Топливная экономичность атс и ее влияние на себестоимость перевозок и экологическую безопасность.

Это совокупность свойств, которые определяют расход топлива при выполнении АТС транспортной работы в различных условиях эксплуатации. Топливная экономичность АТС в значительной степени определяется расходом топлива двигателя, установленного на нем. Согласно ГОСТ 20306-90, устанавливаются следующие оценочные параметры и характеристики топливной экономичности: - контрольный расход топлива (определяется при движении АТС на высшей передаче по горизонт. дороге с постоянной скоростью, установленной для каждого типа АТС); - расход топлива в магистральном цикле на дороге; - расход топлива в городском цикле на дороге; - расход топлива в городском цикле на стенде; - топливная характеристика установившегося движения (определяется при движении по горизонт. дороге с заданными постоянными скоростями от мин. устойчивой до макс.); - топливно-скоростная характеристика на магистрально-холмистой дороге (определяется при движении по измерительному участку со спец. заданным профилем, причем для определения каждой точки характеристики АТС должно двигаться с макс. возможной скоростью, но не превышающей заданную).

Эти параметры не имеют нормированных значений и используются при сравнительных оценках уровня топливной экономичности различных АТС-аналогов и косвенной оценки технического состояния. Стандарт дает подробное определение каждого параметра и методы испытаний АТС.

Основным показателем топливной экономичности двигателя является удельный расход топлива (г/кВт^.ч) g_e = 1000 G_т / N_e (G_Т – часовой расход топлива двигателя, кг/ч; N_e – эффективная мощность двигателя, кВт). Зависит от режима работы двигателя, характеризуемого частотой вращения его колен. вала и степенью использования мощности двигателя. Исходным графиком для определения g_e является нагрузочная характеристика - график зависимости G_Т и g_е от эффективной мощности, развиваемой двигателем при постоянной частоте.

Эти параметры не могут служить для сравнительной оценки различных АТС. Основным параметром топливной экономичности АТС является путевой (линейный) расход топлива на 100 км пробега (л/100 км) Q_s = 100 G_т / (3,6 V_a ρ_т), (V_a – скорость движения АТС, м/с; ρ_т – плотность топлива, кг/л (ρ_т^бенз = 0,74 кг/л; ρ_т^диз = 0,825 кг/л). Эти нормы указываются в технических характеристиках на АТС и в справочных материалах. В ряде стран в качестве измерителя топливной экономичности принят путь, проходимый авто за время израсходования определенного объема топлива.

Для расчета путевого расхода топлива иногда удобнее использовать график зависимости удельного расхода топлива от степени использования мощности двигателя. Из графика видно, что для каждого знач. частоты удельный расход топлива g _е имеет минимум при некотором значении u, близком к 100%. При малых значениях u удельные расходы топлива ↑ из-за ↓ ме­ханич. КПД двигателя и ухудшения усл. сгорания горючей смеси в цилиндрах двигателя. При ↑ знач. u удельные расходы т.ж. ↑ в связи с обо­гащением горючей смеси экономайзером. Удельный расход топлива зависит т.ж. от частоты вращения колен. вала и нагрузки двигателя. Мин. удельный расход как при полной нагрузке, так и при работе на частичных характеристиках соответствует частоте вращения несколько большей n_max при заданном положении органов, управляющих подачей топлива (дроссельной заслонки, рейки топливного насоса). Чем ↓ нагрузка, тем при меньшей частоте вращения удельный расход имеет мин. значение.

Для оценки эффективности использования топлива при выполнении транспортной работы используют удельный расход топлива АТС – расход на единицу транспортной работы (т^.км, пассажиро·км, км платного пробега) (г/т^.км): Q_w = (1000 Q_т ρ_т) / W. (Q_т – фактическое кол-во израсходованного топлива за определенный промежуток времени, л; W – транспортная работа (пассажиро-км, км платного пробега)).

Уравнение расхода топлива. Используя уравнения g_e, а также уравнения тягового и мощностного балансов АТС, можно записать (л/100 км): Q_s = [g_e / (36000 η ρ_т)] [K F V_a² + G_a ψ + M_a δ_j (dv / dt).

Пользуясь уравнением, можно определить расход топлива для любых заданных условий движения, если известна зависимость удельного расхода топлива двигателя g_e от частоты вращения колен. вала и мощности. Влияние конструктивных и эксплуатационных факторов на топливную экономичность. Основными конструктивными факторами, влияющими на топливную экономичность, является тип и конструкция двигателя. Одним из основных путей уменьшения расхода топлива является дизелизация – замена бензиновых двигателей дизелями.

«+» двигателей – в более низких мин. значениях g_e, в меньшей зависимости этих показателей от степени использования мощности двигателя. В целом при замене бензинового двигателя дизелем на АТС при неизменных параметрах др. свойств (в частности, грузоподъемности) расход топлива ↓ на 30 – 40 %. Кроме того, экологические параметры дизеля выше, чем у бензинового, что важно для снижения воздействия на окружающую среду. Существенным фактором, сдерживающим применение дизелей, особенно на легковых авто, является большие масса, размеры и шум при работе.

Топливная экономичность АТС с бензиновыми двигателями существенно зависит от его степени сжатия. ↑ ее на две единицы позволяет ↓ расход топлива на 15 %. Но необходимо применение бензинов с высокими октановыми числами, что повышает его стоимость, увеличивает токсичность отработавших газов. Улучшению топливной экономичности способствует применение систем электронного управления зажиганием, впрыска топлива и использования наддува как у дизелей, так и у бензиновых двигателей. Применяются также устройства для снижения затрат мощности на привод вспомогательных агрегатов, например, для автоматического отключения вентилятора, что может привести к снижению расхода топлива на 2 – 3%. Мероприятия по снижению механических потерь в двигателе могут дать 4 – 10% экономии топлива. Расход топлива можно ↓ путем правильного подбора передаточных чисел трансмиссии и ↑ числа ступеней, улучшением аэродинамических свойств АТС и энергетических характеристик шин (↓ на 10% сопротивления качению шин снижает в наиболее часто встречающихся условиях эксплуатации авто расход топлива на 2,5 – 3,5%).

Влияние технического состояния на расход топлива многообразно: технич. состояние систем питания и зажигания, тепловой режим двигателя, углы установки колес и давление воздуха в них, качество смазочных материалов и применяемого топлива. Например, неисправность экономайзера может ↑ расход топлива на 15%. Отказ в работе одной свечи зажигания у авто с шестицилиндровым двигателем приводит к увеличению расхода топлива на 20 – 25%. Неправильная установка зажигания может привести к увеличению расхода топлива на 60 – 80%.

Из эксплуатационных факторов наибольшее влияние на топливную экономичность оказывают скорость движения и состояние дороги, степень использования вместимости, техническое сост. АТС. С ↑ скорости движ. путевой расход топлива при малых скоростях ↓, достигает мин. знач. при некоторой скорости движ., а затем существенно ↑. Это объясняется тем, что с изменением скорости одновременно изменяются две величины, входящие в уравнение расхода топлива: удельный расход топлива и сила сопротивления воздуха. При малых скоростях движ. сила сопротивления воздуха невелика и почти не оказывает влияния на топливную экономичность. Основное влияние в этом случае оказывает изменение удельного расхода топлива, связанное с изменением степени использования мощности двигателя. При увеличении скорости движения степень использования мощности двигателя обычно возрастает, в связи с чем удельный расход топлива возрастает, а следовательно, уменьшается и путевой расход. Расход топлива существенно зависит от умения водителя выбирать режим работы двигателя, обеспечивающий при заданных условиях (скорость, величина суммарного сопротивления дороги) минимальные удельные расходы. Режимы движения подбираются такими, чтобы двигатель работал, по возможности, в области низких удельных расходов топлива и мощность, расходуемая на разгон автомобиля при увеличении его скорости как можно более полно использовалась для движения автомобиля в процессе снижения его скорости. Экономия топлива при этом может достигать до 25%. Рациональное использование наката позволяет экономить до 4% топлива.

В связи с истощением запасов нефти и увеличением трудоемкости ее добычи, большое внимание уделяется использованию на автотранспорте альтернативных топлив не нефтяного происхождения. Они могут полностью заменять топлива, получаемые из нефти, или служить добавками, снижая их расход. Более перспективным является применение в качестве топлив спиртов (метанол, этанол) или их смесей с бензином. Спирты обладают большим, чем бензин октановым числом, но меньшей теплотой сгорания, высокой удельной теплотой парообразования и низкой температурой кипения. При использовании смеси бензина, 15 % метанола и 7 % изобутилового спирта расход бензина может быть снижен на 14 %, а при раздельной подаче метанола и бензина - на 20 %. Ведутся работы по применению в качестве топлива водорода.

Взаимосвязь топливной экономичности с экологической безопасностью. В результате работы автомобильного двигателя в атмосферу выбрасываются вредные вещества, отрицательно влияющие на окружающую среду. На долю отработавших газов автотранспортных средств приходится свыше 50 % всех вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу, а в городах стран с большим автомобильным парком автомобили являются основным источником загрязнения воздуха. За каждый километр пробега автомобиль выбрасывает в атмосферу около 100 г токсичных газов. Практически все мероприятия, направленные на улучшение топливной экономичности, влияют как на количество выбрасываемых в атмосферу вредных веществ, так и на их состав. Вредными компонентами отработавших газов - оксид углерода СО, углеводороды СН, окислы азота NO_x, твердые частицы (сажа), оксиды серы, соли свинца. В России установлены следующие нормы среднесуточных предельно допустимых концентраций в атмосфере (в г/м³): СО - 0,0010, СН - 0,0015, NO_x - 0,000085.

Большинство мероприятий, направленных на повышение топливной экономичности, приводит к снижению содержания в отработавших газах СО. Например в отработавших газах дизелей содержание СО ниже более чем в 10 раз, чем в отработавших газах карбюраторных двигателей. К снижению СО приводят также все мероприятия, улучшающие смесеобразование и сгорание топлива в цилиндрах, более равномерное распределение топлива по цилиндрам, правильное дозирование, применение электронных и электромеханических систем впрыскивания, бесконтактных транзисторных систем зажигания, регулирование оптимальной температуры воды, использование форкамерно-факельных процессов и послойного зажигания. Существенно меньшее количество СО содержится в отработавших газах двигателей, работающих на природном газе и бензоводородных смесях.

Однако, некоторые мероприятия, направленные на снижение расхода топлива, приводят к увеличению содержания в отработавших газах других токсичных составляющих. В отработавших газах двигателей повышается содержание NO_x, СH и особенно опасных ароматических углеводородов (бензпирена), сажи. Повышение степени сжатия, улучшающее топливную экономичность карбюраторных двигателей, сопровождается увеличением NO_x, а применение антидетанационных присадок в бензине для двигателей с высокими степенями сжатия приводит к выбросам в атмосферу сильно действующих токсичных солей свинца.

Количество токсичных веществ в отработавших газах в значительной степени зависит от технического состояния систем и агрегатов автомобиля, которые влияют на расход топлива. Своевременное техническое обслуживание этих систем и агрегатов может существенно замедлить повышение токсичности отработавших газов автомобилей, находящихся в эксплуатации.