Что остается?

Бензин сгорел. H₂O, CO₂, CO и CH вылетели в трубу, нагрелся воздух, прошедший через моторный отсек, стало тепло в кабине благодаря печке. И это все? Нет, конечно. Основное, ради чего мы заправили бензобак, - это полезная работа, которую выполняет двигатель. К сожалению, ее доля не так велика: только 25...30% энергии, выделившейся в цилиндрах при сгорании бензина, превращается в механическую энергию. Таковы неумолимые законы термодинамики. В дизеле температура сгорания топлива больше, и эффективность преобразования выделившейся энергии в полезную работу выше - 36...39%, а с турбонаддувом - до 45%. Но экономичность работы самого двигателя не остается постоянной: она зависит от режима работы, который определяется нагрузкой и открытием дроссельных заслонок (рис. 8).

Рис. 8. Часовой (Q) и удельный расход бензина двигателя М-412 при разном открытии дроссельных заслонок (подчеркнуты значения мощности на валу)

Грубо говоря, минимальный удельный расход топлива имеет место, когда двигатель работает при частоте вращения, соответствующей максимальному крутящему моменту, при положении дроссельной заслонки "на грани" включения системы экономайзера. Подчеркну, что самый экономичный режим работы двигателя не совпадает с самым экономичным режимом движения автомобиля. Парадокс?

Прежде чем начать в этом разбираться, поговорим о самом понятии топливной экономичности.

Топливная экономичность - это общее свойство, которое характеризует ряд параметров, наиболее употребительные из которых - контрольный расход топлива, расход топлива при заданной постоянной скорости и расход топлива при движении по городскому циклу. Кроме этих понятий существуют минимальный и эксплуатационный расходы топлива. Любой из этих показателей выражают в литрах топлива, израсходованных при пробеге 100 км.

Определяют топливную экономичность для полностью снаряженного и нагруженного автомобиля, причем масса водителя и каждого пассажира принимается равной 75 кг, а багажа - по 10 кг на человека.

Контрольный расход топлива легкового автомобиля - это расход, измеренный при движении автомобиля со скоростью 80 км/ч по горизонтальному асфальтированному шоссе.

Кроме этого показателя за рубежом и у нас указывают расход топлива при постоянной скорости 90 и 120км/ч. Для чего? Соотношение значений этих параметров косвенно характеризует аэродинамическое совершенство автомобиля. Посмотри табл. 7: у ВАЗ-2108 и "Москвича-2141" расход бензина при скорости 90 км/ч примерно одинаков, а при городском цикле у "Москвича" больше. С большой степенью достоверности можно предположить, что он более обтекаемый. На самом деле так оно и есть.

Городской цикл, для которого определяют расход топлива, имитирует езду по предельно загруженным улицам, где средняя скорость не превышает 20 км/ч. Стандартный европейский городской цикл начинается с разгона и последующей езды на первой передаче со скоростью 15 км/ч. Затем следуют торможение с включенной передачей, остановка, непродолжительная работа на холостом ходу, разгон на первой и второй передачах, движение со скоростью 32 км/ч и торможение с включенной передачей. После работы на холостом ходу следует разгон на первой, второй и третьей передачах, движение на третьей передаче со скоростью 50 км/ч, уменьшение скорости до 35 км/ч, включение второй передачи и торможение на ней. Продолжительность цикла 3 мин 15 с, а проходимый путь 1 км.

Минимальный расход топлива, который можно получить на данном автомобиле, - это параметр, который в настоящее время используют все реже и реже. Дело в том, что при современном карбюраторе, готовящем обедненную смесь почти на всех режимах, минимума расхода как такового не получается: чем меньше частота вращения при движении на прямой передаче, тем меньше расход топлива. Но при скорости ниже 40...45 км/ч двигатель уже работает в неблагоприятных условиях, с большими удельными нагрузками и "масляном голоде".

Наконец, эксплуатационный расход топлива - это средний расход, определенный по результатам наблюдения за достаточно большим парком автомобилей, эксплуатируемых в разных условиях. На основе эксплуатационного расхода устанавливают нормы расхода топлива.

Вот, например, какие нормы (в л на 100 км) утверждены Госпланом СССР для некоторых легковых автомобилей.

ВАЗ (все модели и модификации, кроме 2121 и 2108) - 8,5; ВАЗ-2121 - 12,0; ЗАЗ-965, -966, -968 - 7,0; ЗАЗ-968М, -999 - 8,0; "Москвич-407, -403, -408, -412, 2138, -2140" (все модели и модификации), "Иж-412, 2125" - 10,0; УАЗ-469 - 16,0.

Зависимость расхода бензина от скорости при равномерном движении автомобиля с полной массой по равнинному шоссе называется топливной характеристикой. На рис. 9 показана усредненная топливная характеристика автомобиля малого класса и слагаемые расхода топлива: потери в двигателе, потери в трансмиссии, преодоление сопротивления качению и преодоление воздушного сопротивления. Как видишь, наименьший расход бензина имеет место при скорости 40...45 км/ч, но при этой скорости львиная его доля - около ³/₄ - идет на собственные нужды двигателя. С увеличением скорости доля потерь в двигателе и топливном балансе падает; при скорости 95 км/ч она составляет половину, а при 130 км/ч чуть больше ¹/₃.

Собственные нужды двигателя - это преодоление гидравлического сопротивления при протекании газа через воздушный фильтр, дроссельную заслонку, клапаны, глушитель, это механические потери на трение и, наконец, прямые потери бензина в результате несовершенства рабочего процесса. Но, к сожалению, этим собственные нужды двигателя не ограничиваются. Кривая на рис. 9 относится к случаю равномерного движения автомобиля. Но ведь двигатель расходует бензин и на прогревание, и на работу на холостом ходу, когда автомобиль катится по инерции, под горку или стоит у перекрестка.

Рис. 9. Расход топлива легкового автомобиля 'старого поколения' малого класса (моделей 'Жигули' и 'Москвич'): 1 - суммарный; 2 - на потери в двигателе; 3 - на сопротивление воздуха; 4 - на сопротивление качению; 5 - на потери в трансмиссии

Остальные слагаемые расхода топлива, показанные на рис. 9, идут на преодоление сопротивления движению автомобиля. На это расходуется мощность

Приведенная формула показывает, что необходимая для движения мощность равна сумме двух мощностей, затрачиваемых на преодоление трения качения P_тк и сопротивления воздуха P. Но при этом нужно учесть, что часть мощности теряется в трансмиссии, поэтому в формуле присутствует КПД трансмиссии ητ. В зависимости от вязкости залитого масла и включенной передачи обычно η=0,86...0,94. Для того чтобы найти мощность, требуемую для движения автомобиля, нужно знать не так уж много.

P_гк и P_в (в кВт) определяют по формулам

где т - масса автомобиля, кг;

F - площадь наибольшего поперечного сечения автомобиля, м;

υ - скорость, км/ч.

В первой формуле присутствует коэффициент сопротивления качению f, значение которого определяется типом и состоянием дорожного покрытия. Этот коэффициент зависит и от скорости, но влияние скорости начинает сказываться при 90... 100 км/ч и выше: значение f начинает увеличиваться. Зависит f и от вида покрышек.

При движении с умеренной (до 90 км/ч) скоростью по хорошему асфальтобетонному шоссе можно принять f = 0,014...0,018 Самое большое значение этого коэффициента при движении по песку (0,1...0,3). Коэффициент аэродинамического сопротивления C во второй формуле зависит от обтекаемости кузова. Для "прямоугольных" автомобилей 20-х годов его значение близко к 0,8. Для современных отечественных автомобилей его значение приведено в табл. 7, а для обтекаемых гоночных автомобилей удается снизить C_x до 0,15, но это уже близко к пределу. Кстати, "на глазок" очень трудно оценить обтекаемость машины. Например, "Победа" кажется довольно обтекаемой, а на самом деле это не так. У автомобиля с высоким значением Cx расход бензина с повышением скорости будет увеличиваться быстрее, чем у более обтекаемого, что иллюстрирует табл. 7: сравни ВАЗ-2108 и "Москвич-2141".

Теперь ты сам можешь подсчитать, какую мощность, нужно затратить для передвижения в интересующем тебя случае, а воспользовавшись рис. 9, сможешь оценить расход бензина.