ВПЛИВ КОНСТРУКТИВНИХ І ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ФАКТОРІВ НА ПАЛИВНУ ЕКОНОМІЧНІСТЬ АВТОМОБІЛЯ

Фактори, що впливають на витрату палива автомобілями, можуть бути класифіковані і об'єднані в три основні групи: технологічні, конструктивні та експлуатаційні.

Вплив технологічних факторів на витрату палива пов'язано, в основному, з величиною допусків і якості обробки основних елементів автомобіля, з якістю проведення складальних і контрольно-регулювальних операцій, а також з ефективністю метрологічного забезпечення ОТК автомобілебудівних і ремонтних заводів, автотранспортних підприємств і станцій технічного обслуговування.

Особливий вплив на паливну економічність автомобілів з бензиновими двигунами надають розміри паливних і повітряних жиклерів карбюраторів, розміри отворів розпилювачів і ін. Також істотний вплив на паливну економічність роблять відмінність в пропускної здатності головних жиклерів окремих камер карбюратора, негерметичність і неоптимальний включення клапана економайзера, наявність задирок в диффузорах карбюратора, дефекти в паливних і емульсійних каналах, нещільність в системі прискорювального насоса і т. п.

У дизельних двигунів істотну роль грають зазори у сполучених деталей паливної апаратури, т. Е. Щільність плунжерних пар насоса високого тиску і пари «запірна голка - розпилювач» форсунок, герметичність замикаючих елементів лінії високого тиску палива і її гідравлічний опір, правильність і точність регулювань форсунок і клапанів по тиску їх відкриття, рівномірність циклової подачі палива і початку впорскування різних секцій паливного насоса і т. п.

До найбільш важливим експлуатаційним факторів, що визначають ефективність гоплівоіспользованія в умовах транспортного процесу, відносять: організацію дорожнього руху; технічний стан рухомого складу та автомобільних доріг; майстерність водіїв; атмосферні умови; коефіцієнти використання вантажопідйомності і пробігу автомобіля та ін.

До конструктивних факторів, що визначають базовий витрата палива (паливну економічність), відносяться: вагові та аеродинамічні параметри автомобіля, тип і конструктивні особливості двигуна (спосіб сумішоутворення, ступінь стиснення, форма камери згоряння, кількість циліндрів, хід і діаметр поршнів, частота обертання колінчастого вала двигуна і т. д.), досконалість робочого процесу двигуна, нерівномірність розподілу горючої суміші (палива) по циліндрах, система знешкодження відпрацьованих газів, тип і характеристики шин і тран сміссіі, конструкція ходової частини і т. п.

На паливну економічність впливає також правильний вибір передавального відношення головної передачі, числа передач і передавальних чисел коробки передач. Збільшення числа передач покращує паливну економічність автомобіля. У зв'язку з цим на сучасних вантажних автомобілях набули поширення багатоступінчасті коробки передач (8 ... 10 ступенів). Збільшення числа ступенів обмежена, оскільки чим більше число ступенів, тим складніше управління автомобілем.

Для високошвидкісних автомобілів на паливну економічність істотний вплив може також надавати обтічність кузова.

З експлуатаційних факторів найбільший вплив на паливну економічність надають швидкість руху, ступінь використання вантажопідйомності і вибір передачі в коробці передач.

З паливно-економічної характеристики (рис. 26) видно, що зі збільшенням швидкості руху шляховий витрата палива при малих швидкостях зменшується, досягає мінімального значення при деякої оптимальної швидкості руху, а потім істотно зростає. Така залежність колійного витрати палива від швидкості руху пояснюється тим, що зі зміною швидкості одночасно змінюються дві величини, що входять в рівняння витрати палива усталеного руху автомобіля, а саме питома витрата палива і сила опору повітря.

При малих швидкостях руху сила опору повітря невелика і майже не впливає на паливну економічність. Основний вплив в цьому випадку надає зміна питомої витрати палива, що залежить від зміни ступеня використання потужності двигуна U. При збільшенні швидкості руху ступінь використання потужності двигуна зростає, в зв'язку з чим, як видно з економічної характеристики двигуна (рис. 27), питома витрата палива зменшується, а отже, зменшується також і шляховий витрата палива.

