Значний вплив на витрату палива надає спосіб водіння автомобіля. Найбільш близьким до оптимального є рух з постійною швидкістю по горизонтальній ділянці шосе, коли необхідно долати тільки опір коченню і аеродинамічний опір. Витрата палива при такому русі менше, ніж при русі по місту або дорозі зі змінним профілем з такою ж середньою швидкістю.
Кожна зупинка автомобіля і його новий розгін вимагають значної енергії. При зупинці автомобіля його кінетична енергія через гальмування перетворюється в теплоту. При подальшому розгоні автомобілю необхідно надати прискорення, щоб досягти швидкості, яку він мав до гальмування. При цьому прискорення потрібно повідомити не тільки всієї поступально рухається масі автомобіля, але і надати обертання маховика двигуна з кривошипним механізмом, всім шестерням в коробці передач і роздавальної коробці, карданним передачам, шестерням головної передачі і, нарешті, всім колесам. Приведення всіх цих мас до осі коліс дає досить значні величини, особливо на низьких передачах.
Мал. 1. Кожна зупинка автомобіля і його новий розгін вимагають значної енергії.
У легкового автомобіля при першій передачі наведені маси досягають 1,6-1,8 маси автомобіля, і навіть на прямій передачі це значення все ще становить 1,05-1,06. У вантажних автомобілів ці значення на нижчій передачі доходять до 2,5-3. Тому, наприклад, на першій передачі при використанні повної потужності двигуна вантажним автомобілем досягається менше прискорення, ніж на другий.
Якщо взяти до уваги, що при кожному перемиканні передачі необхідно зменшувати швидкість обертання всіх обертових мас двигуна, зчеплення і частини шестерень коробки передач, то слід задуматися над тим, яким способом можна усунути втрати, що виникають при цьому процесі.
При розгоні автомобіля його двигун має працювати з найбільшою можливою потужністю в економічній зоні характеристики, і його частота обертання не повинна, по можливості, змінюватися. Такий режим роботи двигуна вимагає безступінчатим коробки передач. Після розгону і переходу на постійну швидкість руху необхідна потужність двигуна знижується. І в цьому випадку двигун також повинен працювати при мінімально можливій витраті палива. Це можна здійснити при частоті обертання двигуна, меншою тієї, при якій досягається максимальна потужність двигуна. Тому неекономічно експлуатувати двигун тривалий час на оборотах максимальної потужності і використовувати при цьому тільки її частину. Потужність втрат в двигуні при його постійних оборотах змінюється незначно, але її частка в загальній потужності зі зменшенням навантаження збільшується, що викликає погіршення механічного ККД. Цей ККД дорівнює нулю при роботі двигуна без навантаження, т. Е. На холостому ходу. Залежність механічного ККД ηм від ступеня використання потужності двигуна Ne при постійній частоті обертання показана на рис. 2.
Мал. 2. Вплив навантаження двигуна на його механічний ККД при постійній частоті обертання.
З цієї причини при переході на меншу потужність доцільно зменшити обороти двигуна, включаючи вищий щабель коробки передач (т. Е. Зменшуючи передавальне відношення трансмісії), і тим самим досягти однакової потужності, але при більшому навантаженні двигуна і зниженій питомій витраті палива. У сучасних бензинових двигунів область найменшого питомої витрати палива знаходиться в зоні частоти обертання, що дорівнює 50% від максимальної і при майже повністю відкритій дросельної заслінки карбюратора.
Характеристика потужності двигуна Ne залежно від його частоти обертання n приведена на рис. 3. Із загальної поля питомих витрат палива g можна виділити пунктиром криву залежності мінімальних питомих витрат палива від потужності двигуна. Аж до точки A ця крива проходить нижче кривої максимальної потужності двигуна Ne. Це означає, що при зниженні потужності двигуна, що працює з постійною частотою обертання, меншої частоти обертання в точці A. питома витрата палива знижується до значення, відповідного пунктирною кривою, а потім знову підвищується. При потужності двигуна, більшою, ніж потужність в точці A. питома витрата палива з ростом потужності тільки збільшується. Для досягнення мінімальної витрати палива необхідно, щоб при русі автомобіля двигун постійно працював в режимі, близькому до того, який позначений пунктирною кривою.
Мал. 3. Області питомих витрат палива на зовнішній характеристиці двигуна:
---- найбільша потужність двигуна при мінімальних питомих витратах палива; g - криві постійних питомих витрат палива.
