Как измерить расход топлива?
Как измерить расход топлива? Ответ на данный вопрос обычно не однозначен, у каждого свой мнение на этот счет. Мы приводим мнение кандидата технических наук Д. ПОСТНИКОВ.
Расход топлива —эта тема часто всплывает в гаражных дискуссиях. Как начнут соседи-автолюбители рассказывать, чего только не услышишь! Если же вникнуть в шоферские сказки, то обнаружится, что толком никто расход и не измерял. Чаще всего владелец машины смотрит на указатель топлива, прикидывает по положению стрелки, сколько литров израсходовано, а потом делит на пробег и умножает на 100. В результате —число, имеющее с истинным расходом топлива только одинаковую размерность —л/100 км. Давайте разберемся вместе.
Возьмите в руки линейку (обычную, школьную) и попробуйте ею что-нибудь измерить. Десятые доли миллиметра вы отбросите. Принято считать, что погрешность при измерении линейкой - полмиллиметра: эту величину вы не принимаете в расчет, округляя ее до целого числа. Но если при измерении посмотреть на линейку чуть сбоку, то погрешность составит миллиметр, а то и больше (проверьте сами). Отсюда вывод: если шкала в миллиметрах - легко ошибиться на один миллиметр, если в литрах —на литр, а если в «четверть-баках» (как на вашем указателе уровня топлива) —на четверть бака. К тому же мы скорее верим той цифре, которая нас больше устраивает —попросту выдаем желаемое за действительное.
Как же добиться большей точности? Первое, что приходит в голову - проградуировать указатель в литрах. Жаль, но ничего не получится. Ведь стрелочный прибор не измеряет уровень топлива а баке: он лишь крайнее звено в цепи (одно слово - стрелочник!). Информация поступает от датчика. Многие знают, что он состоит из поплавка и проволочного реостата. По техническим условиям сопротивление реостата нормируется всего в трех положениях: при пустом баке, при заполненном наполовину и полном. При другом уровне топлива сопротивление имеет какое-то промежуточное значение, стрелка указателя занимает промежуточное, не оговоренное техусловиями положение. Нетрудно понять, что такой датчик не рассчитан на точное измерение уровня. Поэтому на некоторых машинах прибор долго-долго показывает полбака, а потом вдруг —ноль. К тому же его показания меняются со временем: окисляются контакты, теряет упругость пружина, возвращающая стрелку указателя.
Как же измеряют расход топлива при испытаниях автомобилей? Специальными приборами-расходомерами. Наиболее распространенные напоминают по конструкции двигатель внутреннего сгорания. Топливо, нагнетаемое штатным насосом, давит на поршни (их обычно четыре) и заставляет их вращать коленчатый вал. Зная объем цилиндров и число оборотов коленчатого вала, легко подсчитать количество топлива, прошедшего через прибор. Естественно, подсчетом занимается электронный блок. Другая конструкция: топливо вращает турбину, число оборотов которой пропорционально израсходованному бензину. Погрешность такого прибора больше. Обе конструкции выполнены с высокой точностью, сделать их в домашних условиях невозможно.
Еще на заре автомобилизации появился очень простой расходомер: два стеклянных мерных цилиндра с системой кранов. Пока топливо из одного поступало в двигатель, второй заполнялся. По делениям (электроники тогда не было) подсчитывали расход. Такая конструкция прожила многие десятилетия: подобные приборы можно было встретить еще в начале семидесятых. Ведь нет ничего проще мерной посуды. Принцип нам подойдет, но об этом несколько позже.
Для определения расхода нужно знать не только объем топлива, но и пройденный путь. «Согласны, объем топлива по штатному прибору мы измеряем неверно, но зато расстояние - как надо», - подумали читатели. Ну что ж, разберемся теперь со счетчиком пробега.
Сначала выясним, откуда он получает информацию. Конечно, датчиком служит колесо. Оно связано с полуосью, та через главную передачу —с карданным валом, а он - со вторичным валом коробки передач. На нем расположена шестерня привода спидометра, от которой вращение передается другой шестерне, связанной с тросиком, затем через редуктор к барабанчикам с цифрами пробега. Валы вращаются с разными скоростями, но во всей цепи передачи информации нет ни одного разрыва. Каждый оборот колеса влияет на показания счетчика пробега. Такова цепь информации в автомобиле классической компоновки. У переднеприводных машин путь передачи информации короче: нет карданного вала, но и здесь показания счетчика пробега пропорциональны числу оборотов колеса. Этот вывод нам пригодится в дальнейших рассуждениях.
А теперь представим себе такую ситуацию: всю зиму вы ездили на диагональных шинах с наварным протектором «снежинка», а когда снег растаял, решили «обуть» свои старые, но еще годные радиальные шины с обычным дорожным рисунком. Диаметр колеса в первом случае 610 мм, во втором —580 мм. Если шина катится по дороге без пробуксовки и проскальзывания, то за один оборот она пройдет расстояние, равное длине окружности. Очевидно, что расстояние, которое пройдет второе колесо за один оборот, короче: ведь его диаметр меньше. Следовательно, на одном километре это колесо сделает больше оборотов, чем первое. Но, поскольку показания счетчика пробега пропорциональны числу оборотов колеса, в этом случае он покажет больший километраж, чем при «наварных» колесах.