Починаючи з деякої швидкості руху сила опору повітря починає робити істотний вплив на витрату палива, і зменшення витрати сповільнюється. Починаючи з тієї швидкості руху, яка на паливно-економічною характеристикою позначена v aonT , збільшення витрати палива за рахунок зростання сили опору повітря перекриває зменшення його за рахунок зниження питомої витрати палива.

Збільшення ваги вантажу, що перевозиться автомобілем, завжди призводить до збільшення колійного витрати палива. Однак питома шляхової витрата палива q n у, т. Е. Шляхової витрата, віднесений до одиниці вантажу, що перевозиться, при цьому може як збільшуватися, так і зменшуватися. Для того щоб проаналізувати зміну питомої колійного витрати палива при зміні ваги вантажу, що перевозиться, зручніше представити рівняння витрати палива в такому вигляді:

де G iv - вага вантажу, що перевозиться; G CH - споряджений вага автомобіля (вага автомобіля без вантажу); у т - коефіцієнт тари (у т = = C CH / G rp ).

З формули (99) видно, що при збільшенні ваги вантажу, що перевозиться два члена множника, що стоїть в квадратних дужках, зменшуються. Крім того, до певних меж зменшується також питома витрата палива g e , оскільки збільшується ступінь використання потужності двигуна. Тільки при великих ступенях використання потужності двигуна g e може збільшуватися, і при цьому може збільшуватися питома витрата палива q ny . Збільшувати вагу корисного вантажу, що перевозиться безпосередньо на автомобілі, можна лише в межах номінальної вантажопідйомності автомобіля. Подальше поліпшення паливної економічності можливо за рахунок застосування автопоїздів. Крім того, так як споряджена маса причіпних ланок значно нижче спорядженої маси автомобілів такої ж вантажопідйомності, то маса вантажу, що перевозиться з використанням причіпних ланок збільшується приблизно вдвічі, в той час як споряджена маса автопоїзда зростає всього на 50 ... 60%. В результаті питома шляхової витрата палива автопоїздів значно нижче, ніж у одиночних автомобілів. Однак, як зазначалося раніше, максимальна маса автопоїзда обмежується мінімальною питомою потужністю двигуна, характеристикою трансмісії і дорожніми умовами. Тому збільшувати масу автопоїзда можна тільки до певних меж.

Якщо при русі з однієї і тієї ж швидкістю по одній і тій же дорозі використовувати різні передачі в коробці передач, то і витрата палива буде різним.

Для пояснення причин зміни витрати палива при русі на різних передачах скористаємося графіком мощ- ностного балансу автомобіля (рис. 25).

Нехай залежність від швидкості потужності, необхідної для руху автомобіля але дорозі з деяким коефіцієнтом дорожнього опору у, зображується кривої Про а . При швидкості v, можливо рух автомобіля на будь-який з трьох передач. При цьому ступінь використання потужності двигуна на різних передачах буде різною: на першій переда

gg §

че U, -; на другій передачі? / п на третій передачі U т

6 Г про д 5 ,.

Істотний вплив на паливну економічність автомобіля надають: технічний стан його механізмів і систем, відповідність застосовуваних експлуатаційних матеріалів (пальне, мастила, охолоджуючі рідини) рекомендованим заводом-виробником, дотримання теплових режимів, а також

Вплив вибору передачі па витрата палива правильність вибору способу водіння автомобіля

Мал. 25. Вплив вибору передачі па витрата палива правильність вибору способу водіння автомобіля. Безпосередньо з малюнка можна зробити висновок, що l / j <U uп , т. Е. Що ступінь використання двигуна зменшується при переході з вищої передачі на нижчу.

Оскільки зі зменшенням ступеня використання потужності двигуна, як правило, питома витрата палива зростає, а потужність N T , що витрачається на рух автомобіля, залишається незмінною, то шляховий витрата палива при русі на нижчих передачах, як правило, більше, ніж на вищих. Тільки в тих випадках, коли на вищій передачі ступінь використання двигуна близька до 100%, може виявитися, що перехід на нижчу передачу призведе до деякого зниження витрати палива.

Найбільший вплив на паливну економічність автомобіля надає технічний стан і правильність регулювань приладів систем живлення і запалювання. Наприклад, несправність економайзера може збільшити витрату палива на 15%. Відмова в роботі однієї свічки запалювання у автомобіля з шестициліндровим двигуном призводить до збільшення витрати палива на

20 ... 25%, неправильна установка запалювання може призвести до збільшення витрати палива на 60 ... 80%. Витрата палива збільшується також при неправильній установці сходження коліс, ненормальному тиску повітря в шинах, відсутності гарантованого зазору в гальмівних механізмах, порушеннях в роботі механізму газорозподілу і т. Д.