Якою мірою можна виконати цю умову, видно з графіка мощностного балансу, зображеного на рис. 4. На графіку показано зміна потужності опору руху по горизонтальній ділянці шосе (Nf + Nv) і при підйомі з ухилом 2 і 5% (штрих-пунктирні лінії). Сила, необхідна для подолання підйому з ухилом 2%, на горизонтальній дорозі може додати автомобілю прискорення 0,1448 м / с 2. а з уклоном5% - відповідно 0,362 м / с 2. Суцільними кривими показані також залежності максимальної потужності на колесах автомобіля від швидкості його руху при різних (III, IV або V) включених щаблях коробки передач. Тут же пунктирною лінією нанесені криві максимальної потужності на колесах автомобіля при роботі двигуна з мінімальними питомими витратами палива.
Мал. 4. Мощностной баланс легкового автомобіля:
Nf - опір коченню; Nf + Nv - опір руху по горизонтальній ділянці шосе; - - - - найбільша потужність на колесах автомобіля на III, IV і V передачах при мінімальних витратах палива двигуном.
Видно, що умовами досягнення найменшого питомої витрати палива при русі з включеною IV передачею відповідає рух на підйомі з ухилом 4-5%. При русі по горизонтальній ділянці шосе зі швидкістю 90 км / год двигун використовує лише 45% своєї потужності з відповідним високою питомою витратою палива. Для повноти картини пунктирною прямий в нижній частині графіка окремо зображена тільки потужність опору коченню Nf.
Якщо коробка передач має V ступінь з загальним передавальним відношенням трансмісії 3: 1 (число в дужках), то навантаження двигуна при русі по горизонтальному шосе зі швидкістю 90 км / год складе 67%, і показники паливної економічності покращаться. Запасу потужності при цьому вистачить тільки на подолання підйому з ухилом 1%. Оптимальні умови досягаються при русі по горизонтальному шосе на V ступені коробки передач зі швидкістю 107 км / год і при відсутності запасу потужності для подолання підйому або розгону. На суцільних кривих частота обертання двигуна позначена точками з цифрами, які відповідають числу тисяч обертів на хвилину.
У наведеному випадку (v - 107 км / ч) двигун працює при n - 3000 хв -1. Максимально що досягається швидкість при русі по горизонтальній ділянці шосе на IV передачі була б 140 км / год, а на V передачі - тільки 124 км / ч. Таким чином, вибір передавальних відносин трансмісії пов'язаний з певними труднощами.
Якби це найвищий ступінь коробки передач забезпечила наближення кривої потужності опору руху до кривої потужності двигуна, оптимальної по питомій витраті палива, то був би досягнутий мінімальний витрата палива при русі по горизонтальному шосе, але не залишилося б жодного запасу потужності для подолання підйому або розгону. Автомобіль не міг би швидко прискорюватися і не мав би необхідної «еластичністю». При кожній зміні кута підйому або для додаткового прискорення при обгоні треба було б переходити на нижчу ступінь в коробці передач.
Однак для забезпечення економічного руху поза містом така найвищий ступінь коробки передач була б вигідна. Незручності частого перемикання могла б усунути автоматична коробка передач, що забезпечує при будь-яких умовах оптимальне навантаження двигуна при його хорошому механічному ККД.
Спосіб водіння також дуже впливає на витрату палива. Водій повинен стежити за тим, щоб рух проходило з оптимально завантаженим двигуном, т. Е. При майже повністю натиснутій педалі управління дросельної заслінкою карбюратора або паливним насосом. Коли досягається задана (або бажана) швидкість, водій не повинен відпускати педаль, так як двигун перейде до роботи з великою питомою витратою палива. Оскільки продовжувати прискорення далі водій не може (наприклад, якщо він перевищив допустиму правилами руху швидкість), йому не залишається нічого іншого, як перевести коробку передач в нейтральне положення і далі рухатися за інерцією. Такий режим призводить до необхідності постійного чергування розгону і вибігу (накату).
Описаний спосіб водіння «розгін - накат» давно відомий і часто використовується в змаганнях на досягнення мінімального витрати палива. Двигун при цьому постійно працює в області, близької до мінімальній витраті палива. При русі по інерції (накат) економічно взагалі вимкнути двигун, усуваючи витрата їм палива при холостому ході, але при цьому різко зростає зусилля на педаль гальма з вакуумним підсилювачем.
Економічне рух по горизонтальному шосе полягало б у тому, що потрібно було б розганяти автомобіль на V передачі при майже повному навантаженні двигуна до швидкості 90 км / год, потім вимкнути передачу в коробці, перевівши двигун в режим холостого ходу або взагалі вимкнувши його, і рухатися за інерцією до швидкості 60 км / год і навіть нижче. Потім слід було б знову, включивши двигун і передачу в коробці, розігнати автомобіль до швидкості 90 км / ч. На рис. 4 такий режим зображений у вигляді замкнутого трапецієподібного пунктирного контуру в діапазоні швидкостей 60-90 км / ч.
