Вопрос 4. Причины увеличения энергоемкости перевозок в зимний период эксплуатации автомобилей

Энергоемкость перевозок на грузовом автомобиле или автобусе характеризует количество энергии, которое необходимо затратить на выполнение единицы работы, т. е. на 1 т. км или 1 пасс.км.

Ее вычисляют путем деления полного количества энергии израсходованного топлива на выполненную при этом транспортную работу: Э= 100QρX/W,

где Э - энергоемкость перевозок, ккал/100 т. км или ккал/100 пасс.км;

Q - количество автомобильного топлива, расходуемого на перевозки за год, л;

ρ - плотность (удельный вес) топлива (принимается равной при температуре 20 °С для бензинов в среднем 0,74 кг/л, для дизельных топлив 0,825 кг/л);

X - теплотворная способность (калорийность) топлива: для бензинов в среднем 10 600 ккал/кг, для дизельных топлив 10 460 ккал/кг;

W транспортная работа, т. км или пасс.км.

При необходимости энергоемкость выражают в электрических единицах измерения, используя переводные эквиваленты: 1 ккал = 1/860 кВтч = 4186,8 Дж.

Увеличение энергоемкости перевозок в зимний период ведет к снижению эффективности использования подвижного состава, увеличению себестоимости и снижению рентабельности перевозок.

Основными причинами увеличения энергоемкости перевозок являются:

1.Отсутствие отапливаемых стоянок для межсменного хранения. Температура агрегатов автомобиля достигает значения температуры окружающего воздуха. В начальный период подготовки АТС к работе возникают трудности пуска ДВС, что ведет к увеличению времени подготовительных операций. В очень суровых условиях при затруднении пуска ДВС для обеспечения работы АТС ДВС может работать в режиме холостого хода очень продолжительный период времени.

2.После запуска ДВС за счет повышенной вязкости масел в агрегатах АТС увеличиваются силы сопротивления ДВС, трансмиссии, дополнительного оборудования.

3.Расход топлива при низкой температуре окружающего воздуха возрастает из-за увеличения потребления топлива двигателем, усиления сопротивления трансмиссии и шин, повышения аэродинамического сопротивления воздуха.

4.Затраты тепловой энергии (чаще всего за счет сжигания топлива) для обогрева салона (кабины) АТС (затраты топлива могут достигать 3 % от суточного потребления топлива).

5.Ухудшение дорожных условий, наличие дорожных участков с накатанным снежным покровом вызывает изменение режима движения АТС, более частое и длительное использование промежуточных передач КПП. Движение на пониженных передачах ведет к увеличению расхода топлива.

6.Сокращение светового дня. Более длительное использование в течении рабочей смены приборов освещения (фар ближнего и дальнего света) ведет к повышению расхода топлива за счет увеличения силы сопротивления дополнительного оборудования при увеличении нагрузки на генератор.

Вопрос 5. Влияние температуры окружающего воздуха на расход топлива автомобилями

Расход топлива при низкой температуре окружающего воздуха возрастает из-за увеличения потребления топлива двигателем, усиления сопротивления трансмиссии и шин, повышения аэродинамического сопротивления. Рассмотрим эти составляющие.

Увеличение расхода топлива двигателем объясняется ухудшением рабочих процессов, вызванным пониженным тепловым режимом. Холодный воздух имеет повышенную плотность, поэтому возрастает масса засасываемого воздуха. Плотность холодного топлива также выше, но выше его вязкость и ниже испаряемость, поэтому в целом горючая смесь оказывается обедненной. Холодная обедненная смесь горит недостаточно интенсивно, топливо сгорает неполно, увеличивается его расход. В дизельных двигателях из-за недостаточной температуры конца такта сжатия топливо воспламеняется с большим запаздыванием. Это сопровождается повышенной скоростью нарастания давления и неполным сгоранием топлива.

АТП малообжитых, недостаточно обустроенных районов за­частую не имеют закрытых отапливаемых стоянок, автомобили работают в отрыве от основной базы. Поэтому каждый запуск двига­теля зимой в таких условиях представляет трудноразрешимую задачу, и водители предпочитают не выключать двигатель от одного ТО до другого. Такая круглосуточная работа двигателей ведет к боль­шим перерасходам топлива на холостой ход и к повышенным изно­сам, которые также увеличивают расход топлива. В менее тяжелых условиях при хранении автомобилей на необорудованной открытой стоянке зимой источником дополнительного расхода топлива мо­жет служить прогрев двигателя холостым ходом в межсменное вре­мя и перед выходом на линию.

Повышение сопротивления трансмиссии обусловлено недоста­точной температурой масла. Указанное повышение практически целиком зависит от ведущих мостов, так как коробка передач значи­тельно лучше защищена от низкой температуры воздуха и подогре­вается двигателем. Для легковых автомобилей, где количество транс­миссионного масла невелико по сравнению с грузовыми, этим по­вышением можно пренебречь. С увеличением количества трансмис­сионного масла прирост сопротивления возрастает. Так, для авто­мобилей ЗИЛ-130, ГАЗ-66 при температуре окружающего воздуха -40 °С возросшее сопротивление ведущих мостов вызывает увели­чение расхода топлива на 5 ... 6 % по сравнению с общим расходом при благоприятной температуре. В этой ситуации от 10 до 30 % приращения расхода топлива приходится на ведущие мосты.

