Расход топлива автомобиля или удельный расход топлива автомобиля, определяется количеством израсходованного автомобилем топлива. Для постоянно двигающихся транспортных средств он приводится к пройденному расстоянию, однако для специальной техники на автомобильной базе он может определяться как часовой расход топлива. Сегодня расход топлива автомобиля является одной из важнейших характеристик автомобиля и его двигателя.
Определение расхода топлива
Официальные данные по стандартному расходу топлива получают в ходе динамометрических испытаний, которые проводятся на специальных стендах для определения количества выбросов, на которых выполняются предписанные нормами испытательные циклы, например, MNEDC для Европы, FTP 75 и Highway для США и JC08 для Японии. Отработавшие газы собираются в специальные мешки, где определяется содержание таких составляющих, как НС, СО и СО2. Содержание СО2 в отработавших газах пропорционально расходу топлива.
Для Европы действительны следующие справочные значения:
- Дизельное топливо: 1l/100 км ≈26,5 г СO2/км.
- Бензин (Евро-4): 1l/100 км ≈ 24,0 г СO2/км.
- Бензин (Евро-5): 1l/100 км ≈ 23,4 г СO2/км.
Переход со стандарта Евро-4 на Евро-5 связан с добавлением к бензину 5 % этилового спирта.
Масса автомобилей моделируются на испытательных стендах, как контрольная масса, которая, в зависимости от страны и собственной массы автомобиля, распределяется по категориям с инкрементами 55-120 кг. При отнесении автомобиля к тому или иному классу массы, имеется в виду масса автомобиля в снаряженном состоянии (включая все эксплуатационные жидкости и заполненный на 90 % топливный бак), а также дополнительные 100 кг в качестве эквивалента массы водителя и багажа. Разница в расходе топлива между двумя соседними классами массы, в зависимости от типа автомобиля, составляет от 0,15 до 0,25 л/ 100 км.
Единицы расхода топлива
Стандартный расход топлива автомобиля, в зависимости от страны и цикла испытаний, выражается в различных единицах. Например, в Европе этот параметр выражается в граммах СО2/км или в литрах на 100 км, в США - в mpg (милях на галлон), а в Японии - в км/л.
Примеры перевода:
- 30 mpg → 235,215/30 → 7,8 л/100 км,
- 22,2 км/л → 100/22,2 → 4,5 л/100 км.
Сопротивление движению автомобиля
Если пренебречь влиянием, которое оказывает на расход топлива стиль вождения (которое может достигать 30 %), можно выделить три группы факторов, оказывающих влияние на расход топлива:
- Двигатель (включая ременные передачи и принадлежности);
- Внутреннее сопротивление движению со стороны кинематической цепи привода (например, трансмиссии и дифференциалов);
- Внешнее сопротивление движению.
Внешнее сопротивление движению автомобиля
Внешнее сопротивление движению определяет минимальную энергию автомобиля, требуемую при том или ином режиме движения. Внешнее сопротивление движению автомобиля может быть уменьшено путем снижения массы автомобиля, улучшения его аэродинамики и внедрения мер по уменьшению сопротивления качению. В среднем уменьшение на 10 % массы автомобиля, аэродинамического сопротивления и сопротивления качению приводит к снижению расхода топлива примерно на 6,3 и 2 %, соответственно.
Формула, приведенная на рисунке ниже, проводит различие между сопротивлением разгону и сопротивлением замедлению. Она показывает, что расход топлива на единицу расстояния возрастает, прежде всего, при частом использовании тормозов и отсутствии системы отсечки подачи топлива, даже при наличии гибридной системы, используемой для рекуперации некоторой части энергии торможения.
Внутреннее сопротивление движению автомобиля
Внутреннее сопротивление движению автомобиля включает потери в кинематической цепи привода, от коленчатого вала до колес. На рисунке ниже показаны суммы внутреннего и внешнего сопротивлений движению представлены кривыми с и d, где автомобиль А демонстрирует значительно более низкое сопротивление движению, чем автомобиль В.
Так же как потери мощности в цепи привода, на расход топлива оказывает влияние общее передаточное отношение. Оно вычисляется как произведение передаточных отношений трансмиссии и дифференциала. Выбор общего передаточного отношения определяет различные рабочие точки на диаграмме расхода топлива для данной скорости движения. Более «длинное» передаточное отношение, т.е. меньшее общее передаточное отношение в общем случае сдвигает рабочую точку в область более низкого расхода топлива. В то же время следует отметить, что это приводит к ухудшению характеристик разгона автомобиля и характеристики NVH («Шум - Вибрация - Резкость»), оказывающего влияние на уровень комфорта водителя. Отсюда следует, что разумный выбор передаточного отношения возможен только в определенных пределах.
Самым распространенным способом представления диаграмм расхода топлива является «график», на котором среднее эффективное давление и, как семейство параметров, линии постоянного удельного расхода топлива автомобиля (расход топлива, отнесенный к выходной мощности, в г/кВт⋅ч), строятся в зависимости от величины оборотов двигателя. Это дает возможность сравнить эффективность двигателей различных размеров и типов.
Другим способом представления является установление как семейства параметров, расхода топлива или массового расхода, например, в кг/ч. Эта форма представления особенно удобна в качестве входной переменной для программ автоматизированного конструирования (САЕ), которые могут быть использованы для моделирования расхода топлива (исходя из количества выбросов СO2).
В обоих представлениях в качестве дополнительной информации вводятся кривая крутящего момента при полной нагрузке, в качестве верхней ограничительной линии, обороты холостого хода и предельно допустимые обороты, как ограничивающие частоты вращения, а также линии постоянной мощности (гиперболы мощности в соответствии с равенством Р ∼ рme ⋅ n).