Методы решения уравнения расхода топлива автомобилем

Уравнение расхода топлива

В процессе движения автомобиля эффективная мощность двигателя затрачивается на преодоление сил сопротивления движению:

(7.6)

Подставив N_e в выражение для путевого расхода топлива, получим уравнение расхода топлива автомобилем:

(7.7)

Из уравнения расхода топлива следует, что путевой расход топлива зависит от топливной экономичности двигателя(g_e), технического состояния шасси (η_тр), дорожных условий(P_д), скорости движения и обтекаемости кузова (Р_в), нагрузки и режима движения(Р_и).

Для определения путевого расхода топлива в различных дорожных условиях должна быть известна зависимость удельного эффективного расхода топлива от степени использования мощности двигателя при разных значениях угловой скорости коленчатого вала. Такая зависимость для бензинового двигателя приведена на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1 – Зависимости удельного эффективного расхода топливаg_e от степени использования И мощности двигателя при разных значениях угловой скорости коленчатого вала ω_е

Степень использования мощности определяется выражением:

(7.12)

Удельный эффективный расход топлива g_e существенно зависит от степени использования мощности двигателя и в меньшей степени – от угловой скорости коленчатого вала ω_е. При увеличении степени использования мощности двигателя и снижении угловой скорости коленчатого вала g_e уменьшается. Возрастание g_e при низкой степени использования мощности двигателя вызвано уменьшением механического коэффициента полезного действия двигателя и ухудшением условий для сгорания смеси в цилиндрах. Удельный эффективный расход топлива также несколько возрастает при высокой (близкой к полной) степени использования мощности из-за обогащения горючей смеси.

В общем случае удельный расход топлива определяется по формуле:

(7.8)

гдеg_N – удельный эффективный расход топлива при максимальной мощности двигателя, г/(кВтч);

k_ω – коэффициент изменения в зависимости от угловой скорости коленчатого вала двигателя;

k_И – коэффициент изменения в зависимости от степени использования мощности двигателя.

Удельный эффективный расход топлива при максимальной мощности для бензиновых двигателей составляет 300–340 г/(кВт·ч), а для дизельных двигателей – 220–260 г/(кВт·ч).

Коэффициент, учитывающий частоту вращения коленчатого вала (k_ω) который определяется для всех типов двигателей по эмпирической формуле:

(7.9)

Коэффициент, учитывающий степень использования мощности двигателя k_и определяется по уравнениям для бензинового и дизельного двигателей соответственно:

Вывод формулы расхода топлива

Расчётная часть

В настоящее время в качестве простейшей математической модели расхода топлива О, л/100 км, принимается следующее V равнение:

(2.1)

где — удельный расход топлива, г/(кВт-ч);

— расчетный вес автомобиля, Н;

— коэффициент дорожного сопротивления (0,026);

к— коэффициент сопротивления воздуха;

F—лобовая площадь автомобиля, кв.м;

— скорость автомобиля (принимается 60% максимальной паспортной

— коэффициент полезного действия трансмиссии (принимается

0,875 для автомобилей с одним и 0,825 с двумя ведущими мостами);

— плотность топлива (принимается 0,74 для бензина и 0,825

для дизельного топлива), г/см3.

Это уравнение весьма приближенно. Удельный расход топлива не является постоянной величиной. При увеличении нагрузки он уменьшается примерно с 650 до 300 г/кВт-ч). Как видно из нагрузочной характеристики двигателя, наудельный и часовой расходы топлива сильно влияет частота вращения коленчатого вала.

При изменении режимов работы двигателя существенно изменяется коэффициент избытка воздуха а, от величины которого очень сильно зависит топливная экономичность автомобиля. Уравнение не учитывает коэффициенты избытка воздуха, полезного действия двигателя, передаточные числа коробки передач и главной передачи, радиус колес, теплоту сгорания топлива и другие параметры. Эта модель для эксплуатационных расчетов и нормирования топлива практически непригодна. Поэтому ниже рассматривается другая, более совершенная модель.

При разработке мероприятий по экономии топлива необходимо исходить из глубокого понимания и анализа основ теории двигателя, способов приготовления горючих смесей, процессов сгорания в двигателях, особенностей протекания рабочих процессов на различных режимах, а также учета влияния различных условий работы и конструктивных и эксплуатационных параметров автомобиля и экономичных методов управления на его топливную экономичность. Очень важно уметь рассчитывать и определять нормы расхода топлива при движении автомобиля и дорожных условиях и при испытании на стенде с беговыми барабанами. В основу этих расчетов должна быть положена совершенная математическая модель расхода топлива, учитывающая основные эксплуатационные и конструктивные параметры двигателя и автомобиля.

Уравнение расхода топлива, л/100 км, можно получить из выражения

(2.2)

где — часовой расход топлива, кг/ч;

—скорость движения автомобиля, км/ч;

—плотность топлива, г/см3.

Для расчета часового расхода топлива необходимо удельный расход

топлива умножить на мощность:

(2.3)

где — удельный расход топлива, кг/(кВт-ч);

— эффективная мощность двигателя, кВт;

— среднее эффективное давление, кПа;

— низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

— эффективный КПД;

— рабочий объем цилиндров двигателя, л;

n — частота вращения коленчатого вала, мин’1.

