книги / Эксплуатационные свойства автомобилей. Тягово-скоростные свойства и топливная экономичность

ному значению оборотов и мощности найдём крутящий момент, который будет равен:

Me = Ne = 6,52 1000 30 =31,1 Нм. ωe 2000 3,14

Допустим, что на рис. 13 представлена характеристика двигателя, заданного в расчётах. Тогда с учётом полученных данных удельный расход топлива составил бы 400 г/КВт ч. Открытие дроссельной заслонки на заданном режиме работы составило бы 7,5 %. Соответственно, часовой расход топлива со-

ставил бы 6,52 400 = 2608 г/ч.

С учётом плотности бензина 0,75 кг/л часовой расход топлива составит 26080,75/1000=1,96л/ч. А при движении со скоростью 55км/чпутевойрасходтопливабудет(1,96/55) 100=3,6л/100км.

В учебных целях, а также для проектных расчётов невысокой точности используют более простую методику. Суть методики заключается в том, что удельный расход топлива меняется в зависимости от режима работы двигателя и зависит от изменения двух параметров: частоты вращения и нагрузки соответственно, и с учётом величины удельного расхода топлива при максимальной мощности gN определяется

таким образом:

ge = kИkобgN .

(12)

Коэффициент kИ изменения удельного расхода топлива в

зависимости от степени использования мощности двигателя «И» для бензинового двигателя можно вычислить по такой эмпирической зависимости

kИ = 2,75−4,61И+2,86И2.

(13)

Для дизельного двигателя имеется аналогичная формула, но с иными коэффициентами

41

kИ = 1,7− 2,63И+ 1,93И2.

(14)

В свою очередь, коэффициент kоб изменения удельного расхода топлива в зависимости от относительной частоты вращения (ne nN ) определяется так:

	kоб	= 1,23− 0,79		ne		+
			nN

			ne	2	(15)
	0,56			.
		nN

График для определения коэффициента kИ показан на рис. 15, а для определения коэффициента kоб на рис. 16.

Рис. 15. График для определения коэффициента kИ

Рис. 16. График для определения коэффициента kоб

42

Перемножение коэффициентов kИ и kоб даёт криволиней-

ную поверхность, которая может быть представлена графиком, показанным на рис. 17, а её проекция на плоскость в виде изолиний приближённо может характеризовать изолинии удельного расхода топлива на многопараметровой характеристике (рис. 18), полученной автором в результате моделирования в среде Octave. GNU Octave – свободная программная система для математических вычислений, использующая совместимый с MATLAB язык высокого уровня.

Рис. 17. Результат перемножения коэффициентов kИ и kоб в трехмерной системе координат

Таким образом, выражение (12) позволяет с достаточной для учебных целей точностью отразить изменение удельного расхода топлива в зависимости от реализуемых параметров работы двигателя:

– gN – удельного расхода топлива при максимальной мощности;

–И – степени использования мощности двигателя (крутящего момента);

–(ne nN )– относительной частоты вращения.

43

а

б

Рис. 18. Многопараметровые характеристики: а – реальная, б – по результатам моделирования

Удельный расход топлива при максимальной мощности выбирается в диапазоне: для бензинового двигателя 280…320г/КВтч, длядизельногодвигателя200…240г/КВт ч.

Для определения степени использования мощности (крутящего момента) двигателя воспользуемся данными рис. 19, на котором отображена рабочая точка двигателя, характеризующая его режим работы. На графике крутящего момента рабочая точка имеет параметры 100 Нм и 3000 об/мин. На графике мощности рабочая точка имеет параметры 31,4 КВт и 3000 об/мин. Степень использования крутящего момента по графику крутящего момента составит: И =100159,3= 0,628. По графику

мощности степень использования мощности составит такую же цифру: И = 31,450,0 = 0,628 . Показатели равноценны, но сте-

пень использования мощности используют чаще степени использования крутящего момента.

Поскольку максимальная мощность двигателя достигается при 6000 об/мин, то относительная частота вращения составит

(ne nN )= 0,5.

44

Рис. 19. Определение степени использования мощности (крутящего момента) двигателя

Если рассматривать движение автомобиля с постоянной скоростью, то степень использования мощности на текущем режиме работы двигателя определится так:

И =	Nд + Nв	.	(16)
	Nк

Обратимся к графику мощностного баланса (рис. 20): так, на графике можно видеть, что с одинаковой и постоянной скоростью, пусть это для определённости будет 60 км/ч, на автомобиле можно двигаться на любой из четырёх передач. Мощность на пятой передаче при этом будет максимальной и будет составлять примерно 0,3. Напротив, при движении на второй передаче мощности – минимальная и составляет примерно 0,1. С другой стороны, относительная частота вращения на второй передаче максимальна, а на пятой передаче – минимальна. Всё это предопределяет использование различных режимов работы двигателя, отличающихся эффективностью.