Великий вплив на паливну економічність надає відповідність застосовуваного сорти палива рекомендацій заводу-виготовлювача. Наприклад, застосування бензину з октановим числом більш низьким, ніж рекомендується заводом, може привести до перевитрати палива до 15 ... 20%. Зменшення температури охолоджуючої рідини з 95 ° (оптимальна температура для сучасних двигунів) до 65 ° збільшує витрату палива майже на 15%.

Передові водії домагаються істотної економії палива за рахунок правильного використання режимів руху. Режими руху підбираються такими, щоб двигун працював по можливості в області низьких питомих витрат палива і потужність, що витрачається на розгін автомобіля при збільшенні його швидкості, як можна більш повно використовувалася для руху автомобіля в процесі зниження його швидкості.

Основним конструктивним фактором, що впливає на паливну економічність автомобіля, є тип і конструктивні особливості двигуна. Як було зазначено вище, мінімальні питомі витрати палива у дизелів приблизно на 30% нижче, ніж у бензинових двигунів. Переваги дизелів, з точки зору паливної економічності, полягають також в меншій залежності питомих витрат від ступеня використання потужності двигуна. При зменшенні ступеня використання потужності двигуна до U = 10% у бензинових двигунів питома витрата палива збільшується приблизно в три рази, а у дизелів тільки на 30%. В результаті зниження мінімальних питомих витрат і зменшення залежності питомої витрати палива від ступеня використання потужності двигуна колійної витрата палива у автомобілів однаковій вантажопідйомності при установці дизеля в середньому на 50% менше, ніж при установці бензинового двигуна.

Більш висока паливна економічність автомобілів з дизельним двигуном в порівнянні з бензиновими є основною причиною швидкої дизелізації вантажного автопарку практично у всіх країнах світу (за винятком США). Паливна економічність автомобілів, оснащених бензиновими двигунами, в значній мірі залежить від ступеня стиснення двигунів. Вважають, що підвищення ступеня стиснення стандартних двигунів на дві одиниці дозволяє знизити витрату палива на 15%. Однак підвищення ступеня стиснення вимагає застосування бензинів з підвищеними детонаційними властивостями (октанового числа), але з підвищенням детонаційної стійкості бензину його виробництво ускладнюється і вартість збільшується. Крім того, при великих ступенях стиснення збільшується токсичність відпрацьованих газів.

Застосування дизельних двигунів на автомобілях обумовлено, перш за все, досить високою паливною економічністю і використанням менш дорогих видів палива але порівняно з бензином. Тому дизельні двигуни знаходять все більш широке застосування на вантажних автомобілях, автобусах і навіть на легкових автомобілях. До теперішнього часу дизелі практично витіснили у всіх розвинених країнах двигуни з примусовим запалюванням в вантажному автотранспорті і поступово починають витісняти їх в легкових автомобілях (за винятком США, де досить низькі податки і вартість бензину).

Дизельні двигуни економічніше бензинових завдяки більш високого ступеня стиснення і коефіцієнту надлишку повітря, більш точному дозуванню палива на основних експлуатаційних режимах, що забезпечує більш повне згоряння палива в циліндрах двигуна. Термічний ККД дизеля на 10 ... 13 % вище в порівнянні з бензиновим. Мінімальний питома ефективна витрата палива у сучасних дизелів становить

190 ... 210 г / (кВт • год) що на 25 ... 28% менше в порівнянні з бензиновими двигунами. За повідомленнями зарубіжних фірм, вже створені експериментальні зразки дизелів з мінімальним питомим витратою палива 175 ... 185 г / (кВт • год).

При магістральних перевезеннях витрата палива на одиницю транспортної роботи автомобіля середньої вантажопідйомності з дизельним двигуном на 30 ... 35 % менше в порівнянні з бензиновим такої ж потужності. В умовах бездоріжжя відносна економічність автомобілів з дизельними двигунами ще більш значна.

У міру збільшення швидкості руху відносна величина паливної економічності дизельного двигуна дещо зменшується. Однак в міських умовах експлуатації, для яких характерні невисокі швидкості руху, дизельні двигуни забезпечують більше 40% економії палива на одиницю транспортної роботи.

