Экономия топлива осуществляется на различных этапах его производства, распределения и потребления. Говоря об экономии топлива, следует выделить следующие два аспекта: первый — экономия жидкого топлива в других отраслях народного хозяйства для обеспечения им автомобильного транспорта, второй — это экономия топлива на самом автомобильном транспорте.
Общепринято, что повышение топливной экономичности достигается путем уменьшения массы автомобиля, повышения к. п. д. двигателя и трансмиссии, снижения сопротивления качению и аэродинамическому сопротивлению.
При движении в городе уменьшение массы автомобиля с 1400 до 1310 кг позволяет увеличить удельный пробег автомобиля на 0,4 км/л. Поездки же по коротким маршрутам остаются малоэкономичными, ввиду потерь мощности, вызываемых низкой температурой смазки и шин.
По данным английских специалистов, только на трение в трансмиссии легкового автомобиля приходится 10% затрачиваемой энергии, на преодоление сопротивления качению 19% и на преодоление аэродинамического сопротивления 30% расхода топлива.
По исследованиям американских специалистов, на преодоление сопротивления качению шин грузовых автомобилей при скорости до 80 км/ч тратится 50% мощности двигателя. Сопротивление качению зависит от типа и профиля шины и давления воздуха в ней. Шины с радиальным кордом имеют сопротивление на 2-г-4% меньшее, чем диагональные. Сопротивление качению при нагреве шин может уменьшаться на 30%.
Итальянская фирма «Альфа Ромео» дала качественный и количественный анализ возможных путей повышения топливной экономичности европейских легковых автомобилей.
По результатам исследования параметров 68 европейских автомобилей были установлены статистические зависимости между массой, аэродинамическим сопротивлением, рабочим объемом и удельной мощностью двигателей автомобилей. Топливная экономичность на 5-местном автомобиле с кузовом типа «седан», собственной массой 1100 кг. Автомобиль имел 4-цилиндровый двигатель и 4-5-сту-пенчатую коробку передач с ручным переключением. Согласно выполненным исследованиям, массу современных автомобилей можно снизить на 20%, аэродинамическое сопротивление — на 15%, рабочий объем двигателей — на 15%. Эти мероприятия ведут к снижению расхода топлива соответственно на 4, 6; 0,5-^6,5 и 5-^8%. Изменение передаточных отношений 4-5-ступенчатой коробки передач с ручным управлением может изменить расход топлива на 12,5-^16%. Автомобили, оснащенные двигателями с послойным смесеобразованием, имеют расход топлива на 6,7-г-15,1% меньше, чем автомобили с обычными карбюраторными двигателями [40].
Улучшение аэродинамики занимает значительное место в структуре мероприятий по повышению топливной экономичности, так как по подсчетам специалистов США уменьшение сопротивления воздуха на каждые 10% приводит к снижению расхода топлива на 2%.
Группа итальянских дизайнеров с помощью ЭВМ разработала принципиально новую форму легкового автомобиля. В компьютер вложили исходные данные с целью получения контуров кузова с минимальным лобовым сопротивлением — дисплей выдал эскиз кузова легкового автомобиля,удивительно похожего ... на банан. Результаты испытания опытного образца, сделанного по расчету ЭВМ, превзошли все ожидания: при прочих равных условиях, бананоподобные автомобили расходуют топлива на 20% меньше, чем классические автомобили того же класса.
На легковых и грузовых автомобилях ставятся дефлекторы-обтекатели, всевозможные фартуки и технические козырьки, чтобы понизить аэродинамическое сопротив ление и повысить топливную экономичность. Для грузовых автомобилей и особенно автопоездов разрабатываются специальные обтекатели, по мере возможности пы таются «заделывать» пространство между тягачом и прицепами, между полу при цепами и прицепами, чтобы энергия не расходывалась на образование вихрей.
Аэродинамические обтекатели улучшают топливную экономичность от 3 до 5—6% [80], различия в данных объясняются различием методик подсчета, разномарочностью испытываемых автомобилей, а также разницей в конструкциях самих дефлектор-обтекателей.
По мнению американских специалистов, дополнительными элементами, доказавшими свою полезность, являются дефлекторы и продольные экраны, перекрывающие пространство между кабиной и полуприцепом. Если их правильно установить, то удельный расход топлива при эксплуатации автопоезда на шоссе можно снизить на 5—15%.
Интересно, что устранение некоторых элементов, таких, как вертикальные выпускные трубы, не всегда уменьшает лобовое сопротивление. По результатам некоторых испытаний, коэффициент лобового сопротивления фактически увеличивается, когда вертикальные трубы убраны. Это наглядный пример того, какими сложными могут быть аэродинамические проблемы и связанные с их решением исследования.
Обычный грузовой автомобиль расходует от 30 до 50% своей мощности для того, чтобы преодолеть сопротивление воздуха [75]. В связи с этим проблемы аэродинамики могут оказаться более значительными, чем мероприятия по уменьшению массы большегрузных автомобилей будущего.
Следует отметить, что хотя дефлекторы топлива и способствуют экономии топлива, но в результате бокового ветра преимущества дефлекторов могут быть сведены на нет. Испытания показывают, что максимальный эффект от применения дефлекторов достигается при угле между направлением движения и направлением ветра не более 10%. При той же силе ветра и большем угле дефлекторы скорее ухудшают топливную экономичность. Оптимальным условием применения дефлектора является встречный ветер.
В целом снижение аэродинамического сопротивления достигается путем создания новых моделей с высокими аэродинамическими характеристиками. Но это только один из факторов, определяющих сопротивляемость встречного потока воздуха автомобилю.
Другим, не менее важным фактором, является скорость движения, снижение которой также ведет к уменьшению аэродинамического сопротивления. Но скорость является одним из качественных параметров автомобильного транспорта, и ее чрезмерное снижение приводит с одной стороны к уменьшению транспортного потенциала, с другой — к повышению удельного расхода топлива. В этих условиях очень важно правильно определить скорость движения. Готовых рецептов здесь нет, да и быть не может. Тут многое зависит от модели автомобиля, состояния дорог, наличия дополнительного обо-
рудования и прочее. Поэтому практически во всех развитых страна? проводятся испытания и создаются дополнительные приспособления с тем, чтобы разработать оптимальную скорость движения.
В США скорость движения по скоростным магистралям в законодательном порядке ограничена 89 км/ч, хотя дороги рассчитаны на более высокие скорости. Подсчитано, что при ограничении максимальной скорости движения до ста километров в час экономия топлива составляет 5% [24]. Из этого ясно, сколь заметное влияние на расход топлива оказывает скоростной режим движения.
В целом, эффективность устройства по улучшению аэродинамических свойств автомобилей и шин с радиальным кордом, как средств сокращения расхода топлива, возрастает с увеличением скорости автомобилей.
В последние годы все больше создаются дополнительных устройств, предназначенных для экономии моторного топлива. Одним из них является регулируемый привод вентилятора. Необходимость оборудования вентиляторов регулируемым приводом объясняется тем, что 95% рабочего времени двигатель автомобиля не требует принудительного охлаждения, поэтому такой привод позволяет снизить расход топлива на 4—6%.
Перспективным направлением экономии топлива является использование экономайзеров, которые прерывают подачу топлива в период торможения двигателем, а также осуществляют рекуперацию энергии при торможении, т. е. при торможении энергия не тратится, а накапливается в специальной системе рекуперации.
Важным мероприятием по экономии топлива может служить замена обычных шин на радиальные с металлокордом и поддержание в них оптимального давления. В зависимости от дорожных условий радиальные бескамерные шины способствуют снижению расходов на 5—10%. Рисунок протектора должен соответствовать дорожным условиям, давление воздуха в шинах — максимальному рекомендуемому значению.
Наряду с повышением топливной экономичности автомобилей, в настоящее время большое значение придается экономии электрической энергии на автомобиле. Стоимость производства электроэнергии на автомобиле оценивается в 6—15 раз выше, чем в стационарных условиях. Одним из способов экономии энергии считается введение ограничений на применение ближнего света при движении в городских условиях. Для поддержания должной безопасности движения предлагаются усиление внешнего освещения улиц и установка дорожных знаков с подсветкой. Испытания автомобиля марки «Рено-4» (Франция) в городских условиях с включенными фарами ближним светом показали, что фактический расход топлива при движении в течение 1 ч с одинаковой скоростью составил соответственно 1,45 и 1,18 л. С учетом поправок на время и условия движения экономия топлива составила 0,16 л/ч. Считается возможным довести это значение до 0,24 л/ч [74].
Одним из существенных факторов снижения расхода топлива могут служить мероприятия по снижению испарения бензина, которое
помимо всего прочего ухудшает состояние окружающей среди В деле повышения топливной экономичности немаловажны и организационные мероприятия. Приток большого количества разно образных грузов на автомобильном транспорте способствует организации перевозок с широким использованием большегрузных и специализированных автомобилей.
В целом использование большегрузных автомобилем, автопоездов и прицепов способствует снижению норм расхода томлива на единицу транспортного груза. Эффективность грузовою автомобиля с увеличением полной массы автопоезда с 30 до 40 т возрастает! до 20%.
В странах Западной Европы создаются открытые стоянки для автопоездов через определенные расстояния, из центров крупных городов выносятся на окраины пункты комплектования грузов для последующей их отправки автопоездами, создается сеть технического обслуживания.
Широко используются съемные кузова. При их перегрузке можно обойтись без дорогостоящего подъемного оборудования, ставить и снимать их с помощью выдвижных сеток и воздушных рессор автомобиля. При использовании съемных кузовов можно повысить годовой пробег шасси автомобиля в 2—3 раза.
При перевозках на расстояние около 450 км в западноевропейских странах при наличии постоянного потока грузов налажена такая система, при которой водитель доставляет контейнер с грузом на терминал, расположенный примерно в 220—250 км от пункта отправления. На этом терминале водитель получает контейнер или съемный кузов с грузом, предназначенным к перевозке в обратном направлении, что дает возможность водителю проходить за рабочий день положенные 450 км, отпадает необходимость в ночевке в пути, снижается стоимость перевозки и повышается топливная экономичность.
При Министерстве транспорта ГДР, например, организован вычислительный центр, где с использованием ЭВМ, по заявкам комбинатов и различных ведомств рассчитываются наиболее рациональные маршруты и виды транспорта для междугородных и международных перевозок грузов. Только после рассмотрения заявки в этом центре дается разрешение на перевозку. Местные грузовые и пассажирские перевозки организуют и планируют транспортные комбинаты округов. В целях экономии энергии намечается, например, в небольших городах, где до последнего времени было преимущественно автобусное движение, создавать линии скоростного трамвая.
Уже в течение ряда лет в городах ГДР используется сцепка из четырех трамвайных вагонов, которая особенно эффективна в часы пик. Для местных перевозок намечается также восстановить местное железнодорожное хозяйство, которому в годы массовой автомобилизации уделялось недостаточное внимание, расширить перевозки речным транспортом. В ГДР особенно быстро увеличивался парк легковых автомобилей. В конце 70-х годов на его долю приходилось примерно половина всех планируемых перевозок в городах, против
15% в 50-х годах. Поэтому одна из задач по экономии топлива в национальном масштабе — заинтересовать население более широко пользоваться транспортом общего пользования, а для этого необходимо создать соответствующие условия по его комфортабельности, удобству.
Одним из важнейших путей экономии жидкого топлива на автомобильном транспорте является разработка на транспортных комбинатах, в соответствии с государственной программой снижения транспортных издержек, планов организационно-технических мероприятий. К примеру, на Дрезденском транспортном комбинате в этот] план включено оборудование грузовых автомобилей специальными воздухообтекателями, использование которых при скорости движения 60 км/ч дает экономию горючего до 5%. На этом же комбинате на грузовых автомобилях и автобусах монтируются специальные микрокалькуляторы, оптимизирующие расход топлива в соответствии с режимом движения. Расширяется использование ЭВМ и математических моделей для определения оптимальных маршрутов и графиков движения. Автомобили, потребляющие топливо выше установленных стандартов, списываются или разбираются на запасные части. По этой причине было законсервировано 10 тыс. грузовых автомобилей.
Руководителям автотранспортных предприятий в целях рационального использования и экономного расхода топлива, предписывается разработка и внедрение технико-организационных мероприятий. Техническими мероприятиями прежде всего предусматриваются контроль и регулировка впрыска топлива соответствующими приборами и приспособлениями, измерение плотности дыма, измерение внутреннего давления.