Построение топливно-экономической характеристики установившегося движения позволяет выявить взаимосвязи таких

45

режимов. Для движения автомобиля с постоянной скоростью путевой расход определяется режимом работы двигателя и соответствующим режиму работы удельным расходом топлива. Мощность двигателя при движении с постоянной скоростью затрачивается лишь на преодоление сил сопротивления дороги и воздуха.

Рис. 20. Степень использования мощности

Также путевой расход топлива принято измерять в литрах на 100 км пути. Учитывая такую особенность, уравнение для определения путевого расхода топлива записывается так:

Q	=	ge(Nд + Nв)	.	(1)
п		36ρтv ηтр

Считаем, что плотность ρт бензина составляет 0,75 кг/л,

а дизельного топлива 0,84 кг/л.

Тогда последовательность вычислений при определении путевого расхода топлива при движении автомобиля на каждой передаче будет выглядеть так:

–для заданных значений скорости v определяют значения мощности Nд и Nв и вычисляют их сумму;

–определяют значение мощности Nк на каждой передаче, на которой возможно движение с такой скоростью;

46

–по установленным для каждого значения скорости зна-

чениям мощности Nк, Nд и Nв вычисляют значения И по формуле (13), а затем по формуле (13) или (14) значение kИ;

–для значений скорости вычисляют значения ne и ne / nN;

–по значению относительной частоты вращения по формуле (15) определяют значение kоб;

–по формуле (12) и значениям коэффициентов kИ и kоб,

атакже значениям gN вычисляем текущее значение ge;

–по уравнению (14) находим значение путевого расхода Qп. Оформим табл. 19–23.

Таблица 19 Путевой расход топлива на 1-й передаче (постоянная скорость)

	Параметр	Единица			Величина
		измерения
	Обороты двигателя	об/мин	800	1000	2000	3000	4000	5000	5800
	Обороты относител.		0,138	0,172	0,345	0,517	0,690	0,862	1,000
	Скорость	км/ч	5,7	7,1	14,2	21,3	28,4	35,6	41,2
	Мощность сопротив.	КВт	0,42	0,53	1,08	1,68	2,36	3,16	3,87
	Мощность на колёсах	КВт	9,52	12,38	28,54	46,03	62,36	75,07	80,96
	(из табл. 17)
	Степень использова-	–	0,044	0,043	0,038	0,037	0,038	0,042	0,048
	ния мощности
	Коэффициент kИ	–	2,55	2,56	2,58	2,59	2,58	2,56	2,54
	Коэффициент kоб	–	1,13	1,11	1,02	0,97	0,95	0,97	1,00
	Удельный расход	г/ КВт ч	808	796	740	703	687	692	710
	Путевой расход	л/100 км	8,7	8,6	8,1	8,1	8,3	8,9	9,7

Таблица 20 Путевой расход топлива на 2-й передаче (постоянная скорость)

	Параметр	Единица			Величина
		измерения
	Обороты двигателя	об/мин	800	1000	2000	3000	4000	5000	5800
	Обороты относител.		0,138	0,172	0,345	0,517	0,690	0,862	1,000
	Скорость	км/ч	10,6	13,3	26,5	39,8	53,0	66,3	76,9
	Мощность сопротив.	КВт	0,79	1,00	2,17	3,68	5,69	8,37	11,11
	Мощностьнаколёсах	КВт	9,52	12,38	28,54	46,03	62,36	75,07	80,96
	(изтабл.17)

47

				Окончание табл.					20
Параметр	Единица			Величина
	измерения
Степень использова-	–	0,083	0,081	0,076	0,080	0,091	0,111		0,137
ния мощности
Коэффициент kИ	–	2,39	2,40	2,42	2,40	2,35	2,27		2,17
Коэффициент kоб	–	1,13	1,11	1,02	0,97	0,95	0,97		1,00
Удельный расход	г/ КВт ч	756	745	693	653	627	614		608
Путевой расход	л/100 км	8,2	8,2	8,2	8,8	9,7	11,2		12,7

Таблица 21

Путевой расход топлива на 3-й передаче (постоянная скорость)

