Определение норм расхода топлива автомобилем при движении в различных дорожных условиях является важным фактором, в значительной степени влияющим на экономические показатели автотранспортного предприятия (АТП) [2, 4, 6]. Существующие нормы нельзя отнести к достаточно обоснованным, поскольку они не зависят от скорости движения автомобиля, в то время, как затраты мощности двигателя в значительной степени зависят от этого показателя [1, 7].
Одним из возможных способов обоснования норм расхода топлива может служить расчетная методика. Используемая при построении топливно-экономических характеристик и в исследованиях топливной экономичности автотранспортных средств расчетная методика основана на хорошо апробированных математических зависимостях, главной из которых является формула для вычислений путевого расхода топлива Qs [5, 8]
Qs = ge (Pψ + Pw) / 36 kп ρт ηтрVа, (1)
где ge – удельный расход топлива, г/кВт.ч; Рψ – затраты мощности на преодоление сопротивления дороги, кВт; Рw – затраты мощности на преодоление сопротивления воздуха, кВт; kп – коэффициент подкапотных потерь двигателя; ρт – плотность используемого жидкого топлива, кг/м3; ηтр – к.п.д. трансмиссии автомобиля на данном режиме движения; Vа – скорость движения автомобиля, м/c.
С использованием соотношения (1) возможно проведение расчетов для различных режимов движения автомобиля с постоянной скоростью, но часто серьезной проблемой является отсутствие нагрузочных характеристик двигателей, содержащих достаточно подробные данные о зависимости удельного расхода топлива ge от степени использования мощности двигателя и = (Рψ +Рw) / Pевсх ηтр при разных угловых скоростях вращения его коленчатого вала. Поэтому в учебниках по теории автомобиля предлагается расчетное определение величины ge для каждого режима работы двигателя по формуле [3, 5, 8]
ge = (1,05÷1,15) gemin КИ .КЕ , (2)
где gemin – величина минимального удельного расхода топлива, обычно имеющаяся в паспортной характеристике двигателя, г/кВт.ч; КИ – коэффициент, учитывающий степень использования мощности двигателя на данном расчетном режиме; КЕ – коэффициент, учитывающий степень приближения угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя на расчетном режиме ωe к его угловой скорости ωp при максимальной мощности, Е = ωе /ωp.
Величины коэффициентов КИ и КЕ предлагается для каждого расчетного режима определять с помощью ряда аналитических выражений. Наиболее распространено для этих целей использование специально выведенных еще в 70-х годах прошлого столетия полиномов третьей степени. В частности, для коэффициента КЕ этот полином имеет вид [3, 5, 8]
КЕ = 1,25 – 0,99 Е + 0,98 Е2 – 0,24 Е3. (3)
для вычисления коэффициентов KИ предлагаются [3,5] такие выражения: для карбюраторных двигателей
КИ = 3,27 – 8,22 и + 9,13И2 – 3,18 И3, (4)
для дизельных двигателей
КИ = 1,2 + 0,14 и – 1,8 И2 + 1,46 И3. (5)
Однако практика расчетов показала, что при построении топливно-экономических характеристик современных автомобилей с бензиновыми впрысковыми двигателями и особенно автомобилей с дизельными двигателями с использованием для определения КИ предложенных полиномов третьей степени получаются результаты, заметно отличающиеся от реальных. у автомобилей с дизельными двигателями обычно получается принципиально неверный результат, приводящий к ошибочному выводу о высокой экономичности движения на низших передачах (рис. 1).
Рис. 1. Расчетные кривые расхода топлива автомобилем КАМАЗ-5320 полной массой 15,3 т на разных передачах в случае использования полинома КИ = 1,2 + 0,14 и – 1,8 И2 + 1,46 И3
Авторами данной работы проведены экспериментальные и теоретические исследования [9], результаты которых позволяют рекомендовать для расчетного определения величин КИ полиномы пятой степени, полученные на базе усреднения результатов замеров удельных расходов топлива различными типами двигателей при разных значениях степени используемой мощности И. Использование новых полиномов существенно повышает точность расчетов и приближает их результаты к результатам натурных испытаний. для автомобилей с дизельными двигателями это полином
КИ = 3,52 – 17,24 и + 44,85 И2 – –55,28 И3 + 31,23 И4 – 6,08 И5, (6)
для автомобилей с бензиновыми двигателями с распределенным впрыском
КИ = 4,32 – 24,21 и + 71,87 И2 – –107,21 И3 + 78,73 И4 – 22,5 И5, (7)
для автомобилей с карбюраторными двигателями
КИ = 4,68 – 22,41 и + 56,97 И2 – –74,96 И3 + 49,75 И4 – 13,03 И5. (8)
Большее соответствие новых выведенных зависимостей для КИ реальным ситуациям хорошо иллюстрируется графиками рис.2. Общий вывод из анализа рис. 2 – коэффициент КИ существенно возрастает при малых нагрузках двигателя. Соответственно, на этих режимах растет и показатель удельного расхода топлива ge . Видно, что старая формула для дизельного двигателя в виде полинома третьей степени дает существенное отклонение кривой в зоне малых нагрузок от новой зависимости в виде полинома пятой степени, что и является главной причиной ошибочности результатов расчетного определения расхода топлива (рис. 1).
Рис. 2. Номограммы полиномов различных типов для определения параметра КИ в зависимости от степени и использования мощности двигателя
На рис. 3 приведены полученные теоретическим путем уточненные кривые расхода дизельного топлива полностью груженым автомобилем КамАЗ-5320 при движении с различными скоростями на разных передачах в коробке передач. Эти кривые могут быть взяты за основу при определении норм расхода топлива автомобилями этой модели в реальных дорожных условиях в зависимости от скоростей движения и используемых передач. Кривые построены с использованием графика (рис.2) зависимости КИ от степени использования мощности дизельного двигателя, в свою очередь построенного с использованием полинома (6). О достоверности расчетных результатов свидетельствует тот факт, что теоретически полученное значение расхода топлива при движении автомобиля на пятой передаче по горизонтальной дороге со скоростью 35–40 км/ч достаточно точно соответствует паспортной характеристике контрольного расхода топлива этим автомобилем на подобном режиме (24 л/100 км) [10]. Точно также, это соответствие соблюдается с ошибкой не более 6 % и в случае расчетного значения расхода топлива для автопоезда полной массой 26,8 т с автомобилем КАМАЗ-5320 в качестве тягача прицепа, контрольный расход для которого на скорости 30–40 км/ч установлен в 35 л/100 км.
Рис. 3. Расчетные кривые расхода топлива автомобилем КАМАЗ-5320 полной массой 15,3 т на разных передачах в случае использования для определения КИ полинома КИ = 3,52 – 17,24 и + 44,85 И2 – 55,28 И3 + 31,23 И4 – 6,08 И5 (для сравнения пунктиром показаны соответствующие кривые, полученные при использовании полинома КИ = 1,2 + 0,14 и – 1,8 И2 + 1,46 И3)
Таким образом, можно заключить, что проблема расчетного определения обоснованных норм расхода топлива автомобилями различных типов, оснащенных современными бензиновыми и дизельными двигателями, имеет в настоящее время вполне адекватное решение.