Повышение сопротивления шин является главным фактором уве­личения расхода топлива при низкой температуре окружающего воздуха. Так, при температуре воздуха -40 ᵒС возросшее сопротив­ление шин вызывает увеличение расхода топлива от 10 до 20 % и более по сравнению с общим расходом при благоприятной темпера­туре. На долю шин приходится, как правило, более половины общего увеличения этого расхода, а в некоторых случаях более 80 %.

Повышение аэродинамического сопротивления обусловлено по­вышенной плотностью воздуха, изменением его вязкости и харак­тера обтекания автомобиля. При температуре воздуха -40 ᵒС воз­росшее аэродинамическое сопротивление увеличивает расход топ­лива по сравнению с общим расходом при оптимальной температуре в городе от 2 до 5 %, за городом - от 4 до 7 %. В приращении рас­хода топлива на долю аэродинамического сопротивления приходится в городе от 10 до 20 %, за городом - от 20 до 30 %.

Рассмотрим влияние остановок на расход топлива. При низ­кой температуре окружающего воздуха каждая остановка автомо­биля вызывает дополнительный расход топлива, который состоит из расхода топлива на прогрев двигателя во время стоянки и расхода топлива на прогрев агрегатов и шин в начале движения после сто­янки. Конкретные значения названных слагаемых зависят от мар­ки и модели автомобиля, используемых эксплуатационных материа­лов и утеплительных средств, длительности остановки, температу­ры окружающего воздуха, скорости и направления ветра и др.

Дополнительный расход топлива в начале движения после сто­янки вызван, как это уже отмечалось, в основном тем, что во время стоянки агрегаты и шины остывают и поэтому в первый период дви­жения оказывают повышенное сопротивление.

Суммарные потери топлива за счет стоянок (т. е. на прогрев двигателя на остановке и прогрев агрегатов и шин после стоянки) при типичных режимах движения и температуре окружающего воздуха -40 °С составляют относительно безостановочного движения в городе от 2,6 до 9 %, за городом - около 2,5 %.

Расход топлива на движение автомобиля при высокой темпера­туре окружающего воздуха возрастает. Это возрастание обусловлено в основном увеличением потребления топлива двигателем.

Рассмотрим причины такого увеличения применительно к обыч­ным видам дизельного топлива и бензина. Высокая температура окружающего воздуха повышает температурный режим двигателя. При высокой температуре воздух имеет пониженную плотность, поэтому уменьшается масса засасываемого воздуха. В этих условиях плот­ность топлива тоже ниже, но ниже его вязкость и выше испаряе­мость, и в целом горючая смесь оказывается переобогащенной. Пе­реобогащенная смесь выгорает не полностью, что ведет к потерям топлива. Высокая температура окружающего воздуха и переобо­гащенная горючая смесь вызывают также случаи детонации топ­лива, калильного зажигания, паровых пробок, что опять ведет к пе­рерасходу топлива. Таковы основные прямые воздействия высокой температуры окружающего воздуха на расход топлива двигателей.

Высокие температуры окружающего воздуха увеличивают рас­ход топлива и опосредованного за счет ускоренного ухудшения тех­нического состояния двигателя, что аналогично воздей­ствию низких температур. Повышенный износ ухудшает рабочие процессы и снижает их эффективность, повышенное накипеобразова­ние, увеличивает затраты топлива на прокачивание охлаждающей жидкости и др.

При высокой температуре воздуха некоторый перерасход топ­лива возникает за счет увеличенного сопротивления трансмиссии, вызванного повышенной температурой и недостаточной вязкостью масла.

Потери топлива и ухудшение его качества происходят и во время заправки автомобиля при высокой температуре воздуха. Специфические потери здесь возникают за счет испарения топ­лива от заправочной струи и при вытеснении паровоздушной смеси из заправочного бака.

Сопоставляя изложенное относительно расходов топлива при низких и высоких температурах окружающего воздуха, отметим следующее. В условиях СССР высокие температуры окружающе­го воздуха увеличивают расход топлива автомобилем на несколько процентов, а низкие температуры - на десятки процентов (для автомобилей, не приспособленных к специфическим природно-кли­матическим условиям). Эта разница объясняется следующим.

Во-первых, для указанных автомобилей диапазон температур окружающего воздуха, оптимальный по расходу топлива, состав­ляет ориентировочно от +5 до +20 ᵒС и выше. Вместе с тем за диа­пазон температур окружающего воздуха, достаточно типичных в реальной эксплуатации, можно принять интервал от -60 до +50 ᵒС (рис. 3.3). Таким образом, повышенные температуры могут отклонятся от оптимального диапазона примерно на 30 ᵒС, а пониженные - более чем на 60 ᵒС.

Кроме того, при увеличении отклонения температуры окружающего воздуха от оптимального диапазона расход топлива растет прогрессивно.

Во-вторых, при понижении температуры окружающего воздуха (от оптимального диапазона) расход топлива растет несколько быст­рее (кривая идет круче), чем при повышении. Это во многом объяс­няется влиянием трансмиссии, шин, аэродинамического сопротив­ления.

В-третьих, в реальных условиях при низких температурах часть топлива дополнительно расходуется на поддержание теплового со­стояния двигателя.

Расход топлива является параметром аддитивным. Температура воздуха относится к факторам типа . Зависимость q от t имеет более или менее симметричный U-образный вид. Следователь­но, искомая модель является квадратичной: q=q₀+S(t-t₀)