Определим разницу в показаниях счетчика пробега. Первое колесо (большего диаметра) за один оборот проходит 1,91 метра, второе —1,82 метра. На одном километре пути первое совершит 522 оборота, а второе —549. То же соотношение, как мы выяснили, будет и в показаниях счетчика пробега. Если предположить, что в первом случае показания соответствуют действительности —100 км, то на других шинах счетчик покажет 105 км. Разница —5%.
Этой точности хватает для повседневной езды, ее достаточно и для того, чтобы вовремя проводить техническое обслуживание. Ведь не так важно, заменять масло при пробеге 10 000 или 10 500 км, и не все ли равно, сколько прошла машина до капитального ремонта —120 000 или 126 000 км.
При измерении расхода такая погрешность недопустима. Предположим, мы проехали 100 км, затратив 9 л бензина. Если счетчик пробега ошибся на 5% и показал нам 95 или 105 км, то расход получится соответственно 9,5 и 8,6 л/100 км. Разброс немалый. Последнее число явно предпочтительнее и в него хочется поверить, однако на самом деле оно ошибочно.
Строго говоря, диаметр колеса также влияет на расход топлива, поэтому наш расчет не совсем правилен. Конструкторы автомобилей используют в вычислениях «динамический радиус колеса». Он несколько отличается от измеренного нами: ведь на колесо при движении действуют силы (вес автомобиля, центробежная и др. ), которые изменяют его размеры. Кроме того, при заднем ходе автомобиль топливо потребляет, а показания счетчика пробега не только не увеличиваются, а, напротив, уменьшаются. Да и все колеса автомобиля проходят разные пути, например, при повороте. По какому измерять пробег?
Вывод неутешительный: точность счетчика пробега хоть и выше, чем указателя уровня топлива, но и она нас не устраивает. В книгах по испытаниям автомобиля указана приемлемая погрешность измерений пробега: 0,1… 0,2%.
Из создавшейся ситуации нашли такой выход: если ни по одному из четырех колес нельзя измерить пробег, установить еще одно —пятое.
Чтобы число оборотов точнее соответствовало пройденному пути, к дороге его прижимает пружина, а колебания гасит гидравлический амортизатор. Число оборотов колеса определяют посредством индукционных или фотоэлектрических датчиков, тахогенераторов и др. Записывающая аппаратура находится обычно в испытуемом автомобиле. Весь комплекс оборудования принято называть так: прибор «путь —время —скорость». Не так давно изобрели оборудование для бесконтактного измерения пробега: необходимость в «пятом колесе» отпала.
Подобная аппаратура автолюбителю не по карману, попробуем поискать компромиссное решение. Обойдемся штатным счетчиком пробега, но предварительно определим поправочный коэффициент. Для этого выберем ровную, по возможности прямую и свободную от транспорта дорогу с километровыми столбами. Проедем по ней не менее 10 км (лучше 50) туда и обратно. Погода должна быть сухой, без осадков, скорость ветра не более 3 м/с. Ехать нужно без обгонов (иначе путь увеличивается) и резких торможений (колеса проскальзывают), давление в шинах должно соответствовать норме (иначе радиус колеса изменится). Запишем показания счетчика и расстояние по километровым столбам.
В дальнейшем, чтобы узнать истинный пробег автомобиля, показания счетчика следует умножить на поправочный коэффициент. Конечно, высокой точности мы не получим, но все же погрешность уменьшится в несколько раз.
Что касается езды задним ходом, то обычно на несколько десятков метров назад приходится несколько десятков километров вперед, что в тысячу раз больше, поэтому ошибка в определена расхода будет невелика.
Вернемся к нашей задаче —определению расхода топлива. Заметим, что он сильно зависит от манеры вождения, погодных и дорожных условий, поэтому у соседа-автолюбителя цифры могут быть больше, но это не значит, что его машина хуже.
Потребуется мерная посуда, например прозрачная канистра с делениями (лучше через одну десятую литра). Впрочем, деления можно нанести самому, наливая топливо из мерной бутылки (продаются в аптеках) в канистру. Старайтесь не проливать: неправильная разметка отрицательно скажется на точности измерений. Желательно, чтобы температура во время разметки и измерений была примерно одинаковой: жидкости при нагревании значительно увеличиваются в объеме. Работа требует аккуратности. Ну что же, придется потерпеть, зато в дальнейшем ничего сложного не будет.
Перед началом измерений заливаем топливо в бак, как принято говорить, «под пробку» (можно до изгиба горловины —важно запомнить, где находился уровень). Записываем показания счетчика —и в путь. Предварительно проверьте давление в шинах —оно влияет на измерения. Доливайте топливо по мере необходимости, но обязательно из мерной посуды, сколько —записывайте.
На бензоколонке заправляйтесь в канистры: в бак не рекомендуем, так как счетчики обычно неточны. Перед тем как снять окончательные показания, залейте бензин до отмеченного ранее уровня, прибавьте и эту цифру к записанным. Обратите внимание на загрузку автомобиля: если она не такая, как при самой первой заправке, —уровень будет другим, а ошибка измерений может составить несколько литров. По той же причине машина должна стоять на ровной горизонтальной площадке.