В дизеле эффективность преобразования выделившейся энергии в полезную работу несколько выше и достигает 36…39%. Применение турбонаддува улучшает эти показатели до 39:..45%.

В процессе эксплуатации фактические показатели топливоиспользоваиия значительно ниже потенциальных, поэтому вопросам рационального теплового режима двигателя, необходимого состава горючей смеси и температуры ОГ необходимо уделять особое внимание.

Одно из главных направлений улучшения топливной экономичности карбюраторных двигателей — снижение неравномерности распределения топлива по цилиндрам. В случае нарушения теплового режима двигателя до 40% топлива поступает в камеру сгорания в виде пленки и определенная часть топлива не принимает участия в процессе сгорания. Эта часть выбрасывается с ОГ в виде углеводородов, что обедняет фактический состав горючей смеси, принимающий участие в процессе окисления топлива в цилиндрах двигателя. Неравномерное распределение смеси по цилиндрам, достигающее 30%, повышает в ОГ содержание СО на 45…55% и СН на 35…45%, а также сопровождается ухудшением топливной экономичности на 10%.

Снижения механических потерь в двигателе достигают, уменьшая силы трения между взаимодействующими деталями или применяя для смазки более качественные масла. Уменьшение потерь на трение, газообмен и привод вспомогательных агрегатов позволяет снизить расход топлива до 4%.

Использование терморегулируемого вентилятора, автоматически включающегося в работу в зависимости от температурного режима двигателя, позволяет повысить топливную экономичность до 2%.

С целью снижения расхода топлива в нашей стране проводятся экспериментальные работы по созданию автомобильных двигателей с выключением цилиндров. Подобное техническое решение особенно важно для двигателей с большим запасом мощности, эксплуатирующихся преимущественно на малых нагрузках при низких КПД.

Современный уровень микропроцессорной техники позволяет создать конструкции двигателей с автоматическим выключением одного или группы цилиндров. Число выключаемых цилиндров зависит от потребляемой автомобилем мощности. Выключение цилиндров осуществляют путем прекращения подачи топлива или выключения из работы клапанов механизма газораспределения.

Экспериментальные работы на серийных карбюраторных двигателях показали, что отключение цилиндров на режимах малых нагрузок и холостом ходу обеспечивает экономию топлива на 25…35%. Одной из проблем работ этого направления является обеспечение плавной работы двигателя в момент включения или выключения цилиндров. По мере увеличения нагрузки и частоты вращения коленчатрго вала эффективность работы двигателя с выключенными цилиндрами значительно уменьшается.

Запас мощности двигателя. Доля мощности, преобразуемой в полезную работу, ограничивается термодинамическим КПД двигателя. Эффективная (полезная) мощность, которая подводится непосредственно к трансмиссии легкового автомобиля, при экономичной скорости движения 40 км/ч составляет 21%, а при максимальной скорости 135 км/ч она уже повышается на 28%. Для дизеля эти мощности составляют 33% при скорости движения 30 км/ч и 37% при скорости 80 км/ч.

60% производимой энергии двигатель потребляет на собственные нужды. Баланс мощности двигателя ЗИЛ-130 представлен на рис. 2. Равенство номинальной М-щности, развиваемой двигателем и потребляемой автомобилем при равномерном движении, определяет максимальную скорость движения. Большинство грузовых автомобилей оборудованы ограничителями частоты вращения коленчатого вала. Из рисунка следует, что максимальная скорость движения автомобиля ЗИЛ-130 соответствует максимальной мощности двигателя. При скоростях меньше максимальных существует значительный запас мощности. Этот запас имеет важное практическое значение для преодоления подъемов, выполнения обгонов и маневров в условиях интенсивного городского движения.

Значительный резерв экономии топлива связан с правильным подбором и реализацией в эксплуатации характеристик двигателя, согласованных с трансмиссией автомобиля. Механические потери в трансмиссии с ручным управлением коробкой передач достигают 10…15%, т. е. их КПД равен 0,85…0,9. Значительная величина механических потерь приходится на главную передачу.

В трансмиссиях с автоматической коробкой передач из-за повышенных потерь в гидротрансформаторе расход топлива на 10… 12% больше, чем с механической.

Часть энергии топлива, израсходованная на преодоление подъемов и инерции автомобиля, в дальнейшем может быть использована путем свободного качения на спуске или по горизонтальной дороге.

Наиболее благоприятна регулировка двигателя с более крутой характеристикой крутящего момента и максимальным его значением при более низкой частоте вращения коленчатого вала. Такие двигатели имеют высокую мощность при пониженной частоте вращения коленчатого вала, а следовательно, и лучшую топливную экономичность.

Масса автомобиля и мощность двигателя также должны быть взаимно увязаны. Удельная мощность двигателя, представляющая собой отношение максимальной его мощности к полной массе автомобиля, для магистральных автопоездов с массой 27…42 т составляет 4,5…7,5 кВт/т. Меньшие значения удельной мощности относятся к автопоездам более высокой грузоподъемности. Снижение удельной мощности автопоезда с 6,7 до 5,1 кВт/т позволяет уменьшить расход топлива на 4…5%.

