Уравнение расхода топлива

Исходным графиком для определения расходов топлива и является нагрузочная характеристика и . Эти зависимости строят для установившегося режима двигателя при той же его комплектации, которая была принята для скоростной характеристики. Эти зависимости строят для установившегося режима работы двигателя при той же его комплектации, которая была принята для скоростной характеристики

Между расходами и существует зависимость

где - плотность топлива, кг/л.

Для анализа связи расхода топлива с условиями движения предложен график – топливно-экономическая характеристика при движении с на дорогах с различными коэффициентами . Она может быть построена для каждой передачи.

В общем случае кривые для каждого коэффициента дорожного сопротивления имеют минимум. Скорости, для которых расход минимальный тем меньше, чем больше коэффициент дорожного сопротивления. Иногда, особенно для автомобилей с дизелем, повышается во всём диапазоне увеличения . При движении по дорогам, на которых ( - динамический фактор, равный ) двигатель работает не по внешней, а по частичным характеристикам.

Топливо – экономическая характеристика может быть построена по результатам дорожных или стендовых испытаний, а также по результатам расчёта, который проводят в следующем порядке:

- задаются коэффициентом ;

- задаются несколькими значениями скорости и для каждого из них находят

;

- для каждого значения частоты вращения по внешней характеристике находят значение мощностей;

- определяют коэффициент использования мощности ;

- пользуясь графиком для каждого значения скорости по соответствующим оборотам и подсчитываются ,

- по полученным значениям коэффициента и отношениям находят для каждой из принятых скоростей, где:

- коэффициент, учитывающий зависимость , - коэффициент, учитывающий зависимость ;

- определяют .

Влияние конструктивных факторов на топливную экономичность

Одним из основных путей снижения расходов топлива автомобильным транспортом является дизелизация его. Для повышения топливной экономичности широкое распространение получает применение двигателя с наддувом и охлаждением надувочного воздуха. На частичных нагрузках это позволяет экономить 10 % топлива. Кроме того, при этом увеличивается запас крутящего момента, что сказывается на топливной экономичности.

Увеличение числа ступеней трансмиссии позволяет подбирать передаточные числа, обеспечивающие значения коэффициента И более близкие к оптимальным в различных условиях движения. В результате не только уменьшается расход Q_з, но и его минимальное значение соответствует большим значениям мощности N_уд и, следовательно, большей скорости V_ср. В связи с этим наблюдается тенденция к увеличению числа передач.

На легковых автомобилях всё чаще применяют пятиступенчатые, а на грузовых многоступенчатые (8…20 ступеней) коробки передач.

На топливную экономичность влияет также выбор передаточных чисел трансмиссии и их распределение между механизмами.

Изменение полной массы m_a автомобиля влияет на расход топлива в основном в результате изменения силы Р_к. Значение m_a определяет также силы Р_п и Р_и однако, при квалифицированном вождении энергия, затрачиваемая на преодолении этих сил в значительной своей части возвращается.

Установлена линейная зависимость расхода Q_s от массы m_a

Q_s=a+bm_a

a и b – коэффициенты регрессии, определённые для разных типов автомобилей и дорог

Q_w = b+a/m_a,

Q_w – удельный расход топлива в л/100 тыс. км.

При повышении полной массы, а следовательно, полезной нагрузки, в целом уменьшается удельный расход топлива. Влияние повышения полной массы автомобиля на топливную экономичность особенно эффективно при малых и средних значениях m _a.

Реализация полного комплекса мероприятий по улучшению мероприятий по улучшению аэродинамики автопоезда может обеспечить снижение расхода топлива на 10…15 %.

Существенное влияние на топливную экономичность автомобилей оказывают энергетические характеристики шин. При уменьшении коэффициента f_a на 10 % расход топлива снижается на 2.5…3,54 % (f_a – осреднённый коэффициент сопротивления качению с учётом дополнительных сил сопротивления движению).

Влияние эксплуатационных факторов на топливную экономичность

Натопливнуюэкономичностьбольшоевлияние оказывают грузоподъёмность грузовых автомобилей и коэффициент использования грузоподъёмности γ, равный отношению массы фактически перевозимого груза к массе номинальной грузоподъёмности. Для пассажирских автомобилей такое же значение имеет пассажировместимость и степень её использования.