Підвищений інтерес до дизельних двигунів останнім часом додатково пояснюється ще й тим, що вони в меншій мірі забруднюють навколишнє середовище продуктами неповного згоряння (СО і СН), хоча кількість твердих частинок і оксидів азоту в відпрацьованих газах дизелів суттєво більше, ніж у бензинових двигунів. Введення жорсткіших норм токсичності на окремі компоненти може привести до того, що дизелі не задовольнятимуть цим вимогам, що може з'явитися серйозною перешкодою на шляху їх широкого впровадження на автомобільному транспорті. Іншою відмінною рисою дизельних двигунів є те, що питомі ефективні витрати палива у них менше залежать від ступеня використання потужності.

В результаті всього перерахованого вище у одномарочной автомобілів при установці дизельного двигуна замість бензинового шляховий витрата палива зменшується в середньому на 40 % (табл. 6).

Основні параметри автомобілів АЗЛК з дизельним і бензиновим двигунами

п / п

параметр

«Алеко-

дизель »

«АЗЛК-

21412 »

1

Споряджена маса, кг

1164

1080

2

Максимальна швидкість, км / год

140

145

3

Час розгону з місця до 100 км / год, з

23,4 *

19,7

4

Витрата палива, л / 100 км: v "= 90 км / год

4,9

6,3

v a = 120

6,9

8,6

в міському циклі

6,7

10,0

5

Модель двигуна

«Форд-КНД»

УЗАМ-331.10

6

Число циліндрів / робочий об'єм, см 4

6/1753

4/1478

7

Ступінь стиснення

21,5

9,5

8

Максимальна потужність, кВт / при об / хв

43/4750

53/5500

9

Максимальний крутний момент,

100/2750

106/3200

Н • м / при об / хв

* При повній масі автомобіля.

Істотним фактором, що стримує широке застосування дизелів, особливо на легкових автомобілях, є їх великі, в порівнянні з бензиновими двигунами тієї ж потужності, розміри і маса, найгірша динаміка розгону автомобіля, а також підвищені вартість і гучність при роботі (більш різке наростання тиску при самозаймання ). Крім того, в останні роки з'являється все більше противників дизельних двигунів в зв'язку з переглядом поглядів на відносну агресивність шкідливих речовин у відпрацьованих газах дизелів і бензинових двигунів. Зниження швидкості наростання тиску в циліндрах дизелів, особливо для легкових автомобілів, компенсується застосуванням форкамер, вихрових камер згоряння і плівкового способу сумішоутворення. Згідно зі статистичними даними, застосування дизельних двигунів краще на вантажних автомобілях середньої й великої вантажопідйомності, що також в достатній мірі відповідає структурі паливно-енергетичного балансу і нафтохімічної галузі.

Іншим не менш ефективним способом підвищення потужності і економічності двигунів є застосування турбонаддува. Його застосовують на бензинових і дизельних двигунах. Застосування турбонаддува на дизелях підвищує потужність двигуна до 25%, а паливну економічність на 6 ... 8% в порівнянні з двигунами без наддуву. Економія палива на бензинових двигунах з наддувом досягає 5 ... 7%. Найбільший ефект дає застосування наддуву в поєднанні з одночасним зниженням максимальної частоти обертання колінчастого вала двигуна. Для забезпечення надійної роботи двигунів з турбонаддувом необхідне проведення додаткових конструктивно-технологічних заходів: збільшення міцності циліндро-поршневої групи, масляне охолодження поршнів і ін.

Удосконалення паливної апаратури дизелів забезпечить зниження витрати палива в цілому до 6,5 і димності до 25%. Для досягнення перспективних норм токсичності відпрацьованих газів на транспортних дизелях необхідно використовувати двухрежимний регулятор паливного насоса високого тиску.

В області вдосконалення робочого процесу дизелів ефективним є застосування плівкового способу сумішоутворення, що забезпечує зниження витрати палива на 10 ... 12 г / (кВт • год), заміна механічних пристроїв уприскування палива форсунками на індивідуальні для кожного циліндра насос - форсунки зі складною схемою управління по зразком систем електронного уприскування бензинових двигунів.

