4.4. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на топливную экономичность автомобиля

Факторы, влияющие на расход топлива автомобилями, могут быть классифицированы и объединены в три основные группы: технологические, конструктивные и эксплуатационные.

Влияние технологических факторов на расход топлива связано, в основном, с величиной допусков и качества обработки основных элементов автомобиля, с качеством проведения сборочных и контрольно – регулировочных операций, а также с эффективностью метрологического обеспечения ОТК автомобилестроительных и ремонтных заводов, автотранспортных предприятий и станций технического обслуживания.

Особое влияние на топливную экономичность автомобилей с карбюраторными двигателями оказывают размеры топливных и воздушных жиклеров карбюраторов, технологический допуск на изготовление которых, например, для грузовых автомобилей составляет 3%, что приводит к технологическому допуску по расходу топлива до 6...8%. Также существенное влияние на топливную экономичность оказывают различие в пропускной способности главных жиклеров отдельных камер карбюратора, не герметичность и неоптимальное включение клапана экономайзера, наличие заусениц в диффузорах карбюратора, дефекты в топливных и эмульсионных каналах, не плотность в системе ускорительного насоса и т. п.

У дизельных двигателей существенную роль играют зазоры у сопрягаемых деталей топливной аппаратуры, т. е. плотность плунжерных пар насоса высокого давления и пары «запорная игла – распылитель» форсунок, герметичность запирающих элементов линии высокого давления топлива и ее гидравлическое сопротивление, правильность и точность регулировок форсунок и клапанов по давлению их открытия, равномерность цикловой подачи топлива и начала впрыскивания различных секций топливного насоса и т. п.

К наиболее важным эксплуатационным факторам, определяющим эффективность топливо использования в условиях транспортного процесса, относят: организацию дорожного движения; техническое состояние подвижного состава и автомобильных дорог; мастерство водителей; атмосферные условия; коэффициенты использования грузоподъемности и пробега автомобиля и др.

К конструктивным факторам, определяющим базовый расход топлива (топливную экономичность) относятся: весовые и аэродинамические параметры автомобиля, тип и конструктивные особенности двигателя (способ смесеобразования, степень сжатия, форма камеры сгорания, количество цилиндров, ход и диаметр поршней, частота вращения коленчатого вала двигателя и т. д.), совершенство рабочего процесса двигателя, неравномерность распределения горючей смеси (топлива) по цилиндрам, система обезвреживания отработавших газов, тип и характеристики шин и трансмиссии, конструкция ходовой части и т. п.

На топливную экономичность оказывает влияние также правильный выбор передаточного отношения главной передачи, числа передач и передаточных чисел коробки передач. Увеличение числа передач улучшает топливную экономичность автомобиля. В связи с этим на современных грузовых автомобилях получили распространение многоступенчатые коробки передач (8…10 ступеней). Увеличение числа ступеней ограничено, поскольку, чем больше число ступеней, тем сложнее управление автомобилем.

Для высокоскоростных автомобилей на топливную экономичность существенное влияние может также оказывать обтекаемость кузова.

Из эксплуатационных факторов наибольшее влияние на топливную экономичность оказывают скорость движения, степень использования грузоподъемности и выбор передачи в коробке передач.

Из топливно-экономической характеристики (рис. 26) видно, что с увеличением скорости движения путевой расход топлива при малых скоростях уменьшается, достигает минимального значения при некоторой оптимальной скорости движения, а затем существенно возрастает. Такая зависимость путевого расхода топлива от скорости движения объясняется тем, что с изменением скорости одновременно изменяются две величины, входящие в уравнение расхода топлива установившегося движения автомобиля, а именно удельный расход топлива и сила сопротивления воздуха.

При малых скоростях движения сила сопротивления воздуха невелика и почти не оказывает влияния на топливную экономичность. Основное влияние в этом случае оказывает изменение удельного расхода топлива, зависящего от изменения степени использования мощности двигателя U. При увеличении скорости движения степень использования мощности двигателя возрастает, в связи с чем, как видно из экономической характеристики двигателя (рис. 27), удельный расход топлива уменьшается, а, следовательно, уменьшается также и путевой расход топлива.

