфальтобетонная или цементобетонная дорога длиной не менее 1 км.

Г. Атмосферные условия: скорость ветра - не более 3 м/с, температура воздуха - не ниже 3 °С; атмосферное давление - не ниже 910 ГПа (683 мм рт.ст.); относительная влажность воздуха - не выше 95%; отсутствие осадков.

Контрольный расход топлива - это осредненный путевой расход топлива, соответствующий двум установившимся скоростям движения автомобиля на высшей передаче с определенной массой груза.

Контрольный расход топлива для всех АТС с полной массой свыше 3,5 т вычисляют по формуле:

q_кр = (q_s1 + q_s2)/2, (115)

где q_s1 и q_s2 - расходы топлива, соответствующие двум заданным

скоростям движения, л/100 км.

Для легковых и всех других автомобилей с полной массой до 3,5 т численные значения контрольного расхода топлива определяют по формуле:

q_кр = 0,25(q_s1+ q_s2) + 0,5 q_гец, (116)

где q_гец - расход топлива в городском ездовом цикле (ГЕЦ) на стенде, л/100км.

Топливная характеристика установившегося движения - это зависимость путевого расхода топлива от скорости установившегося движения автомобиля. При экспериментальном определении топливной характеристики условия проведения испытаний аналогичны условиям определения контрольного расхода топлива. Единственное отличие заключается в том, что путевой расход топлива определяется не при двух фиксированных скоростях движения, а для целого ряда скоростей, кратных десяти, начиная от максимальной и кончая минимальной устойчивой скоростью. При этом скорости движения легковых автомобилей задают через 20 км/ч, а грузовых и автобусов - через 10 км/ч. По своему физическому смыслу данная характеристика выражает минимальный расход топлива при различных скоростях установившегося автомобиля на высшей передаче с заданной нагрузкой.

Расход топлива в магистральном цикле на дороге - это расход топлива, полученный на прямой горизонтальной дороге при имитации магистрального режима движения автомобиля.

Скоростной режим движения имитируется в соответствии с операционной картой, предусматривающей разгоны, движение с постоянной скоростью, замедления двигателем. Схема магистрального ездового цикла (МЕЦ) для автомобилей с полной массой до 3,5 т, а также туристских и междугородных автобусов представлена на рис. 27.

Рис. 27. Схема ездового цикла, имитирующего магистральный

режим движения

МЕЦ осуществляется на прямой, горизонтальной, асфальтобетонной или цементобетонной дороге длиной не менее 4 км. Нагрузка и атмосферные условия должны быть такими же, как и при определении контрольного расхода топлива.

Расход топлива в МЕЦ на дороге используется для оценки топливной экономичности автомобилей при движении на загородных магистралях.

Расход топлива в городском цикле на стенде - это расход топлива, полученный при имитации городского движения на стенде в соответствии с международными требованиями.

Данный показатель рассчитан только на автомобили с полной массой до 3,5 т, т.е. на легковые автомобили, микроавтобусы и грузовые автомобили особо малой грузоподъёмности. Имитация движения на стенде осуществляется в соответствии с операционной картой. В процессе испытаний цикл повторяется без перерыва 11 раз. При этом первые пять прогонов цикла предназначены для прогрева всех узлов и агрегатов автомобиля. Непосредственно измерения расхода топлива производят троекратно в следующих друг за другом прогонах пар циклов: 6-7, 8-9, 10-11. Средний расход определяют как среднее арифметическое трех последовательных измерений.

Топливно-скоростная характеристика на магистрально-холмистой дороге - это зависимость расхода топлива и средней скорости от допускаемой скорости движения, полученная на магистрально-холмистой дороге с заданной характеристикой при движении в заданном режиме (рис. 28).

Рис. 28. Топливно-скоростная характеристика на

магистрально-холмистой дороге

Данная характеристика определяется на измерительном участке цементно- или асфальтобетонной дороги, находящемся на высоте над уровнем моря не более 1000 м, длиной 13 - 15 км, имеющем продольный профиль с чередующимися подъёмами и спусками длиной до 600 - 800 м и уклонами до 4%. Концы участка должны располагаться на одной высоте над уровнем моря. Атмосферные условия и нагрузка должны быть такими же, как при определении контрольного расхода топлива.

Для определения каждой точки зависимостей q_s = f(V_доп) и V_s= f(V_доп) автомобиль совершает пробег по измерительному участку с максимально возможной скоростью, не превышающей заранее установленный предел (V_доп). Количество таких пределов (допускаемых скоростей) принимается с таким расчетом, чтобы число заездов было не менее четырёх, а скорости V_доп находились в пределах от 40 км/ч до V_max и были кратны десяти. На основании измерений определяется средний расход топлива и средняя скорость движения для каждого заезда, соответствующего определённой допускаемой скорости. После того строят графики зависимости среднего расхода топлива и средней скорости от величины допускаемой скорости. Топливно-скоростная характеристика используется для совместной оценки скоростных свойств и топливной экономичности при работе автомобиля на дорогах магистрально-холмистого типа.