В останні роки ряд фірм Європи і США ведуть інтенсивні роботи над двотактними автомобільними двигунами. Як відомо, двотактні двигуни при однакових параметрах дозволяють майже в два рази збільшити потужність. Основні недоліки двотактних двигунів - велика витрата палива і висока токсичність ОГ - поступово усуваються застосуванням електронного урядування та організацією подачі палива в циліндри тільки після закриття випускних вікон або клапанів.

Аналіз розвитку двигунів традиційних схем показує, що за останні 20 років їх основні питомі показники покращилися майже вдвічі (табл. 7).

Найбільш реальною альтернативою рідкого палива нафтового походження на автомобільному транспорті є переказ визначеної частини автомобільного парку на харчування скрапленим нафтовим газом (СНД) і стисненим природним газом (СПГ). Ці гази є повноцінним моторним паливом. при ви-

Тип двигуна

Літрова потужність, кВт / л

Мінімальний питома витрата палива, г / (кВт год)

Бензинові легкові автомобілі: без наддуву

30 ... 50

245 ... 290

з наддувом

40 ... 65

265 ... 315

з наддувом і проміжним охолодженням

45 ... 75

233 ... 276

Дизелі для легкових автомобілів: без наддуву

20 ... 32

215 ... 270

з наддувом

26 ... 37

215 ... 265

з наддувом і проміжним охолодженням

35 ... 43

212 ... 255

Дизелі для вантажних автомобілів повною масою понад Ют: без наддуву

13 ... 25

210 ... 218

з наддувом

15 ... 28

200 ... 210

з наддувом і проміжним охолодженням

17 ... 36

186 ... 205

користуванні природного газу не потрібно великої технологічної переробки системи харчування бензинового двигуна. Ступінь уніфікації газобалонних автомобілів, що працюють на СПГ і СНД, в порівнянні з автомобілями діючого виробництва за основними агрегатів двигуна, системи живлення і запалювання становить 95%. Октанове число газового палива відповідає 110 од. Висока антидетонаційна стійкість газових палив та їх хороша змішуваність з повітрям дозволяють форсувати газові двигуни транспортних засобів за ступенем стиснення до 10 ... 11 (наприклад, двигун ЗІЛ-130 з 6,5 до 8,0, а двигун 3M3-53 з 6,7 до 8,5).

Більш високий вміст водню в газовому паливі забезпечує його більш повне згоряння в циліндрах двигуна. Межі займання у газового палива ширші, ніж у бензину, це дозволяє на основних експлуатаційних режимах найбільш ефективно збіднювати горючу суміш. Застосування СПГ і СНД в якості моторного палива забезпечує істотне зниження токсичності відпрацьованих газів за основними контрольованим параметрам. Результати лабораторнодорожних випробувань газобалонних автомобілів ЗІЛ і ГАЗ показали, що при експлуатаційних економічних швидкостях руху вони витрачають за обсягом на 10 ... 14% палива менше, ніж при роботі на бензині.

Переклад двигуна внутрішнього згоряння на газ при оптимального ступеня стиснення веде до зниження питомої ефективної витрати палива на 5 ... 6% (по зовнішній швидкісній характеристиці). Зниження шуму в залежності від режимів роботи двигуна досягає 7 ... 8 дБ. Моторесурс у газових двигунів, що працюють на СНД і СПГ, на 30 ... 35% більше, ніж у бензинових.

Серйозним недоліком газобалонних автомобілів є зниження максимальної потужності двигуна при незмінній ступеня стиснення на 10 ... 19%, що пов'язано з меншою швидкістю поширення фронту полум'я в камері згоряння і більш низьким коефіцієнтом наповнення циліндрів (на 8 ... 10%), а це веде до зменшення максимального тиску і температури робочого циклу. Крім того, збільшується споряджена маса автомобіля на 5 ... 18%, що відповідно призводить до зниження корисної вантажопідйомності. У газобалонних автомобілів збільшується мінімально стійка частота обертання колінчастого вала двигуна (мінімальна стійка швидкість руху) приблизно в 2 рази, що викликає ряд додаткових труднощів, пов'язаних з експлуатацією та управлінням, виконанням маневрів при русі в міських умовах і зниженням надійності роботи деяких систем автомобіля.