	Параметр	Единица			Величина
		измерения
	Обороты двигателя	об/мин	800	1000	2000	3000	4000	5000	5800
	Обороты относител.		0,138	0,172	0,345	0,517	0,690	0,862	1,000
	Скорость	км/ч	15,2	19,1	38,1	57,2	76,2	95,3	110,5
	Мощностьсопротив.	КВт	1,16	1,48	3,47	6,44	10,91	17,36	24,29
	Мощность на колёсах	КВт	9,52	12,38	28,54	46,03	62,36	75,07	80,96
	(из табл. 17)
	Степень использова-	–	0,122	0,120	0,121	0,140	0,175	0,231	0,300
	ния мощности
	Коэффициент kИ	–	2,23	2,24	2,23	2,16	2,03	1,84	1,62
	Коэффициент kоб	–	1,13	1,11	1,02	0,97	0,95	0,97	1,00
	Удельный расход	г/ КВт ч	706	696	640	588	541	496	455
	Путевой расход	л/100 км	7,8	7,9	8,4	9,6	11,2	13,1	14,5

Таблица 22

Путевой расход топлива на 4-й передаче (постоянная скорость)

	Параметр	Единица			Величина
		измерения
	Обороты двигателя	об/мин	800	1000	2000	3000	4000	5000	5800
	Обороты относител.		0,138	0,172	0,345	0,517	0,690	0,862	1,000
	Скорость	км/ч	22,0	27,5	55,0	82,4	109,9	137,4	159,4
	Мощность сопротив.	КВт	1,74	2,27	6,03	12,77	23,99	41,16	60,20
	Мощность на колёсах	КВт	9,52	12,38	28,54	46,03	62,36	75,07	80,96
	(из табл. 17)

48

				Окончание табл.					22
Параметр	Единица			Величина
	измерения
Степень использова-	–	0,183	0,183	0,211	0,277	0,385	0,548		0,744
ния мощности
Коэффициент kИ	–	2,00	2,00	1,90	1,69	1,40	1,08		0,90
Коэффициент kоб	–	1,13	1,11	1,02	0,97	0,95	0,97		1,00
Удельный расход	г/ КВт ч	634	622	546	460	373	292		253
Путевой расход	л/100 км	7,3	7,4	8,7	10,3	11,8	12,7		13,8

Таблица 23

Путевой расход топлива на 5-й передаче (постоянная скорость)

	Параметр	Единица			Величина
		измерения
	Обороты двигателя	об/мин	800	1000	2000	3000	4000	5000	5280
	Обороты относител.		0,138	0,172	0,345	0,517	0,690	0,862	0,910
	Скорость	км/ч	26,4	33,0	66,0	98,9	131,9	164,9	174,1
	Мощность сопротив.	КВт	2,16	2,86	8,29	18,88	37,20	65,83	75,91
	Мощность на колёсах	КВт	9,52	12,38	28,54	46,03	62,36	75,07	75,90
	(из табл. 17)
	Степень использова-	–	0,227	0,231	0,290	0,410	0,596	0,877	1,000
	ния мощности
	Коэффициент kИ	–	1,85	1,84	1,65	1,34	1,02	0,91	1,00
	Коэффициент kоб	–	1,13	1,11	1,02	0,97	0,95	0,97	0,97
	Удельный расход	г/ КВт ч	586	572	474	365	271	245	273
	Путевой расход	л/100 км	7,0	7,2	8,6	10,1	11,1	14,2	17,2

Следует обратить внимание, что столбцы в табл. 23 заканчиваются на оборотах меньших, чем максимально возможные, так как скорость достигает максимально возможного значения. При этом коэффициент использования мощности максимален и равен единице.

По результатам расчётов построим график путевого расхода топлива при движении автомобиля с постоянной скоростью (рис. 21).

49

Рис. 21. График путевого расхода топлива

Анализируя данные графика, необходимо отметить, что при движении с постоянной скоростью выгодно использовать высокие передачи, поскольку движение на них характеризуется более низким путевым расходом топлива. Пересечение линий расхода топлива на 1-й и 2-й передаче не является показательным, так как движение автомобиля на этих передачах приводит к использованию режимов работы двигателя с высоким удельным расходом.

При выборе данных автомобиля в данном пособии использовался не конкретный автомобиль с его параметрами, подобранными разработчиками, а некая сборная модель с различными параметрами, близкими легковому автомобилю малого класса. Это подтверждается, например, графиком мощностного баланса (см. рис. 12), на котором видно, что передаточные числа трансмиссии для такой модели не являются оптимальными. Так, на 4-й передаче невозможно движение автомобиля с максимальной для выбранных условий движения скоростью. А 5-я передача не является экономичной. Используя возможности вычислений в среде MS Excel, возможно изменение исходных данных без существенного увеличения трудоёмкости вычислений. Проиллюстрируем данное положение следующим примером. Исправим ситуацию с передаточными числами и уменьшим передаточное число главной передачи с 3,937 до 3,520.

50