Частота вращения коленчатого вала, мин»‘ определяется по формуле че-

рез скорость движения автомобиля:

(2.4)

где , — передаточные числа главной передачи и коробки передач;

— радиус качения, м.

Эффективный КПД двигателя можно выразить через механический и инди-

каторный КПД следующим образом:

(2.5)

где — среднее давление механических потерь в двигателе, кПа.

Среднее эффективное давление ре определяется из уравнения мощности,

подведенной к колесам автомобиля. Мощность на ведущих колесах, кВт:

(2.6)

Третье слагаемое является исполнительной силой на преодоление сил

инерции. Эта сила складывается из силы , необходимой для разгона поступательно движущихся масс, и силы, необходимой для разгона вращающихся частей. Для упрощенных расчетов можно принять, что сила ,пропорциональна силе и коэффициенту , который учитывает влияние вращающихся масс(маховик, колеса и др.):

(2.7)

где — ускорение (замедление) движущегося автомобиля, м/с2.

Коэффициент приближенно рассчитывается по формуле:

(2.8)

где — постоянная для данного автомобиля величина (для легковых авто-

мобилей 0,03. 0,05, для грузовых и автобусов 0,05. 0,07);

— передаточное число в коробке передач.

(2.9)

(2.10)

Для определения среднего давления механических потерь на трение в дви-

гателе существует ряд эмпирических формул, которые в общем виде записываются так:

=𝑎+b∙ (2.11)

где а и b — постоянные для данного двигателя коэффициенты;

— средняя скорость поршня, м/с.

Эти потери от мощности двигателя практически не зависят. Выразив скорость поршня через его ход (8п, м) и частоту вращения коленчатого вала (п, мин’), получим, кПа,

=𝑎+0,033∙ 𝑛(2.12)

Примерно 65% энергетических потерь на трение приходится на цилиндро-

поршневую группу, 15. 20 %—на процессы газообмена и 10%—на привод вспомогательных приборов. За счет снижения механических потерь на трение, газообмен и привод вспомогательных приборов расход топлива можно снизить на 3. 5 %.

Коэффициенты а и Ъ экспериментально находят для каждого типа двигате-

ля при разных отношениях хода поршня к диаметру цилиндра Dц. Для карбюраторных двигателей при / Dц >1 значение коэффициентов а и Ь несколькобольше, чем при / Dц

Уравнение расхода топлива

В процессе движения автомобиля эффективная мощность дви­гателя затрачивается на преодоление сил сопротивления движе­нию. Для ее определения воспользуемся уравнением мощностного баланса автомобиля:

.

Подставив найденную величину N_e в выражение для путевого расхода топлива, получим уравнение расхода топлива автомоби­лем

В этих выражениях мощность представлена в кВт, сила — в Н, а скорость — в м/с.

Из уравнения расхода топлива следует, что путевой расход топ­лива зависит от топливной экономичности двигателя (g_e),техни­ческого состояния шасси (η_тр), дорожных условий (Р_д), скорости движения и обтекаемости кузова (Р_в), нагрузки и режима движе­ния (Р_и).

При использовании уравнения расхода топлива для определе­ния путевого расхода топлива в различных дорожных условиях должна быть известна зависимость удельного эффективного рас­хода топлива от степени использования мощности двигателя при разных значениях угловой скорости коленчатого вала. Такая зави­симость для бензинового двигателя приведена на рис. 4.1.

Из этого рисунка следует, что удельный эффективный расход топлива g_e существенно зависит от степени использования мощ­ности двигателя И и в меньшей степени — от угловой скорости коленчатого вала ω_е. При увеличении степени использования мощности двигателя и снижении угловой скорости коленчатого вала g_e уменьшается. Возрастание удельного эффективного расхода топлива при низкой степени использования мощности двигателя вызвано уменьшением механического коэффициента полезного действия двигателя и ухудшением условий для сгорания смеси в цилиндрах. Удельный эффективный расход топлива также несколь­ко возрастает при высокой (близкой к полной) степени исполь­зования мощности из-за обогащения горючей смеси.

Рис. 4.1. Зависимости удельного эффектив­ного расхода топлива g_e от степени исполь­зования И мощности двигателя при разных значениях угловой скорости коленчатого вала ω_е:

4.3. Топливно-экономическая характеристика автомобиля

Топливно-экономической характеристикой автомобиля назы­вается зависимость путевого расхода топлива от скорости при рав­номерном движении автомобиля по дорогам с разным сопротив­лением.

Топливно-экономическая характеристика позволяет определять расход топлива по известным значениям скорости движения и коэффициента сопротивления дороги. Она может быть построена для любой передачи, однако обычно ее строят для высшей пере­дачи.

На рис. 4.2 представлена топливно-экономическая характерис­тика автомобиля для трех различных дорог с разными коэффици­ентами сопротивления, причем ψ₁ 24 252627>

Дата добавления: 2021-12-14 ; просмотров: 27 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