Паливна економічність автомобілів, оснащених бензиновими двигунами, істотно залежить від величини ступеня стиснення. Підвищення ступеня стиснення збільшує не тільки термодинамічний, але і відносний ККД. Збільшення ступеня стиснення доцільно до тих пір, поки поліпшення показників роботи двигуна досягають без будь-яких ознак детонації. Підвищення ступеня стиснення на 1 од. в межах 6,5 ... 9,0 знижує витрату палива на 4 ... 6%. Підвищення ступеня стиснення понад 9,0 уже недостатньо ефективно через зменшення приросту економії палива, підвищення вартості висооктано- вих бензинів, збільшення втрат нафтових фракцій при нафто- пеработке і зменшення ефекту збільшення ККД двигуна. Збільшення ступеня стиснення веде також до погіршення пускових якостей, скорочення терміну служби двигуна і істотного збільшення токсичності відпрацьованих газів.

Крім того, підвищення ступеня стиснення вимагає застосування бензину з вищим октановим числом або ускладнення системи управління роботою двигуна. Виробництво неетильованого бензину з високим октановим числом, необхідного для двигунів з високим ступенем стиснення, вимагає додаткових витрат енергії. Так, економія витрат внаслідок підвищення паливної економічності при однакових характеристиках при збільшенні ступеня стиснення з 8,3 до 9,2 становить 5,8%, в той час як витрати енергії на виробництво бензину з вищим октановим числом, необхідним для двигуна з більш високою ступенем стиснення, оцінюються в 9,5%. Таким чином, при переході до більш високого ступеня стиснення загальні витрати можуть зрости.

Витіснення карбюраторів системами електронного уприскування палива (перший механічний пристрій уприскування палива під тиском на 4-тактном двигуні з'явилося в 1894 р, а перша електронна система уприскування - в 1957 р в США на автомобілях Chevrolet) обумовлено поліпшенням основних показників двигунів. Це пояснюється більш якісним смесеобразованием (за рахунок більшого перепаду тисків, ніж створюється дифузорами), більш точним дозуванням і оптимізацією складу суміші на всіх режимах роботи двигуна. За рахунок цього поліпшується процес згоряння і контроль за продуктами згоряння. Застосування упорскування палива дозволяє підвищити на 1-2 одиниці ступінь стиснення, а це додатково призводить до збільшення потужних і економічних показників роботи двигуна. Причому висока економічність забезпечується в більш широкому діапазоні робочих режимів, ніж у двигунів з карбюраторами. При цьому істотно знижується токсичність відпрацьованих газів, оскільки двигуни працюють на збіднених сумішах (1,5 ... 1,7). В даний час двигуни з уприскуванням при тих же конструктивних параметрах мають потужність на 10 ... 15% більше, витрата палива на 15 ... 20% менше, а токсичність в кілька разів менше в порівнянні з карбюраторними. Однак навіть при такому поліпшенні екологічних властивостей вони не задовольняють вимогам євростандарту «Євро-3», і тим більше новим стандартам «Євро-4» і «Євро-5» і стандарту SAE США. Подальшим кроком у створенні систем уприскування є безпосереднє уприскування палива в циліндри двигуна внутрішнього згоряння. Ряд японських фірм в результаті 10-річної роботи створили зразки двигунів з безпосереднім уприскуванням. Так двигун D-4 Toyota зі ступенем стиснення 12,5 працює на псреобсдненной суміші з тиском уприскування більше 10 МПа. Спеціально для такого класу систем фірмою розроблені швидкодіючі п'єзоелектричні інжектори підвищеної точності. Передбачається, що за допомогою таких систем буде досягнута двадцятивідсоткова економія палива в порівнянні з двигунами з уприскуванням палива.

Основним засобом підвищення продуктивності автомобільного транспорту є збільшення вантажопідйомності і середньої швидкості руху транспортних засобів. Его вимагає збільшення енергоозброєності автомобілів і автопоїздів, що забезпечується підвищенням як абсолютної потужності двигунів, так і питомої потужності (кВт / т). Максимальні швидкості сучасних автопоїздів великої вантажопідйомності досягли в Європі більше 90 км / год, а в США вони перевищили 100 км / ч.

Паливна економічність автомобілів в значній мірі залежить від потужності застосовуваного двигуна. Порівняльну оцінку автомобілів зазвичай проводять за їх питомої потужності Л / уд - відношенню максимальної ефективної потужності двигуна до повної маси автомобіля або автопоїзда (кВт / т). Мінімальне значення питомої потужності для автотранспортних засобів великої вантажопідйомності і автопоїздів в більшості країн зазвичай регламентовано, що сприяє вирівнюванню швидкостей потоку автотранспорту на дорогах. Згідно з прогнозами, зробленими зарубіжними фахівцями, в більшості країн з розвиненою автомобільною промисловістю мінімальна питома потужність автомобілів повинна стабілізуватися на рівні 7,5 кВт / т. В даний час в більшості країн Європи в якості оптимальної мінімальної У уд рекомендують 5,2 КВГ / т.

