Вопрос экономии топлива существует давно и видимо будет всегда одним из критериев, определяющим техническое совершенство автомобиля (кроме авто представительского класса). Благодаря своей злободневности вопрос экономичности средств передвижения постоянно привлекает внимание огромного количества специалистов.
Были сформулированы следующие факторы:
1. Степень совершенства двигателя как теплового механизма.
2. Эффективность работы трансмиссии.
3. Рабочая снаряженная масса авто
4. Организация эффективной аэродинамики
5. Низкие потери в связи с сопротивлением качению
6. Квалифицированное управление транспортом в различных циклах (городской и загородной) езды.
В качестве иллюстрации можно использовать результаты исследований и испытаний очень авторитетных подразделений «Рено» и «АУДИ». В практических испытаниях с использованием реализованных «в металле» теоретически оптимизированных систем контроля и управления, стандартный четырехместный легковой автомобиль с дизельным двигателем, в смешанном цикле езды, достиг расхода в 1,3 литра дизельного топлива на 100км. Но, к сожалению, стоимость такого автомобиля превысила серийный аналог на порядок. Вопрос о внедрении достигнутых показателей увяз в экономических факторах целесообразности.
Для проверки «запаса совершенства» ДВС, одной из фирм, занимающейся промышленным тюнингом двигателей, был установлен рекорд на специально построенном транспортном средстве с усовершенствованным двигателем от «ауди-80». Заезд проходил в условиях закрытого трека. Был показан расход топлива в 1200 км на одном литре бензина.
Борьба за повышение экономичности идет не только между конкурирующими автопроизводителями. Разработчики и проектировщики вынуждены постоянно совершенствовать свои системы под давлением экологических норм, все более ужесточающиеся с каждым годом.
Если вспомнить, что именно было предложено и сделано за последние 15-20 лет для увеличения экономически, картина получится довольно пестрая. Прежде всего, автомобили стали значительно дороже и безопаснее, коэффициенты аэродинамического сопротивления упали в 2-3 раза, что связано с повышением скорости движения машин и качеством скоростных дорог. Расход обычного автомобиля в среднем сократился на 15-20% .
1. Степень совершенства двигательной установки.
Даже бывалые и умудренные эксперты, рассуждая об экономичности автомобиля, в большей своей массе, останавливаются на эффективности работы двигателя. Конечно, есть совершенство аэродинамики, эффективность трансмиссии, но главным объектом усилий специалистов все равно остается двигатель.
По своей конструкции и принципу действия ДВС не может иметь коэффициент полезного действия хотя бы в 100%. Половину энергии, выделившейся при сгорании топлива, приходится выбрасывать в атмосферу. Сейчас, например, японскими разработчиками предпринимаются огромные усилия для организации эффективного использования отводимого тепла, но реальные результаты получены только для гибридных установок и дизелей.
Потери энергии в современном двигателе внутреннего сгорания можно сформулировать в таком порядке.
1.1 Отвод тепла через стенки цилиндропоршневой группы с помощью охлаждающей жидкости, масла или воздуха.
Основной причиной, заставляющей организовывать охлаждение деталей цилиндропоршневой группы, является слабая стойкость конструкционных материалов к действию высоких температур. Чугун, сталь и алюминиевые сплавы с трудом справляются с огромными механическими нагрузками при температуре в несколько сот градусов. Например, на поршень из алюминиевого сплава в момент сгорания топлива давит усилие примерно в 15 тонн. Спасает от моментального выхода из строя интенсивная смазка и охлаждение. Применение деталей из специальных видов керамики, позволяет поднять рабочую температуру до 900-1000 градусов, обеспечивая тем самым увеличение КПД двигателя до 48%.
1.2 Механические потери, вследствие интенсивного взаимного движения узлов и деталей двигателя, даже в условиях эффективной смазки.
Подобные потери не исключаются даже применением современных автомобильных масел, в целом механические потери оцениваются на уровне до 15% общих потерь. Эффективный подбор моторного масла, предпочтительно синтетического с уменьшенным смазывающим слоем и вязкостью, позволит поднять экономичность двигателя минимум на 2-3 процента. В зимний период возникают дополнительные затраты на прогрев масла до рабочей температуры и вязкости.
1.3 Работа двигателя, затрачиваемая на насосные потери, связанные с выбросом отработанных газов и наполнением цилиндров свежей горючей смесью.
Насосные потери сложно избежать в силу необходимости обеспечения эффективного наполнения рабочих объемов камер сгорания новой порцией воздуха и топлива. По величине затрат и потерь они стоя на втором месте и оцениваются в 25-30% всех потерь. Малейшие отклонения от наиболее эффективного режима работы, правильных фаз открытия и закрытия клапанной системы приводят к снижению общего КПД на 3-5%.
1.4 Потери, связанные с неэффективным сгоранием топлива.
В борьбе с неэффективным сгоранием топлива современные разработчики ДВС достигли максимальных успехов. В основном благодаря внедрению широкого спектра электронных систем контроля и управления процессом горения. Прежде всего, в своем подавляющем большинстве современные моторы оборудованы системами впрыска топлива. Качество образовавшейся топливной смеси на порядок лучше полученной с применением карбюратора. Электроника автомобиля получает информацию о продуктах сгорания топлива и самостоятельно определяет момент распыления и зажигания топлива, обеспечивая его эффективное горение. Такие системы обеспечивают снижение расхода топлива на 15-20% в сравнении с аналогичным мотором, оборудованным карбюратором.
1.5 Энергия выхлопных газов.
Одна из самых энергоемких и плохо управляемых потерь. Эти потери определены самой природой ДВС, точнее вторым законом термодинамики. Потери энергии с выхлопными газами оценивают в 40 процентов от общего объема потерь.
Выхлопные газы имеют высокую температуру и давление, что позволяет эффективно использовать их в турбинных нагнетателях дизелей и спортивных автомобилях. В отдельных случаях применение турбины может увеличить мощность двигателя до 70% или повысить его экономичность на 12-15%.
В настоящее время использование энергии выхлопных газов, как и применение керамических материалов способно повысить реальный коэффициент полезного действия до 50% и выше.
18.09.2015
Отправить новый комментарий