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.