Результати експериментальних досліджень магістральних автопоїздів свідчать про істотний вплив питомої потужності на середню швидкість руху і шляховий витрата палива. Зменшення N до певних меж сприяє, як правило, зниження витрати палива і вартості автомобільних перевезень. Зниження питомої потужності автопоїзда з 6,0 до 4,5 кВт / т дозволяє зменшити дорожній витрата палива в звичайних умовах експлуатації на 4 ... 5%. У той же час при занадто малій питомої потужності (мене 4,0 кВт / т) шляховий витрата палива може збільшитися за рахунок більш частого використання проміжних ступенів в коробці передач.

Мінімальний дорожній витрата палива має місце при різних значеннях Л ^. д в залежності від дорожніх умов. При подальшому збільшенні питомої потужності відбувається збільшення колійного витрати палива через зменшення ступеня використання потужності двигуна.

Важливою умовою ефективної реалізації потужності двигуна в різних умовах експлуатації автомобіля є раціональний вибір параметрів трансмісії: передавального числа головної передачі, кількості ступенів і діапазону передавальних чисел коробки передач і закономірності побудови ряду передавальних чисел. Збільшення числа ступенів в коробці передач покращує паливну економічність автомобіля. Однак реальна кількість ступенів в коробці передач обмежена, оскільки чим більше число ступенів, тим складніше керувати автомобілем і водій не завжди правильно орієнтується у виборі потрібної передачі. Це в кінцевому підсумку призводить до того, що потенційні можливості багатоступеневих коробок передач виявляються нереалізованими.

У коробках передач сучасних автомобілів як з ручним, так і з автоматичним перемиканням реалізується лише обмежений набір передавальних чисел. Внаслідок цього неможливо добитися абсолютно повної відповідності режиму роботи двигуна і руху автомобіля на всіх режимах, тому, як правило, двигун працює в умовах, нс оптимальних для досягнення найкращих показників паливної економічності.

Останні досягнення в області розробки безступінчатих коробок передач вселяють деяку надію, і якщо ці коробки виявляться прийнятними за вартістю, довговічності і технології виготовлення, то за прогнозами їх використання дозволить на 10% підвищити паливну економічність автомобілів. Однак, на жаль, розробка безступінчатих коробок передач ще далека до завершення.

Передавальне число головної передачі також є важливою характеристикою відповідності режиму роботи двигуна і автомобіля. Тому підбір передавальних чисел агрегатів трансмісії при проектуванні автомобіля є завданням оптимізації.

Таким чином, питома потужність і характеристики трансмісії істотно впливають на показники паливної економічності автомобілів всіх типів. На практиці встановлено, що при правильному виборі значення питомої потужності і характеристик трансмісії можна знизити експлуатаційні витрати палива автобусів, вантажних автомобілів і автопоїздів до 10 ... 15% без зниження їх продуктивності, а іноді і при її підвищенні.

Автомобільний двигун в реальних умовах експлуатації тільки незначну частину часу працює на режимах максимальної потужності. Причому чим більше значення питомої потужності, тим рідше використовується максимальна потужність двигуна. Залежно від кутової швидкості колінчастого вала питома ефективна витрата палива буде різним: мінімальний - 270 г / (кВт • год), максимальний - 357 г / (кВт • год). Очевидно, що найбільш вигідним буде режим роботи двигуна, при якому питома ефективна витрата палива буде мінімальним.

Відхилення режиму роботи двигуна від оптимального супроводжується збільшенням питомої ефективної витрати палива. Збільшення витрати палива при зниженій частоті обертання колінчастого вала і малої потужності обумовлено зростанням відносних механічних, насосних і теплових втрат, а також погіршенням процесів сумішоутворення і умов згоряння суміші. Для забезпечення стабільності займання на цих режимах робочу суміш збагачують, що веде до збільшення питомої ефективної витрати палива.

