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

скорости), км/ч;

— 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)

Отсюда, Ре, кПа,

(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 <1.

Для дизельных двигателей коэффициенты а и bнесколько больше, чем для

карбюраторных. С достаточным приближением для практических расчетов

можно принять а для дизелей 48 кПа и карбюраторных 45 кПа, b —

соответственно 16 и 13 кПасм'.

Подставив значения , n, и в формулу расхода топлива, л/100 км, получим