4.2 Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на тягово-скоростные свойства и топливную экономичность подвижной состав

Тягово-скоростные и топливно-экономические характеристики автомобиля зависят от многих факторов: параметров двигателя, трансмиссии; весовых и компоновочных параметров автомобиля; характеристик шин; условий эксплуатации.

Движение ПС осуществляется за счет энергии сжигаемого в двигателе топлива. Уравнение топливного баланса, характеризующее расход выделяемой при сгорании топлива энергии, можно представить в виде:

W_q=W_Т+Wc, (4.1)

Где W_q – количество теплоты, выделяемой при сгорании топлива;

W_Т – потери энергии при ее преобразовании в двигателе и при передаче к ведущим колесам (тепловые и механические потери в двигателе, затраты энергии на привод вспомогательных агрегатов, потери в трансмиссии);

W_{с –} затраты энергии на преодоление сил сопротивления движению автомобиля (дороги, воздуха и разгону).

Анализ составляющих топливного баланса показывает, что основными потерями энергии являются термодинамические и механические потери в двигателе (при установившемся режиме работы, двигателя-50...55 % общей энергии, выделяемой при сгорании топлива, на режимах разгона – до 70 %). Поэтому, одним из резервов повышения экономических показателей работы автомобильного транспорта является уменьшение термодинамических и механических потерь энергии непосредственно в двигателе. Пути повышения эффективного КПД двигателя изучаются в курсах двигателей внутреннего сгорания.

Затраты энергии на привод вспомогательных агрегатов совместно с потерями во впускном и выпускном трубопроводах и подкапотном пространстве составляют 7...9 % энергии, выделяемой при сгорании топлива. В связи с этим следует обращать особое внимание на конструктивное оформление места установки двигателя. Целесообразно максимально уменьшать сопротивление всасывающих и выхлопных трактов, применять различные устройства, включающие вентилятор и другие вспомогательные механизмы только на тот период, когда это необходимо.

Тягово-скоростные и топливно-экономические характеристики ПС в значительной мере определяются типом и максимальной мощностью используемого двигателя. Сравнительная оценка автомобилей обычно производится по удельной мощности Р_уд – отношению максимальной эффективной (стендовой) мощности двигателя к массе ПС. Минимальное значение удельной мощности обычно регламентируется. Это способствует выравниванию скоростей транспортных потоков на дорогах.

Снижение расхода топлива при одновременном повышении тягово-скоростных свойств ПС может быть достигнуто за счет уменьшения сил сопротивления движению: сопротивления качению и сопротивления воздуха. Несмотря на то, что работы в этом направлении ведутся, есть и неиспользованные резервы. Так, коэффициенты сопротивления качению современных шин при движении по дорогам с твердым покрытием в зависимости от конструкции и применяемых материалов составляют пока 0,009...0,018, коэффициенты обтекаемости однотипных ПС также различаются более чем в два раза. Снижение потерь энергии на сопротивление воздуха особенно важно для автомобилей, работающих на магистралях.

Исследования показали, что при снижении коэффициента обтекаемости магистральных автомобилей на 12 % путевой расход топлива уменьшается на 20...25 %. Основные конструктивные мероприятия, способствующие уменьшению дорожного сопротивления и сопротивления воздуха, обсуждались ранее.

Важным условием эффективной реализации мощности двигателя в различных условиях эксплуатации является рациональный выбор параметров трансмиссии: передаточного числа главной передачи, числа и диапазона передаточных чисел коробки передач, а также закономерности построения ряда передаточных чисел.

При проектировании трансмиссии нужно стремиться обеспечивать наиболее высокие средние скорости движения и наименьшие расходы топлива в тех условиях эксплуатации, для которых ПС предназначен.

Двигатель ПС в реальных условиях эксплуатации только незначительную часть времени работает на режимах максимальной мощности. Причем, чем больше удельная мощность ПС, тем реже используется режим максимальной мощности. Одна и та же мощность двигателя при его работе на частичных режимах может быть получена при различной частоте вращения.

В последнее время на некоторых ПС применяют механические многоступенчатые передачи с системами автоматического переключения и системами управления режимами работы двигателя, созданными на базе специализированных ЭВМ. Такое направление развития автомобильных трансмиссий является перспективным. Предварительные расчеты показывают, что внедрение таких систем на магистральных ПС приведет к уменьшению расхода топлива на 10... 15 % при одновременном повышении их тягово-скоростных свойств. Еще больший эффект может дать применение таких систем на автомобилях, работающих с резко изменяющимися режимами движения.

Передаточное число главной передачи определяет диапазоны дорожных сопротивлений и скоростей движения, в пределах которых ПС работает на высшей ступени в коробке передач. Поскольку движение на высшей ступени является наиболее экономичным, от правильности согласования характеристик двигателя, назначения ПС и передаточного числа главной передачи в значительной степени зависит себестоимость перевозок.

Средняя скорость и расход топлива в немалой степени зависят от дорожных условий. При работе ПС в высокогорных условиях вследствие снижения плотности воздуха и соответствующего уменьшения коэффициента наполнения цилиндров двигателя средняя скорость автомобилей снижается на 40...50 %, а расходы топлива увеличиваются на 10...15 %. В высокогорных условиях примерно в 5...6 раз возрастает путь, проходимый автомобилем на низших ступенях в коробке передач.

Средняя скорость и расход топлива при движении ПС, особенно в сложных условиях, в немалой степени зависят от квалификации водителя и стиля управления ПС.

Достижению низких расходов способствует плавное движение без резких разгонов и торможений. Вследствие того, что экономичность двигателя всегда выше при работе с высоким крутящим моментом и малой частотой вращения, чем при работе с малым моментом и высокой частотой, целесообразно осуществлять переход на высшую передачу как можно раньше. Следует, где это целесообразно, использовать накат при выключенной передаче в коробке передач.

При движении автомобиля в городских условиях обычно наблюдается повышенный расход горючего. Это обусловлено необходимостью остановок на перекрестках, необходимостью частых разгонов и торможений. В зимние месяцы расход больше, чем летом. Существенное влияние на расход горючего оказывает техническое состояние автомобиля, главным образом состояние двигателя и ходовой части.

Вопросы для самоконтроля

1. Дать определение понятия средний расход топлива.

2. Раскрыть понятие топливная характеристика установившегося движения.

3. Дать определение понятия топливная характеристика при движении автомобиля по магистрально-холмистой дороге.

4. Дать определение понятия топливная характеристика циклического движения.

5. Факторы, влияющие на снижение расхода топлива ПС.

6. Дать определение понятия топливный баланс.