Підвищення питомої витрати палива на режимах максимальних або близьких до них навантажень викликано у карбюраторних двигунів збагаченням робочої суміші економайзером. Найбільш економічний режим роботи карбюраторного двигуна при часткових навантаженнях з постійною частотою обертання колінчастого вала відповідає потужності, що становить 75 ... 80 % від максимального її значення для даного швидкісного режиму (гак званий «предекономайзерний»), а для автомобілів з використанням карбюраторів з послідовним включенням камер - початок увімкнути передню камеру. Як показують дослідження, економічна сфера зайнятості двигунів вантажних автомобілів і автобусів з карбюраторними двигунами знаходиться в межах 150 ... 200 рад / с, легкових - 250 ... 300, а для високооборотних дизелів - 210 ... 230 рад / с при навантаженні , що становить 70 ... 80% від максимальної.

У міських умовах автомобільні двигуни найчастіше працюють поза економічною області, тому підібрати економічні режими роботи двигуна з різних причин складно.

У табл. 8 наведені статистичні дані за тривалістю роботи автомобілів на різних режимах, в умовах великого міста, в залежності від загального балансу часу перебування на лінії і шляховий витрата палива на цих режимах.

Таблиця 8

Режими роботи автомобілів

Тривалість роботи автомобілів,%

витрата

палива,

%

легкових

вантажних

автобусів

Холостий хід

22

17

29

10 ... 14

прискорення

37

42

38

45 ... 51

Постійна швидкість

12

16

9

20 ... 23

уповільнення

29

25

24

8 ... 12

З таблиці випливає, що режими розгону найбільш представницькі як за тривалістю, так і по витраті палива. Під час розгону автомобіль витрачає палива в 1,35 ... 1,45 рази більше, ніж при рівномірному русі на цій же ділянці. Витрата палива на режимах розгону, перш за все, залежить від середньої величини прискорення автомобіля, продуктивності прискорювального насоса, частоти і режиму перемикання передач, сумарного числа обертів колінчастого вала двигуна, що припадає на одиницю шляху. З точки зору забезпечення найбільш економічних режимів роботи двигуна в різних умовах експлуатації і при різних режимах руху найкращим буде застосування безступінчатих трансмісій або трансмісій з великим числом ступенів з автоматичним перемиканням передач. Використання таких трансмісій дозволить також суттєво підвищити середні швидкості руху автомобілів.

Останнім часом багато закордонних фірм застосовують на великовантажних автомобілях-тягачах багатоступінчасті передачі з системами автоматичного перемикання і системами управління роботою двигуна, створеними на базі спеціалізованих ЕОМ. Впровадження таких систем на магістральних автопоїздах дозволяє зменшити дорожній витрата палива на 10 ... 15% при одночасному підвищенні їх тягово-швидкісних властивостей. Ще більший ефект може дати застосування таких систем на автомобілях, що працюють з сильно змінюються експлуатації. Зниження витрати палива при одночасному підвищенні тягово-швидкісних властивостей автомобіля може бути досягнуто за рахунок зменшення сил опору руху: опору коченню і опору повітря. Дослідження показали, що при зниженні коефіцієнта опору коченню вантажного автомобіля середньої вантажопідйомності на 10% витрати палива при швидкості руху 50 км / год зменшується на 8,0%, а у автопоїзда - на 9%. Зниження коефіцієнта опору повітря магістральних автопоїздів на 12% зменшує витрату палива на 20 ... 25%.

Часто при конструюванні шин, прагнучи збільшити їх термін служби, збільшують товщину протектора. Однак це призводить до збільшення коефіцієнта опору коченню і, отже, до збільшення витрати палива. При цьому в деяких випадках економічні втрати, пов'язані зі збільшенням витрати палива, можуть істотно перевищити ту економію, яку можна отримати в результаті збільшення терміну ності шин.

Ефективний вплив на витрату палива надає маса автомобіля і його розміри, так як від них безпосередньо залежать сили опору руху. Сила опору коченню в одних і тих же умовах прямо пропорційна масі автомобіля. Тому збільшення маси автомобіля завжди призводить до збільшення витрати палива. Для вантажних автомобілів шляховий витрата палива практично пропорційний їх масі, у легкових автомобілів такої пропорційності нс проглядається. Пояснюється це тим, що основною складовою сил опору руху у вантажних автомобілів є опір коченню, пропорційне їх масі, а у легкових автомобілів опір повітря виявляється порівнянним з опором коченню, а при великих швидкостях руху - домінуючим.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >