Топливо является важнейшим эксплуатационным материалом, и снижение его потребления является приоритетной задачей государственного значения. Под топливной экономичностью понимаются свойства, проявляемые машиной при выполнении транспортной или технологической работы в определенных условиях с минимально возможным расходом топлива.
Топливная экономичность регламентируется государственными стандартами и отраслевыми нормативами, в которых предусмотрены следующие оценочные показатели: контрольный расход топлива; эксплуатационный расход топлива для различных условий и режимов работы машины; топливные характеристики.
Контрольный расход топлива — средний расход топлива, измеряемый в определенных условиях работы машины, нормируемый и являющийся одним из показателей оценки технического уровня машины.
Средний расход топлива Qcp, л, измеряется или рассчитывается для определенных свойств дороги, скорости, маршрута движения:
где Qsi. — расход топлива на i-м участке пути, л; Si, — длина i-го участка пути, км; S — длина пробега машины, км.
Основным измерителем топливной экономичности автомобиля служит эксплуатационный расход топлива на 100 км пути или на тонно-километр транспортной работы в литрах, а для тракторов — расход топлива, отнесенный к единице выполненной работы.
Расход топлива, л, на 100 км пути пробега автомобиля
где Q — общий расход топлива, л.
Расход топлива на единицу пробега не учитывает транспортной работы, выполняемой грузовым автомобилем, что может привести к неверным выводам при оценке топливной экономичности. Поэтому наиболее объективным показателем считается эксплуатационный расход топлива на единицу транспортной работы, л/(т*км):
где МTP — масса перевезенного груза, т; STP — пробег автомобиля с грузом, км.
Для автомобилей норма расхода топлива может быть увеличена при работе в зимнее время; в местностях, расположенных выше 1 500 м над уровнем моря; на дорогах со сложным планом; в тяжелых дорожных условиях в период распутицы и снежных заносов. При работе автомобиля на дорогах с усовершенствованным покрытием норму расхода топлива снижают.
Нормы расхода смазочных масел определяют в процентах расходуемого топлива, например, для автомобиля с дизелем планируется расход моторного масла 5 % расходуемого топлива.
В качестве оценочных характеристик автомобиля применяются топливно-экономические характеристики установившегося движения, движения на магистральной холмистой дороге и циклического движения. Топливно-экономическая характеристика циклического движения, или магистрально-ездового цикла, отражает реальные режимы движения в городских условиях и движения по магистрали с заданными расстояниями между остановками. В этой характеристике учитывается влияние на расход топлива ряда факторов, включая режим движения, рабочую передачу, разгон машины и др.
Затраты мощности на преодоление аэродинамического сопротивления имеют кубическую зависимость от скорости движения машины. При скорости автопоезда свыше 70 км/ч по горизонтальной дороге на аэродинамическое сопротивление расходуется более 50 % энергии, подводимой к движителю. Аэродинамическое сопротивление автопоезда на 80 % складывается из лобового сопротивления автомобиля и прицепа, сопротивления выступающих элементов и сопротивления, связанного с возникновением зон низкого давления за прицепом.
На графиках топливно-экономических характеристик (рис. 3.12, а) точки а показывают максимальный путевой расход топлива при максимальных скоростях движения автомобиля для разных значений коэффициента сопротивления дороги ψ. Движение автомобиля на этих скоростных режимах сопровождается максимальным путевым расходом топлива Qs, вызванным прежде всего аэродинамическим сопротивлением воздушной среды. Точки b характеризуют скоростной режим работы автомобиля при минимальном путевом расходе топлива по дорогам с разным ψ.
Рис. 3.12. Топливно-экономические характеристики автомобилей: а — зависимость путевого расхода топлива от скорости: 1 — автомобили с бензиновым двигателем; 2 — автомобили с дизелем; Qs — путевой расход топлива; υ — скорость движения; а, b — точки соответственно максимального и минимального путевого расхода топлива; б — зависимость технологической производительности и удельного технологического расхода топлива от рейсовой нагрузки: Пт — технологическая производительность; МTP — масса перевезенного груза; qy — удельный технологический расход топлива
По показателям топливной экономичности машин можно назначать оптимальную рейсовую нагрузку и оценивать энергоемкость технологической работы. В качестве измерителя топливной экономичности здесь является удельный технологический расход топлива qy, л/(т*км), представляющий собой отношение часового расхода топлива Gт, л/ч, к технологической производительности Пт, т*км/ч:
где МTP — масса перевезенного груза, т; υcp — средняя скорость движения, км/ч.
Исследования показали, что для конкретных условий эксплуатации существует оптимальное значение рейсовой нагрузки, при котором достигается минимальный удельный технологический расход топлива qy (рис. 3.12, б) и максимальная технологическая производительность Пт. Это объясняется тем, что при рейсовых нагрузках меньше оптимальной выполняется незначительная полезная работа, а отношение расхода топлива к этой работе высокое. При больших рейсовых нагрузках увеличивается доля использования по времени низших передач в КП при движении, на которых снижается коэффициент загрузки двигателя по мощности и резко возрастает удельный расход топлива, что приводит к повышению удельного технологического расхода топлива.