ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ФАКТОРІВ НА ВИТРАТУ ПАЛИВА

Розглянемо, як впливають на витрату палива різні групи факторів: конструкція автомобіля й двигуна, якість палива, режими руху й умови роботи автомобіля.

Індикаторний ККД h_i – це відношення теплоти, перетвореної в механічну роботу циклу, до всієї теплоти, внесеної у двигун з паливом. На робочих режимах у сучасних бензинових двигунів з високим ступенем стиску h_i≈0,34...0,37, у дизелів доходить до 0,5. Чим вище h_i, тим нижче витрата палива. Для наших задач h_i можна обчислити, виходячи з відсотка використання потужності N₁, який визначається в основному швидкістю й завантаженням автомобіля:

Залежність h_i від N₁ (рис. 14):

для карбюраторного двигуна: до N₁=80% –

при N₁>80% –

для дизеля:

Робочий об’єм двигуна й хід поршня – постійні характеристики двигуна, вони не залежать від експлуатаційників. Нижча теплота згоряння H_u визначається фракційним складом палива. Однак цей склад впливає й на інші властивості, у тому числі утворення нагару, шкідливі викиди й т.д.

Передаточне число коробки передач і_к – найдужчий фактор, що впливає на витрату палива й зношування двигуна, тому що механічна робота двигуна і його ресурс визначаються не пробігом автомобіля, тобто сумарним числом обертів коліс, а сумарним числом обертів колінвала (ЗИЛ-130: i_кV=1; i_кIV=1,47; i_кIII=2,29; i_кII=4,1; i_кI=7,44). Витрата палива за один оберт колінвала – приблизно постійна величина. Тому рух на понижувальних передачах збільшує витрату палива й зношування двигуна при тому самому пробігу автомобіля, тобто його оплаченій роботі. Водій вибирає передачу, виходячи з умов руху й керуючись своїм досвідом. У різні моменти руху він включає різні передачі. При розрахунках слід підставляти середньозважене значення де l_j – пробіг автомобіля при включеній j-тій передачі з передатним відношенням і_кj. Не маючи спеціального устаткування, ми не можемо точно замірити це значення; однак його можна оцінити, знаючи завантаження автомобіля й дорожні умови:

де М_max – максимальний крутний момент двигуна, Н м; К_Е – коефіцієнт експлуатаційного зниження крутного моменту (у середніх умовах 0,38...0,40).

З математичної моделі витрати палива видно, що дуже велику частку палива ми витрачаємо на переміщення власної маси автомобіля, а не оплачуваного навантаження. Виходить, потрібно прагнути до максимального використання вантажопідйомності (або місткості) автомобіля. Втім, це очевидно й без розрахунків.

Відчутно впливає на витрату значення ККД трансмісії. У процесі експлуатації ККД трохи міняється: за час обкатки дещо підвищується, при нормальній експлуатації теж росте, хоч повільніше, а при великих пробігах, коли наступає інтенсивне зношування, різко знижується. ККД трансмісії сильно спадає при розрегулюваннях головної передачі, відсутності мастила, влученні в мастило пилу й піску. При усталеному русі втрати енергії в трансмісії лише в невеликій мері визначаються переданим крутним моментом. Значно більший внесок вносять втрати на перемішування мастила (рис. 15).

Маса перевезеного вантажу збільшує витрату палива, але не прямо пропорційно, а повільніше. По-перше, у квадратних дужках є члени, які від неї не залежать, по-друге, з її збільшенням зростає й відсоток використання потужності, отже, індикаторний ККД, що стоїть у знаменнику. Звичайно, не варто навмисно знижувати масу вантажу – саме вона дає нам доходи, які перекривають витрати на паливо.

Сумарний дорожній опір, який оцінюється коефіцієнтом y, впливає на витрату палива так само, як і завантаження автомобіля. Однак цей опір впливає й побічно, оскільки зі збільшенням y падає досяжна технічна швидкість автомобіля:

де K₁=1 для навантаженого автомобіля, 1,1 для порожнього, 0,9 для автопоїзда; V_max – максимальна швидкість автомобіля по характеристиці.

Швидкість, яку може розвинути автомобіль, дуже залежить від умов експлуатації й особливо сильно впливає на витрату палива. Правильно вибираючи швидкість, можна використати найвигідніші режими руху й домогтися значної економії палива. У загальному вигляді залежність витрати палива бензинового автомобіля в л/100 км від досяжної середньої технічної швидкості руху, якщо ввести в неї вже розглянуті формули для y й і відсотка використання потужності, така:

Ця залежність має екстремум – мінімум (рис. 16). Виходить, для кожного автомобіля існують умови експлуатації (і швидкість, яку вони допускають), при яких витрата палива буде мінімальна. Але, може, при мінімальній витраті палива інші статті витрат на перевезення стануть вище й перекриють економію палива? Виявляються, ні – інші статті помітно пов'язані з витратою палива. Отже, для підвищення паливної економічності автомобіля треба збільшувати його навантаження і швидкість руху (природно, це поліпшує й загальну економічність), а також правильно вибирати передачу. Так, для ЗИЛ-431410 при h_i »0,33

Витрата палива на прямій передачі (і_к=1) при швидкості 50 км/год і
G_a =1000 Н (порожній автомобіль на асфальтобетоні) складе 26,6 л/100 км, на 3-й передачі (і_кІІІ =2,29) – 43,9 л/100 км, тобто вище на 65%.

Далі звернемо увагу на інерційну складову. Хоч у рівнянні й стоїть знак ±, насправді зниження витрати при русі накатом не дорівнює її збільшенню при розгоні: по-перше, через те, що ККД автомобіля менше одиниці, по-друге, при русі накатом навіть із вимкненим запалюванням паливо подається в циліндри й викидається в атмосферу (це не стосується сучасних двигунів з керованим упорскуванням або з електромагнітним клапаном для перекриття подачі палива). Рух з постійною швидкістю економічніший – про це знали ще в 30-х роках ХХ сторіччя. Основний резерв економії палива – підвищення коефіцієнтів використання вантажопідйомності й пробігу.

Наведені розрахунки з використанням формул, що зв'язують V_a, і_к й y , дозволяють обчислювати витрату палива у всьому діапазоні умов експлуа-тації, які характеризуються досяжною середньою технічною швидкістю Va. Тут й y - не просто коефіцієнт опору коченню, а якийсь узагальнений показник, що відбиває всі особливості даного сполучення умов роботи (у тому числі й транспортні, наприклад, інтенсивність руху). Якщо ж потрібно просто побудувати графік Q(V) для конкретної дороги, то треба підставляти конкретну швидкість за спідометром, конкретне передаточне число КП і конкретний коефіцієнт сумарного дорожнього опору. У цьому випадку крива Q(V) перетвориться в сімейство кривих для різних передач (різних і_к), і зона існування кожної кривої буде обмежена реально доступними на цій передачі швидкостями. Матмодель дає гарний збіг з емпіричними нормами. Отже, по ній можна успішно розраховувати норми для нових моделей автомобілів і різних умов експлуатації.