3.6. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на топливную экономичность

 Одним из основных путей уменьшения расходов топлива автомобильным транспортом является дизелизация – замена бензиновых двигателей дизелями. поэтому дизели находят все более широкое применение на грузовых автомобилях, автобусах и даже легковых автомобилях.

Преимущества дизелей по топливной экономичности определяются как более низкими значениями расхода g_{e min} , так и меньшей зависимостью от степени использования мощности g_e = f(И). При уменьшении коэффициента И от 100% до 10% у бензиновых двигателей g_e увеличивается почти в 3 раза, а у дизелей только на 30%. Эти преимущества позволяют при замене карбюраторного двигателя дизелем, снизить расход топлива на 25...30% у легкового автомобиля и 30...40% у грузового автомобиля и автобуса. Целесообразность применения дизелей тем больше, чем шире диапазон изменения И.

Существенным фактором, сдерживающим применение дизелей, особенно на легковых автомобилях являются их большие, по сравнению с карбюраторными двигателями той же мощности, масса и размеры, а также повышенная шумность.

Для повышения топливной экономичности всё более широкое распространение получает применение как дизелей, так и бензиновых  двигателей с наддувом и с охлаждением нагнетаемого воздуха. В результате применения наддува при неизменной максимальной мощности двигателя можно уменьшить удельные расходы на частичных нагрузках, что позволяет экономить до 10% топлива. Кроме того при этом увеличивается запас крутящего момента, что также благоприятно сказывается на топливной экономичности.

На топливную экономичность большое влияние оказывает грузоподъёмность грузовых автомобилей и коэффициент использования грузоподъёмности g, равный отношению массы фактически перевозимого груза к массе номинальной грузоподъёмности m_н ^. 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.

Расход топлива также существенно зависит от умения водителя выбирать режимы работы двигателя, обеспечивающие при заданных дорожных условиях и выбранной скорости, минимальные расходы топлива, а также использовать энергию, запасенную автомобилем при движении на подъём и при разгоне.

3.7. Топливная экономичность автомобиля с гидропередачей Исходные характеристики гидропередач

Существует два типа гидропередач: 

• гидростатические 

• гидродинамические

Гидростатические (гидрообъемные) служат для передачи энергии статического давления жидкости, создаваемое в объемном гидронасосе, связанном с ДВС. Это давление вращает гидромотор, связанный с колесами. Такие передачи используются в специальных автомобилях и автопоездах с активными осями.

Гидродинамические используются для передачи кинетической энергии жидкости, приводимой в движение лопатками гидродинамического насоса, вращаемого ДВС. Используется на легковых автомобилях, автобусах, большегрузных автомобилях.

Достоинства: облегчается работа водителя, повышается долговечность трансмиссии, увеличивается проходимость и динамические свойства автомобиля. На рис. 3.10. показана схема гидромуфты и гидротрансформатора.

a) б)

Рис. 3.10 Схема гидромуфты и гидротрансформатора:

а) – гидромуфта(ГМ); б) – гидротрансформатор(ГТ).

  Н – насосное колесо;

Т - турбинное колесо;

Р – реактор.

  Исходные характеристики.

Кинематические свойства характеризуются передаточным отношением гидропередачи

,

  где w_н – угловая скорость насосного колеса, 1/с;

w_Т - угловая скорость турбинного колеса, 1/с;

n_н – частота вращения насосного колеса, об/мин;

n_T – частота вращения турбинного колеса, об/мин;

  и коэффициентом скольжения

  . Cиловые свойства гидропередач характеризуются коэффициентом трансформации :

  ,

где М_Т – момент на турбине, Н×м;

М_Н – момент на насосе , Н×м.

 

Для гидромуфты : М_Н=М_Т .

Для гидротрансформатора: М_Т > М_Н , М_Т = М_Н + М_Р ,

если М_Р > 0, то М_Т > М_Н , следовательно k_ГП > 1;

если М_Р < 0, то k_ГП < 1.

 

Энергетические свойства характеризуются КПД гидропередачи:,

где N_T – мощность на турбинном колесе, кВт;

N_Н – мощность на насосном колесе, кВт.

  Для гидромуфты: .

Зависимость k_ГП, от передаточного отношения называют исходной (выходной, безразмерной) характеристикой гидропередачи (рис.4.2.).

Рис.3.11. Исходные характеристики гидропередач:

а) - гидромуфты ; б) – гидротрансформатора.

1 – k_ГМ=f(i_ГМ) ; 2 - =f(i_ГМ) ; 3 – k_ГТ= f(i_ГТ) ; 4 - = f(i_ГТ) ; 5 - = f(i_ГТ)

Преобразующие свойства гидротрансформатора принято характеризовать максимальным коэффициентом трансформации, который получается при неподвижной турбине при i_ГП=0. k_ГП - стоповый коэффициент трансформации.

Коэффициент трансформации:

для легковых: 2-2,5;

для грузовых: 2-4.

Если коэффициент равен нулю, то и КПД передачи равно нулю.

Максимальное значение КПД для гидротрансформатора. при i_ГТ = 0.7 –0.8 достигает 0,88 – 0,92.

Момент, необходимый для вращения насоса

  ,

где D - диаметр колеса, м;

_ж - плотность жидкости, кг/м³;

w_н – угловая скорость(частота вращения), 1/с;

- коэффициент крутящего момента насоса.

 

Момент, необходимый для вращения турбины:

.

Если = const, то гидротрансформатор непрозрачный,

если = f(i _ГП) - прозрачный.

Оценка прозрачности (степень прозрачности):

                 .

Прозрачными считаются трансформаторы при П >1,5. В зависимости от П изменяется нагрузочная характеристика двигатель-трансформатор.

Для непрозрачного гидротрансформатора совместная работа при неизменной подаче топлива возможна только при одном значении частоты вращения ДВС (рис. 3.12,а) и одном моменте М_е .

Для прозрачного гидротрансформатора возможна совместная работа ДВС с трансформатором при различных передачах. Различными будут соответственно частоты вращения двигателя (рис.3.12 б).

Рис. 3.12. Нагрузочная характеристика двигателя с гидропередачей:

а) - непрозрачной ; б) - прозрачной