Такий режим, однак, важко реалізувати на шосе з інтенсивним рухом, так як порушувалося б рівномірний рух транспортного потоку [2]. Однак, якщо часте перемикання передач і багаторазове повторення циклу «розгін - накат» прийнятно, то чергування 10-секундного розгону з 25-секундним накатом може забезпечити зменшення витрат палива на 2 л / 100 км.
Такий спосіб водіння можна добре використовувати на пересіченій місцевості з чергуються підйомами та спусками. Значно знижує витрату палива рух на довгих і пологих спусках з вимкненим двигуном і обмеження гальмувань. Досить повчальний графік (рис. 5), на якому показані чотири випадки розгону автомобіля: при повністю відкритій дросельної заслінки карбюратора (100%), при її відкритті на 75%, при розрідженні у впускному трубопроводі відповідно 53,3 і 74,7 кПа. На всіх кривих залежності швидкості від шляху розгону автомобіля можна знайти точки, які відповідають моменту витрачання навесок палива масою від 10 до 25 м
Мал. 5. Залежність швидкості автомобіля v в процесі розгону від шляху S при різних способах розгону.
При розгоні з відкритою на 75% дросельною заслінкою автомобіль досяг швидкості 65 км / ч, витративши 20 г палива і проїхавши при цьому 200 м. Потім пішло рух накатом, що закінчилося гальмуванням в кінці випробувального ділянки загальною довжиною 800 м.
Коли автомобіль розганяли при розрідженні у впускному трубопроводі 53,3 кПа, то він досяг швидкості 60 км / ч, витративши 22 г палива і перейшовши на рух за інерцією приблизно через 300 м. Розгонячи автомобіль при розрідженні у впускному трубопроводі 74,7 кПа, досягли швидкості 52 км / ч, витративши 27 г палива. У всіх випадках був пройдений шлях 800 м, але при розгоні з частковим навантаженням двигуна витрата палива був більше на 10-35%, причому, чим менше відкрита дросельна заслінка, тим більше зростає витрата палива.
Гальмування не повинно завжди нести з собою втрати енергії. Енергію, необхідну для зменшення швидкості руху автомобіля, можна акумулювати і знову використовувати при подальшому початку руху. Особливо легко це забезпечити у електромобілів, так як при гальмуванні приводні двигуни працюють як генератори, і виробляється ними енергія використовується для зарядки акумуляторів. У тролейбусів і електровозів виникають при гальмуванні зворотні струми спрямовуються в мережу живлення. Застосувавши електропривод у транспортних засобів з двигунами внутрішнього згоряння, можна було б використовувати накопичення енергії в електричних акумуляторах, однак такі схеми приводу мають велику вагу і дуже дорогі.
В умовах руху по горбистій місцевості найпростішим способом акумулювання енергії є збільшення швидкості автомобіля на спусках. При розгоні на спуску за рахунок інерції автомобіль може проїхати потім накатом значну частину наступного підйому. При цьому втрати енергії палива практично не відбувається. При включеній коробці передач акумулювання енергії незначно, так як втрати на тертя зі збільшенням частоти обертання швидко ростуть і на їх подолання йде практично вся енергія, яку можна було б акумулювати.
Гальмування двигуном по втратах енергії рівнозначно звичайному гальмування. Різниця полягає в тому, що при такому способі гальмування зношуються НЕ гальмівні накладки, а елементи двигуна і трансмісії: циліндри, поршні, вали, підшипники, зубчасті колеса. При гальмуванні тертям, т. Е. Перемиканням на нижчу передачу в коробці, можна переконатися, як великі втрати енергії в двигуні.
Читайте також
Перемикання передач і диференціали
Загальним недоліком всіх східчастих коробок передач є втрати часу при перемиканні окремих ступенів, а без диференціала на дорозі з великою кількістю поворотів автомобіль витрачає більше палива.
Адіабатний двигун
Адіабатний двигун - труднощі створення, шляхи реалізації, приклад конструкції.
- # 8634; Мацкерле Ю. Сучасний економічний автомобіль / Пер. з чеськ. В. Б. Іванова; Під ред. А. Р. Бенедиктова. - М. Машинобудування, 1987. - 320 с. мул .// Стор. 299 - 301 (книга є в бібліотеці сайту). - Прим. icarbio.ru
- # 8634; Крім цього такий спосіб руху небезпечний в автомобільному потоці. - Прим. icarbio.ru
- # 8634; На сучасних автомобілях для цього існує система старт-стоп. - Прим. icarbio.ru