Начиная с некоторой скорости движения, сила сопротивления воздуха начинает оказывать существенное влияние на расход топлива, и уменьшение расхода замедляется. Начиная с той скорости движения, которая на топливно-экономической характеристике обозначена V_{a опт}, увеличение расхода топлива за счет возрастания силы сопротивления воздуха перекрывает уменьшение его за счет снижения удельного расхода топлива.

Увеличение веса груза, перевозимого автомобилем, всегда приводит к увеличению путевого расхода топлива. Однако удельный путевой расход топлива q_пу, т.е. путевой расход, отнесенный к единице перевозимого груза, при этом может как увеличиваться, так и уменьшаться. Для того чтобы проанализировать изменение удельного путевого расхода топлива при изменении веса перевозимого груза, удобнее представить уравнение расхода топлива в таком виде:

, (99)

где G_гр – вес перевозимого груза;

G_сн – снаряженный вес автомобиля (вес автомобиля без груза);

γ_т – коэффициент тары (γ_T = G_сн/G_гр).

Из формулы (99) видно, что при увеличении веса перевозимого груза два члена множителя, стоящего в квадратных скобках, уменьшаются. Кроме того, до определенных пределов уменьшается также удельный расход топлива g_е, поскольку увеличивается степень использования мощности двигателя. Только при больших степенях использования мощности двигателя g_е может увеличиваться и при этом может увеличиваться удельный расход топлива q_пу. Увеличивать вес полезного груза, перевозимого непосредственно на автомобиле, можно лишь в пределах номинальной грузоподъемности автомобиля. Дальнейшее улучшение топливной экономичности возможно за счет применения автопоездов. Кроме того, так как снаряженная масса прицепных звеньев значительно ниже снаряженной массы автомобилей такой же грузоподъемности, то масса перевозимого груза с использованием прицепных звеньев увеличивается примерно вдвое, в то время как снаряженная масса автопоезда возрастает всего на 50...60 %. В результате удельный путевой расход топлива автопоездов значительно ниже, чем у одиночных автомобилей. Однако, как отмечалось ранее, максимальная масса автопоезда ограничивается минимальной удельной мощностью двигателя, характеристикой трансмиссии и дорожными условиями. Поэтому увеличивать массу автопоезда можно только до определенных пределов.

Если при движении с одной и той же скоростью по одной и той же дороге использовать различные передачи в коробке передач, то и расход топлива будет разным.

Для объяснения причин изменения расхода топлива при движении на различных передачах воспользуемся графиком мощностного баланса автомобиля (рис. 25).

Пусть зависимость от скорости мощности, необходимой для движения автомобиля по дороге с некоторым коэффициентом дорожного сопротивления ψ, изображается кривой О_а. При скорости V_а1 возможно движение автомобиля на любой из трех передач. При этом степень использования мощности двигателя на различных передачах будет различной: на первой передаче ; на второй передаче ; на третьей передаче . Существенное, влияние на топливную экономичность автомобиля оказывают: техническое состояние его механизмов и систем, соответствие применяемых эксплуатационных материалов (топливо, смазки, охлаждающие жидкости) рекомендуемым заводом-изготовителем, соблюдение тепловых режимов, а также правильность выбора способа вождения автомобиля. Непосредственно из рисунка можно сделать заключение, что U_I<U_II<U_III, т.е. что степень использования двигателя уменьшается при переходе с высшей передачи на низшую.

Рис. 25. Влияние выбора передачи на расход топлива

Поскольку с уменьшением степени использования мощности двигателя, как правило, удельный расход топлива возрастает, а мощность N_T , расходуемая на движение автомобиля, остается неизменной, то путевой расход топлива при движении на низших передачах, как правило, больше, чем на высших. Только в тех случаях, когда на высшей передаче степень использования двигателя близка к 100%, может оказаться, что переход на низшую передачу приведет к некоторому снижению расхода топлива.

Наибольшее влияние на топливную экономичность автомобиля оказывает техническое состояние и правильность регулировок приборов систем питания и зажигания. Например, неисправность экономайзера может увеличить расход топлива на 15%. Отказ в работе одной свечи зажигания у автомобиля с шестицилиндровым двигателем приводит к увеличению расхода топлива на 20…25%. неправильная установка зажигания может привести к увеличению расхода топлива на 60…80%. Расход топлива увеличивается также при неправильной установке схождения колес, ненормальном давлении воздуха в шинах, отсутствии гарантированного зазора в тормозных механизмах, нарушениях в работе механизма газораспределения и т.д.

Большое влияние на топливную экономичность оказывает соответствие применяемого сорта топлива рекомендациям завода-изготовителя. Например, применение бензина, с октановым числом более низким, чем рекомендуется заводом, может привести к перерасходу топлива до 15…20%. Уменьшение температуры охлаждающей жидкости с 95° (оптимальная температура для современных двигателей) до 65° увеличивает расход топлива почти на 15%.

Передовые водители добиваются существенной экономии топлива за счет правильного использования режимов движения. Режимы движения подбираются такими, чтобы двигатель работал по возможности в области низких удельных расходов топлива и мощность, расходуемая на разгон автомобиля при увеличении его скорости, как можно более полно использовалась для движения автомобиля в процессе снижения его скорости.

Основным конструктивным фактором, влияющим на топливную экономичность автомобиля, является тип и конструктивные особенности двигателя. Как было указано выше, минимальные удельные расходы топлива у дизелей приблизительно на 30% ниже, чем у карбюраторных двигателей. Преимущества дизелей, с точки зрения топливной экономичности, заключаются также в меньшей зависимости удельных расходов от степени использования мощности двигателя. При уменьшении степени использования двигателя до U = 10% у карбюраторных двигателей удельный расход топлива увеличивается приблизительно в три раза, а у дизелей только на 30%. В результате как снижения минимальных удельных расходов, так и уменьшения зависимости удельного расхода топлива от степени использования мощности двигателя, путевой расход топлива у автомобилей одинаковой грузоподъемности при установке дизеля в среднем на 50% меньше, чем при установке карбюраторного двигателя.

Более высокая топливная экономичность автомобилей с дизельным двигателем по сравнению с карбюраторными является основной причиной быстрой дизелизации грузового автопарка практически во всех странах мира (за исключением США). Топливная экономичность автомобилей, снабженных карбюраторными двигателями, в значительной степени зависит от степени сжатия двигателей. Считают, что повышение степени сжатия стандартных двигателей на две единицы позволяет снизить расход топлива на 15%. Однако повышение степени сжатия требует применения бензинов с повышенными октановыми числами. С увеличением же октанового числа бензина его производство усложняется и стоимость увеличивается. Кроме того, при больших степенях сжатия увеличивается токсичность отработанных газов.

Применение дизельных двигателей на автомобилях обусловлено, прежде всего, достаточно высокой топливной экономичностью и использованием менее дорогих видов топлива по сравнению с бензином. Поэтому дизельные двигатели находят все более широкое применение на грузовых автомобилях, автобусах и даже на легковых автомобилях. К настоящему времени дизели практически вытеснили во всех развитых странах двигатели с принудительным зажиганием в грузовом автотранспорте и постепенно начинают вытеснять их в легковых автомобилях (исключая США, где довольно низкие налоги и стоимость бензина).

Дизельные двигатели экономичнее бензиновых благодаря более высокой степени сжатия и коэффициенту избытка воздуха, более точному дозированию топлива на основных эксплуатационных режимах, что обеспечивает более полное сгорание топлива в цилиндрах двигателя. Термический КПД дизеля на 10...13 % выше, по сравнению с бензиновым. Минимальный удельный эффективный расход топлива у современных дизелей составляет 220...230 г /кВт ч, что на 25...28 % меньше по отношению с бензиновыми двигателями. По сообщениям зарубежных фирм уже созданы экспериментальные образцы дизелей с минимальным удельным расходом топлива 195...205 г /кВт ч.

При магистральных перевозках расход топлива на единицу транспортной работы автомобиля средней грузоподъемности с дизельным двигателем на 32 % меньше по сравнению с бензиновым, такой же мощности. В условиях бездорожья относительная экономичность автомобилей с дизельными двигателями еще более значительна.

По мере увеличения скорости движения относительная величина топливной экономичности дизельного двигателя несколько уменьшается. Однако в городских условиях эксплуатации, для которых характерны невысокие скорости движения, дизельные двигатели обеспечивают до 40 % экономии топлива на единицу транспортной работы.

Повышенный интерес к дизельным двигателям в последнее время дополнительно объясняется еще и тем, что они в меньшей степени загрязняют окружающую среду продуктами неполного сгорания (СО и СН), хотя количество твердых частиц и окислов азота в отработавших газах дизелей существенно больше, чем у бензиновых двигателей. Введение более жестких норм токсичности на отдельные компоненты может привести к тому, что дизели не будут удовлетворять этим требованиям и это может явиться серьезным препятствием на пути их широкого внедрения на автомобильном транспорте. Другой отличительной особенностью дизельных двигателей является то, что удельные эффективные расходы топлива у них меньше зависят от степени использования мощности U.

В результате всего выше перечисленного у одно-марочных автомобилей при установке дизельного двигателя вместо бензинового путевой расход топлива уменьшается в среднем на 40 %.

Основные параметры автомобилей АЗЛК с дизельным и бензиновым двигателями

Таблица 6

Существенным фактором, сдерживающим широкое применение дизелей, особенно на легковых автомобилях являются их большие, по сравнению с бензиновыми двигателями той же мощности, размеры и масса, худшая динамика разгона автомобиля, а также повышенные стоимость и шумность при работе (более резкое нарастание давления при самовоспламенении). Кроме того, в последние годы появляется все больше противников дизельных двигателей в связи с пересмотром взглядов на относительную агрессивность вредных веществ в отработавших газах дизелей и бензиновых двигателей. Снижение скорости нарастания давления в цилиндрах дизелей, особенно для легковых автомобилей компенсируется применением форкамер, вихревых камер сгорания и пленочного способа смесеобразования. Согласно статистическим данным, применение дизельных двигателей предпочтительнее на грузовых автомобилях средней и большой грузоподъемности, что также в достаточной мере отвечает структуре топливно-энергетического баланса и нефтехимической отрасли.

Другим не менее эффективным способом повышения мощности и экономичности двигателей является применение турбонаддува. Его применяют на бензиновых и дизельных двигателях. Применение турбонаддува на дизелях повышает мощность двигателя до 20 %, а топливную экономичность на 4...6 % по сравнению с двигателями без наддува. Экономия топлива на бензиновых двигателях с наддувом достигает 5...7 %. Наибольший эффект дает применение наддува в сочетании с одновременным снижением максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя. Для обеспечения надежной работы двигателей с турбонаддувом необходимо проведение дополнительных конструктивно – технологических мероприятий: увеличение прочностных характеристик цилиндро-поршневой группы, масляное охлаждение поршней и др.

Совершенствование топливной аппаратуры дизелей обеспечит снижение расхода топлива в целом до 6,5 и дымности до 25 %. Для достижения перспективных норм токсичности отработавших газов на транспортных дизелях необходимо использовать двухрежимный регулятор топливного насоса высокого давления.

В области совершенствования рабочего процесса дизелей эффективным является применение пленочного способа смесеобразования, обеспечивающего снижение расхода топлива на 10...12 г/кВт ч., замена механических устройств впрыска топлива форсунками на индивидуальные для каждого цилиндра насос – форсунки со сложной схемой управления по образцу систем электронного впрыска бензиновых двигателей.

В последние годы ряд фирм Европы и США ведут интенсивные работы над двухтактными автомобильными двигателями. Как известно, двухтактные двигатели при одинаковых параметрах позволяют почти в два раза увеличить мощность. Основные недостатки двухтактных двигателей – большой расход топлива и высокая токсичность ОГ постепенно устраняются применением электронного управления и организацией подачи топлива в цилиндры только после закрытия выпускных окон или клапанов.

Анализ развития двигателей традиционных схем показывает, что за последние 20 лет их основные удельные показатели улучшились почти вдвое (см. таблицу 7)

Таблица 7

Наиболее реальной альтернативой жидкого топлива нефтяного происхождения на автомобильном транспорте является перевод определенной части автомобильного парка на питание сжиженным нефтяным газом (СНГ) и сжатым природным газом (СПГ). Эти газы являются полноценным моторным топливом. При использовании природного газа не требуется большой технологической переработки системы питания бензинового двигателя. Степень унификации газобаллонных автомобилей, работающих на СПГ и СНГ, по сравнению с автомобилями действующего производства по основным агрегатам двигателя, системы питания и зажигания составляет 95 %. Октановое число газового топлива соответствует 110 ед. Высокая антидетонационная стойкость газовых топлив и их хорошая смешиваемость с воздухом позволяют форсировать газовые автомобильные двигатели по степени сжатия до 10...11 (например, двигатель ЗИЛ – 130 с 6,5 до 8,0, а двигатель ЗМЗ – 53 с 6,7 до 8,5).

Более высокое содержание водорода в газовом топливе обеспечивает его более полное сгорание в цилиндрах двигателя. Пределы воспламенения у газового топлива более широкие, чем у бензина, это позволяет на основных эксплуатационных режимах наиболее эффективно обеднять горючую смесь. Применение СПГ и СНГ в качестве моторного топлива обеспечивает существенное снижение токсичности отработавших газов по основным контролируемым параметрам. Результаты лабораторно – дорожных испытаний газобаллонных автомобилей ЗИЛ и ГАЗ показали, что при эксплуатационных экономических скоростях движения они расходуют по объему на 10...14 % топлива меньше, чем при работе на бензине.

Перевод бензинового двигателя на газ при оптимальной степени сжатия ведет к снижению удельного эффективного расхода топлива на 5...6 % (по внешней скоростной характеристике). Снижение шума в зависимости от режимов работы двигателя достигает 7...8 дБ. Моторесурс у газовых двигателей, работающих на СНГ и СПГ, на 30...35 % больше, чем у бензиновых.

Серьезным недостатком газобаллонных автомобилей является снижение максимальной мощности двигателя при неизменной степени сжатия на 10...19 %, что связано с меньшей скоростью распространения фронта пламени в камере сгорания и более низким коэффициентом наполнения цилиндров (на 8...10 %), а это ведет к уменьшению максимального давления и температуры рабочего цикла. Кроме того, увеличивается снаряженная масса автомобиля на 5...18 %, что соответственно приводит к снижению полезной грузоподъемности. У газобаллонных автомобилей увеличивается минимально устойчивая частота вращения коленчатого вала двигателя (минимальная устойчивая скорость движения) примерно в 2 раза, что вызывает ряд дополнительных трудностей, связанных с эксплуатацией и управлением, выполнением маневров при движении в городских условиях и снижением надежности работы некоторых систем автомобиля.

Топливная экономичность автомобилей, снабженных бензиновыми двигателями, существенно зависит от величины степени сжатия. Повышение степени сжатия увеличивает не только термодинамический, но и относительный КПД. Увеличение степени сжатия целесообразно до тех пор, пока улучшения показателей работы двигателя достигают без каких-либо признаков детонации. Повышение степени сжатия на 1 ед. в пределах 6,5...9,0 снижает расход топлива на 4...6 %. Повышение степени сжатия свыше 9,0 уже недостаточно эффективно из-за уменьшения приращения экономии топлива, повышения стоимости высооктановых бензинов, увеличения потерь нефтяных фракций при нефтепеработке и уменьшения эффекта приращения КПД двигателя. Увеличение степени сжатия ведет также к ухудшению пусковых качеств, сокращению срока службы двигателя и существенному увеличению токсичности отработавших газов.

Кроме того, повышение степени сжатия требует применение бензина с более высоким октановым числом или усложнения системы управления работой двигателя. Производство неэтилированного бензина с высоким октановым числом необходимого для двигателей с высокой степенью сжатия требует дополнительных затрат энергии. Так, экономия затрат вследствие повышения топливной экономичности при одинаковых характеристиках при увеличении степени сжатия с 8,3 до 9,2 составляет 5,8 %, в то время как затраты энергии на производство бензина с более высоким октановым числом, необходимым для двигателя с более высокой степенью сжатия, оценивается в 9,5 %. Таким образом, при переходе к более высокой степени сжатия, общие затраты могут возрасти.

Вытеснение карбюраторов системами электронного впрыска топлива (первое механическое устройство впрыска топлива под давлением на 4-х тактном двигателе появилось в 1894 г., а первая электронная система впрыска – в 1957 г. в США на автомобилях Chevrolet) обусловлено улучшением основных показателей двигателей. Это объясняется более качественным смесеобразованием (за счет большего перепада давлений, чем создается диффузорами), более точным дозированием и оптимизацией состава смеси на всех режимах работы двигателя. За счет этого улучшается процесс сгорания и контроль за продуктами сгорания. Применение впрыска топлива позволяет повысить на 1–2 единицы степень сжатия, а это дополнительно приводит к увеличению мощностных и экономических показателей работы двигателя. Причем высокая экономичность обеспечивается в более широком диапазоне рабочих режимов, чем у двигателей с карбюраторами. При этом существенно снижается токсичность отработавших газов, поскольку двигатели работают на обедненных смесях (1,5…1,7).В настоящее время двигатели с впрыском при тех же конструктивных параметрах имеют мощность на 10…15 % больше, расход топлива на 15…20 % меньше, а токсичность в несколько раз меньше по сравнению с карбюраторными. Однако даже при таком улучшении экологических свойств они не удовлетворяют требованиям Евростандарта «Евро – 3», и тем более новым стандартам «Евро – 4» и «Евро – 5» и стандарту SAE США. Дальнейшим шагом в создании систем впрыска является непосредственный впрыск топлива в цилиндры бензинового двигателя. Ряд японских фирм в результате 10 летней работы создали образцы двигателей с непосредственным впрыском. Так двигатель D-4 Toyota со степенью сжатия 12,5 работает на переобедненной смеси с давлением впрыска более 10 Мпа. Специально для такого класса систем фирмой разработаны быстродействующие пьезоэлектрические инжекторы повышенной точности. Предполагается, что с помощью таких систем будет достигнута 20 – % экономия топлива по сравнению с двигателями с впрыском топлива.

Основным средством повышения производительности автомобильного транспорта является увеличение грузоподъемности и средней скорости движения транспортных средств. Это требует увеличения энерговооруженности автомобилей и автопоездов, обеспечиваемой повышением, как абсолютной мощности двигателей, так и удельной мощности (кВт/т). Максимальные скорости современных автопоездов большой грузоподъемности достигли в Европе более 90 км /ч, а в США они превысили 100 км / ч.

Топливная экономичность автомобилей в значительной степени зависит от мощности применяемого двигателя. Сравнительную оценку автомобилей обычно производят по их удельной мощности N_уд – отношению максимальной эффективной мощности двигателя к полной массе автомобиля или автопоезда (кВт / т). Минимальное значение удельной мощности для автотранспортных средств большой грузоподъемности и автопоездов в большинстве стран обычно регламентировано, что способствует выравниванию скоростей потока автотранспорта на дорогах. Согласно прогнозам, сделанным зарубежными специалистами, в большинстве стран с развитой автомобильной промышленностью минимальная удельная мощность автомобилей должна стабилизироваться на уровне 7,5 кВт/т. В настоящее время в большинстве стран Европы в качестве оптимальной минимальной N_уд рекомендуют 5,2 кВт / т.

Результаты экспериментальных исследований магистральных автопоездов свидетельствуют о существенном влиянии удельной мощности на среднюю скорость движения и путевой расход топлива.Уменьшение N_уд до определенных пределов способствует, как правило, снижению расхода горючего и стоимости автомобильных перевозок. Снижение удельной мощности автопоезда с 6,0 до 4,5 кВт / т позволяет уменьшить путевой расход топлива в обычных условиях эксплуатации на 4...5 %. В то же время при слишком малой удельной мощности (мене 4,0 кВт / т) путевой расход топлива может увеличиться за счет более частого использования промежуточных ступеней в коробке передач.

Минимальный путевой расход топлива имеет место при различных значениях N_уд в зависимости от дорожных условий. При дальнейшем увеличении удельной мощности происходит увеличение путевого расхода топлива из – за уменьшения степени использования мощности двигателя. Средняя скорость движения при увеличении удельной мощности постоянно возрастает, достигая установившегося значения при N_уд = 10 кВт / т (см. рис. 8).

Важным условием эффективной реализации мощности двигателя в различных условиях эксплуатации автомобиля является рациональный выбор параметров трансмиссии: передаточного числа главной передачи, количества ступеней и диапазона передаточных чисел коробки передач и закономерности построения ряда передаточных чисел. Увеличение числа ступеней в коробке передач улучшает топливную экономичность автомобиля. Однако реальное количество ступеней в коробке передач ограничено, поскольку, чем больше число ступеней, тем сложнее управлять автомобилем и водитель не всегда правильно ориентируется в выборе нужной передачи. Это в конечном итоге приводит к тому, что потенциальные возможности многоступенчатых коробок передач оказываются нереализованными.

В коробках передач современных автомобилей, как с ручным, так и с автоматическим переключением реализуется лишь ограниченный набор передаточных чисел. Вследствие этого невозможно добиться абсолютно полного соответствия режима работы двигателя и движения автомобиля на всех режимах, поэтому, как правило, двигатель работает в условиях, не оптимальных для достижения наилучших показателей топливной экономичности.

Последние достижения в области разработки бесступенчатых коробок передач вселяют некоторую надежду, и если эти коробки окажутся приемлемыми по стоимости, долговечности и технологии изготовления, то по прогнозам их использование позволит на 10 % повысить топливную экономичность автомобилей. Однако, к сожалению, разработка бесступенчатых коробок передач еще далека до завершения.

Передаточное число главной передачи также является важной характеристикой соответствия режима работы двигателя и автомобиля. Поэтому подбор передаточных чисел агрегатов трансмиссии при проектировании автомобиля является задачей оптимизации.

Таким образом, удельная мощность и характеристики трансмиссии оказывают существенное влияние на показатели топливной экономичности автомобилей всех типов. На практике установлено, что при правильном выборе значения удельной мощности и характеристик трансмиссии можно снизить эксплуатационные расходы топлива автобусов, грузовых автомобилей и автопоездов до 10...15 % без снижения их производительности, а иногда и при ее повышении.

Автомобильный двигатель в реальных условиях эксплуатации только незначительную часть времени работает на режимах максимальной мощности. Причем, чем больше значение удельной мощности, тем реже используется максимальная мощность двигателя. В зависимости от угловой скорости коленчатого вала удельный эффективный расход топлива будет разным: минимальный – 270 г/(кВт ч), максимальный – 357 г / (кВт ч). Очевидно, что наиболее выгодным будет режим работы двигателя, при котором удельный эффективный расход топлива будет минимальным.

Отклонение режима работы двигателя от оптимального сопровождается увеличением удельного эффективного расхода топлива. Увеличение расхода топлива при пониженной частоте вращения коленчатого вала и малой мощности обусловлено ростом относительных механических, насосных и тепловых потерь, а также ухудшением процессов смесеобразования и условий сгорания смеси. Для обеспечения стабильности воспламенения на этих режимах рабочую смесь обогащают, что ведет к увеличению удельного эффективного расхода топлива.

Повышение удельного расхода топлива на режимах максимальных, или близких к ним, нагрузок вызвано у карбюраторных двигателей обогащением рабочей смеси экономайзером. Наиболее экономичный режим работы карбюраторного двигателя при частичных нагрузках с постоянной частотой вращения коленчатого вала соответствует мощности составляющей 75...80 % от максимального ее значения для данного скоростного режима (так называемый «предэкономайзерный»), а для автомобилей с использованием карбюраторов с последовательным включением камер – начало включения дополнительной камеры. Как показывают исследования экономичная область работы двигателей грузовых автомобилей и автобусов с карбюраторными двигателями находится в пределах 150...200 рад / с, легковых – 250...300, а для высокооборотных дизелей – 210...230 рад / с при нагрузке составляющей 70...80 % от максимальной.

В городских условиях автомобильные двигатели чаще всего работают вне экономичной области, поэтому подобрать экономичные режимы работы двигателя по разным причинам, затруднено.

В таблице 8 приведены статистические данные по продолжительности работы автомобилей на различных режимах, в условиях крупного города в зависимости от общего баланса времени пребывания на линии и путевой расход топлива на этих режимах.

Таблица 8

Из таблицы следует, что режимы разгона наиболее представительные как по продолжительности, так и по расходу топлива. Во время разгона автомобиль расходует топлива в 1,35...1,45 раза больше, чем при равномерном движении на этом же участке. Расход топлива на режимах разгона, прежде всего, зависит от средней величины ускорения автомобиля, производительности ускорительного насоса, частоты и режима переключения передач, суммарного числа оборотов коленчатого вала двигателя, приходящегося на единицу пути. С точки зрения обеспечения наиболее экономичных режимов работы двигателя в различных условиях эксплуатации и при различных режимах движения будет применение бесступенчатых трансмиссий или трансмиссий с большим числом ступеней с автоматическим переключением передач. Использование таких трансмиссий позволит также существенно повысить средние скорости движения автомобилей.

В последнее время многие зарубежные фирмы применяют на большегрузных автомобилях – тягачах многоступенчатые передачи с системами автоматического переключения и системами управления работой двигателя, созданными на базе специализированных ЭВМ. Внедрение таких систем на магистральных автопоездах позволяет уменьшить путевой расход топлива на 10...15 % при одновременном повышении их тягово-скоростных свойств. Еще больший эффект может дать применение таких систем на автомобилях, работающих с сильно изменяющимися условиями эксплуатации. Снижение расхода топлива при одновременном повышении тягово-скоростных свойств автомобиля может быть достигнуто за счет уменьшения сил сопротивления движению: сопротивления качению и сопротивления воздуха. Исследования показали, что при снижении коэффициента сопротивления качению грузового автомобиля средней грузоподъемности на 10 % расход топлива при скорости движения 50 км / ч уменьшается на 8, 0 %, а у автопоезда на 9,0 %. Снижение коэффициента сопротивления воздуха магистральных автопоездов на 12 % уменьшает расход топлива на 20...25 %.

Часто при конструировании шин стремясь увеличить их срок службы, увеличивают толщину протектора. Однако это приводит к увеличению коэффициента сопротивления качению и, следовательно, к увеличению расхода топлива. При этом в некоторых случаях экономические потери, связанные с увеличением расхода топлива, могут существенно превысить ту экономию, которую можно получить в результате увеличения срока ходимости шин.

Эффективное влияние на расход топлива оказывает масса автомобиля и его размеры, так как от них напрямую зависят силы сопротивления движению. Сила сопротивления качению в одних и тех же условиях прямо пропорциональна массе автомобиля. Поэтому увеличение массы автомобиля всегда приводит к увеличению расхода топлива. Для грузовых автомобилей путевой расход топлива практически пропорционален их массе, у легковых автомобилей такой пропорциональности не просматривается. Объясняется это тем, что основной составляющей сил сопротивления движению у грузовых автомобилей является сопротивление качению, пропорциональное их массе, а у легковых автомобилей сопротивление воздуха оказывается соизмеримым с сопротивлением качению, а при больших скоростях движения – доминирующим.