Наибольшая экономия топлива на единицу массы перевозимого груза наблюдается при использовании автопоездов. Это объясняется прежде всего лучшим использованием массы η_н = 2…2,5, для полуприцепов η_н = 3…4. Кроме того, уменьшается отношение Р_в/m_н поскольку при возрастании грузоподъёмности автопоезда по сравнению с автомобилем ~ в 2 раза сила Р_в возрастает лишь на 20…25 % (в основном за счёт увеличения коэффициента к_в). Наконец, при рациональном подборе массы прицепа снижается расход g_e за счёт увеличения коэффициента И.

Расход топлива существенно зависит от умения водителя выбрать режим работы двигателя. В большинстве случаев эта одна из высших передач, обеспечивающих в данных условиях работу двигателя с коэффициентом использования не выше 80…90 %.

Для экономии топлива могут быть рекомендованы следующие приёмы вождения:

- оптимальная экономическая скорость движения – на горизонтальном участке дороги на 25 % ниже максимальной;

- средняя частота n_ср должна быть на 30…40 % ниже номинальной;

- на горизонтальном участке дороги необходимо использовать высокие передачи, отдавая предпочтение прямой передаче;

- во всех случаях необходимо обеспечивать равномерное движение автомобиля без резких разгонов и торможений и лишних переключений передач;

- в процессе движения необходимо использовать режимы работы двигателя, обеспечивающие наименьшие расходы топлива в соответствии с его многопараметровой характеристикой.

Своевременное техническое обслуживание позволяет повысить топливную экономичность автомобиля в эксплуатации.

Под плавностью ходапонимают совокупность свойств, обеспечивающих ограничение в пределах установленных норм вибронагруженности водителя, пассажиров, грузов, шасси и кузова.

Основным источником возникновения вынужденных колебаний является микропрофиль дороги, геометрическая и силовая неоднородность шин, неравномерность вращения колёс.

Основными устройствами, защищающими автомобиль, водителя, пассажиров и грузы от больших динамических воздействий дороги и ограничивающими их вибронагруженность допустимым уровнем, являются подвески и шины, а также упругие сидения.

Выступы и впадины микропрофиля случайны по размерам и расположению. Колебания, возникающие при движении по дороге со случайным микропрофилем, имеют случайный характер.

Основными оценочными показателями плавности хода являются уровни вибронагруженности водителя, пассажиров, грузов и характерных элементов шасси и кузова.

Оценка уровня вибронагруженности производится по средним квадратичным значениям ускорений колебаний (виброускорений) или скоростей колебаний (виброскоростей) в вертикальном и горизонтальном направлениях.

Вибронагруженность оценивают логарифмическим уровнем виброскорости в (дБ).

L_v=20lgσ /(5·10^-8).

σ - среднее квадратичное значение виброскорости в октавной полосе, м/с;

5·10^-8 – значение виброскорости, с которой проводят сравнение.

Нормы допустимых виброскоростей разнятся для различных частей колебаний.

Частоты группируются в октавные полосы, каждая из которых определяется средней геометрической величиной граничных (min и max) для данной полосы частот. В первую октавную полосу водят частоты от 0,7 до 1,4 Гц. Среднее геометрическое значение равно . Для второй октавной полосы (1,4…2,8 Гц) среднее геометрическое значение равно 2 и т.д.

Основным измерителем вибронагруженности при оценке плавности хода автомобиля служит среднее квадратичное значение ускорений, которое связано со средним квадратичным значением скорости приближённой формулой:

σ =2πσ /ν₀.

σ - среднее квадратичное виброускорение, м/с²;

ν₀ – среднеегеометрическое значение частоты октавных полос, Гц.

На плавность хода и некоторые другие эксплуатационные свойства большое влияние оказывают колебания колёс и жёстко связанных с ними элементов. Нормы на эти колебания не установлены, однако, основными требованиями являются отсутствие жёстких ударов, связанных с колёсами элементов в ограничители, установленные на раме кузова.

При заводских расчётах колебаний автомобиля, пользуются колебательной системой дифференциальных уравнений, включающих шесть масс (массы обозначают – m, упругие элементы – с, демпфирующие элементы – к).

К подрессоренным массам относятся: m_в – массы водителя и пассажиров, m_тпд – массы кузова тягача и рамы с двигателем, механизмами трансмиссии и управления, m_ппд – рамы полуприцепа с укреплёнными на ней элементами.

К неподрессоренным массам относятся массы переднего и заднего мостов тягача (m_{т1 нп} и m_{т1 нп}) и моста полуприцепа m_{п нп}.

При изучении колебаний автомобиля обычно принимают допущения, что каждая шина соприкасается с дорогой в одной точке, т.е. перемещения контактных поверхностей шин, точно копируют неровность дороги. Считается, что профиль дороги под правыми и левыми колёсами каждого моста идентичны, поэтому оба эти колеса заменяют одним.

Число степеней свободы такой колебательной системы равно девяти, её колебания описываются системой девяти дифференциальных уравнений второго порядка.

Для изучения колебаний в первом приближении удобнее пользоваться упрощённой колебательной системой с тремя массами. Подрессоренная масса m_пд включает массу кузова, двигателя, механизмов трансмиссии, пассажиров, водителя, грузовую платформу, полезную нагрузку.

Эти элементы в совокупности рассматривают как твёрдое тело, имеющее две степени свободы – перемещение в вертикальном направлении и поворот в вертикальной плоскости.

Неподрессоренные массы m_{1 нп} и m_{2 нп} (передний и задний мосты) имеют по одной степени свободы – вертикальные перемещения. Таким образом, система, имитирующая в данном случае двухосный автомобиль, имеет четыре степени свободы.

Проходимость – эксплуатационное свойство, определяющее возможность движения автомобиля в ухудшенных дорожных условиях, по бездорожью и при преодолении различных препятствий.

Потеря проходимости автомобиля может быть полной и частичной. Полная потеря – застревание – прекращение движения. Возможность движения по проходимости выражается неравенством Р_т>ΣР_i. Частичная потеря связана со снижением скорости продвижения (производительности), а также с ростом расхода топлива в рассматриваемых условиях движения.

По уровню проходимости автомобили и автопоезда подразделяются на следующие: дорожные, повышенной проходимости и высокой проходимости.

К дорожным относятся автомобили, предназначенные преимущественно для использования на дорогах с твёрдым покрытием. Конструктивными признаками таких автомобилей являются: неполноприводность (4х2, 6х2, 6х4), шины с дорожным или универсальным рисунком протектора, использование в трансмиссии простых (неблокируемых) дифференциалов.

Автомобили повышенной проходимости предназначены для использования как на дорогах с твёрдым покрытием, так и вне дорог и преодоление естественных препятствий. Их основным конструктивным признаком является полноприводность, поэтому эту группу называют полноприводные автомобили. На них обычно применяют тороидные шины с грунтозацепами, широкопрофильные или арочные шины. Используют систему регулирования давления воздуха в шинах. В трансмиссиях устанавливают блокируемые дифференциалы, они обеспечены лебёдками.

Автомобили высокой проходимости предназначены для преимущественного использования в условиях бездорожья, естественных и искусственных препятствий, а также водных преград. Они отличаются компоновочной схемой, полноприводностью, наличием в трансмиссии самоблокирующихся дифференциалов, использованием специальных шин, дополнительных устройств для преодоления канав, очень часто они являются плавающими и имеют водяной движитель.

Проходимость делится на профильную и опорную. Профильная – характеризует возможность преодолеть неровности пути, препятствиями вписываться в требуемую полосу движения.

Опорная проходимость – определяет возможность движения в ухудшенных дорожных условиях и по деформированным грунтам.

Основной причиной ухудшения процесса взаимодействия колеса с поверхностью дороги является наличие промежуточного элемента (вода, грязь, снег и прочее) в контакте шины с дорогой, что приводит к снижению коэффициента сцепления и, как следствие к ограничению полной тяговой силы.

Снижение коэффициента сцепления в результате влаги отрицательно сказывается на коэффициенте сопротивления бокового увода шины, а следовательно, на устойчивости движения и управляемости автомобиля.

При качении автомобильного колеса по мягкому грунту происходит деформация не только шины, но и грунта, в результате чего, сила сопротивления качения увеличивается – добавляется сила сопротивления грунта качению колеса Р_fг.

Эта сила определяется работой, затрачиваемой на деформацию грунта, проскальзывание шины относительно грунта, преодоление прилипания грунта к шине.

Если считать деформацию грунта основной причиной, а остальные второстепенными, то сила сопротивления грунта качению Р_fг=А_г/S. Работа, затрачиваемая на деформацию грунта А_г=SB ,

S – длина колеи,

В – ширина колеи,

Р=f(h_г) – зависимость нормального давления колеса на грунт от глубины колеи. Сила сопротивления грунта качению P_fг=В .

Коэффициент сопротивления грунта качению f_г=Р_fг/P_zк.

Сила трения материала шины о грунт зависит от нагрузки на опорную поверхность грунтозацепов и коэффициента трения резины по грунту

Р_тр=к_н·G_к·φ_р,

к_н – коэффициент насыщенности рисунка протектора, определяющий долю нагрузки, приходящейся на грунтозацепы,

G_к – нагрузка на колесо,

φ_р - коэффициент трения резины по грунту.

Профильная проходимость

Большинство единичных показателей профильной проходимости представляет собой геометрические параметры автомобилей и прицепного состава.

Профильную проходимость оценивают по единичным показателям (рис. 41):

1. Дорожный просвет Н₁ – расстояние от одной наиболее низко расположенных точек автомобиля до опорной поверхности.

2. Передний L₆ (задний L₉) свес – расстояние от крайней точки контуров передней (задней) выступающей части по длине автомобиля до плоскости, перпендикулярной опорной поверхности и проходящей через центры передних (задних) колёс.

3. Угол переднего γ₂ (заднего γ₃) свеса – угол между опорной поверхностью и плоскостью, касательной к окружности наружных диаметров передних (задних) колёс и проходящей через точку контура передней (задней) части автомобиля таким образом, что все остальные точки контура оказываются с внешней стороны этого угла.

4. Продольный радиус проходимости R₅ – радиус цилиндра, касательного к окружности, описанными свободными радиусами соседних колёс, наиболее

разнесённых по базе, и проходящего через точку контура нижней части автомобиля так, что все остальные точки контура оказываются с внешней стороны этого цилиндра.

5. Наибольший угол преодоления подъёма – угол подъёма, имеющего протяжённость не менее, двукратной длины автомобиля и ровную поверхность, преодолеваемой автомобилем без использования инерции и нарушений условий нормальной работы агрегатов.

6. Наибольший угол преодолеваемого автомобилем косогора – при движении по косогору без бокового скольжения колёс более, чем на ширину профиля шины.

7. Угол гибкости в вертикальной β и горизонтальной α плоскостях. Для прицепного автопоезда углами гибкости являются углы возможного отклонения дышла прицепа от оси тягово-сцепного устройства автомобиля – тягача. Для седельного автопоезда углы гибкости определяются предельными положениями продольных осей автомобиля – тягача и полуприцепа в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

8. Поперечный радиус проходимости R_п – радиус цилиндра, касательного к колёсам одного моста и проходящего через точку контура нижней части автомобиля, определяет проходимость через неровности, ширина которых соизмерима с колеёй автомобиля и должен быть возможно меньшим.

8. Угол перекоса мостов γ – сумма углов поворота осей переднего и заднего мостов относительно продольной оси автомобиля.

10. Коэффициент совпадения следов передних и задних колёс η_с=в_сп/в_сз

(в_сп, в_сз – ширина следа соответственно за передними и задними колёсами).

11. Ширина рва и высота вертикальной стенки.

К оценочным показателям опорной проходимости относятся: сцепная масса (m_вк), коэффициент сцепной массы (к_φ=G_вк/G_a), удельная мощность, мощность сопротивления качению, мощность колееобразования, полная сила тяги, свободная сила тяги, коэффициент свободной силы тяги, сила тяги на крюке, _{удельная} сила тяги на крюке, тяговая мощность на крюке и удельная тяговая мощность на крюке.

Критерием предельного уровня проходимости является способность преодоления труднопроходимых участков грунта.