Удельная мощность двигателей легковых автомобилей зависит от их рабочего объема и повышается с его ростом. Статистический анализ конструкций автомобилей и их двигателей позволил выявить следующие закономерности.

На топливную экономичность близких по массе автомобилей заметное влияние оказывает рабочий объем двигателя. В различных условиях эксплуатации это влияние неоднозначно. В городских условиях двигатель большего рабочего объема, обладающий большим запасом мощности, дросселируют больше по сравнению с двигателем меньшего объема. Такая работа неизбежно сопровождается увеличенным расходом топлива. При одной и той же частоте вращения коленчатого вала двигатель с рабочим объемом 2,5 л имеет расход топлива на 20% больше, чем двигатель с рабочим объемом 1,5 л. Однако в загородных условиях (на режимах средних и максимальных нагрузок) положение резко изменяется. Двигатель меньшего рабочего объема работает при полном или близком к нему открытии дроссельной за-j слонки, т. е. на обогащенном составе горючей смеси, сопровождающемся повышенным расходом топлива. В этих условиях двигатель с большим рабочим объемом работает на обедненной горючей смеси, обеспечивающей более экономичный режим.

По сравнению с рядными V-образные двигатели характеризуются более высоким механическим КПД, что позволяет в одинаковых условиях улучшить топливную экономичность до 2%.

Совершенствование систем питания. Широкое использование карбюраторных двигателей обусловлено экономической целесообразностью их применения и сложившимся топливно-энергетическим балансом. Следует отметить, что в нашей стране наметились реальные предпосылки для широкой дизелизации автомобильного транспорта.

Наибольшее распространение получили многокамерные карбюраторы с последовательным открытием дроссельных заслонок. Преимущественно применяют двухкамерные и реже четырехкамерные карбюраторы. Доля двухкамерных карбюраторов в мировой практике двига-телестроения составляет около 40% для двигателей с рабочим объемом до 1,5 л и повышается по мере увеличения рабочего объема.

В двухкамерных карбюраторах первичная камера обеспечивает экономичную работу автомобиля на холостом ходу, режимах малых и средних нагрузок. Вторичная камера вступает в работу при больших нагрузках, включая и полную. Первичная камера обеспечивает эффективную работу в условиях городских режимов движения. Вторичная — при высоких скоростях движения, т. е. свыше 100 км/ч.

Поиск технических решений по улучшению эксплуатационных показателей карбюраторных двигателей сводится к улучшению дозирования топлива на малых и средних нагрузках, на холостом и принудительном холостом ходу, а также к улучшению процессов смесеобразования на режимах пуска и прогрева.

С целью совершенствования процессов топливопода-чи на режимах принудительного холостого хода (ПХХ) используют карбюраторные приставки, которые улучшают процессы смесеобразования и топливоподачи на режимах ПХХ. Особенность работы двигателя на этих режимах заключается в том, что при резком закрытии дроссельной заслонки происходит временное обогащение горючей смеси. Для предотвращения ее ненужного переобогащения между карбюратором и впускным трубопроводом устанавливают ограничитель разрежения. Принцип его работы заключается в том, что на режиме ПХХ под действием высокого разрежения открывается впускной клапан и во впускной трубопровод поступает дополнительное количество воздуха.

При наличии ограничителя разрежения практически полностью прекращается выброс СО на режимах ПХХ и в несколько раз уменьшается количество канцерогенных веществ. Однако на этих режимах наблюдают повышенное содержание СН в отработавших газах.

Использование приставок обеспечивает снижение расхода масла в изношенных двигателях до 15…20%.

Применение ограничителей разрежения позволяет: уменьшить содержание СО и альдегидов, расход моторного масла, нагарообразование в двигателе и устранить хлопки в глушителе на режиме ПХХ.

Работа автомобильного двигателя с ограничителем разрежения сопровождается повышенным содержанием СН и ОГ на режимах ПХХ, что связано с поступлением в цилиндры двигателя топливной пленки, оставшейся на стенках впускного трубопровода от предыдущих рабочих циклов. Попадая в цилиндры двигателя, в которых не происходит сгорание топлива, она в дальнейшем выбрасывается в выпускную систему в виде несгоревших СН.

Наиболее эффективный путь экономии топлива на режиме ПХХ связан с полным прекращением подачи топлива. В современных карбюраторах эту функцию выполняют экономайзеры ПХХ с электронным управлением. Их конструктивные решения и принципы действия весьма многообразны.

Для двигателей автомобилей семейства ЗИЛ Московским карбюраторным заводом совместно с НИИАТ (Научно-исследовательский институт автомобильного транспорта) разработан экономайзер ПХХ, принцип действия которого основан на полном прекращении подачи топлива путем перекрытия каналов. Функциональная схема этого экономайзера показана на рис. 3. Он содержит два электромагнитных клапана, электронный блок, датчик частоты вращения коленчатого вала, датчик положения дроссельной заслонки, датчик температуры и соединительный кабель.

Перекрытие каналов холостого хода в карбюраторе К-90 производится двумя самостоятельными электромагнитными клапанами, управление которыми осуществляется по двум командным параметрам: от датчика частоты вращения коленчатого вала и от датчика 4 положения дроссельной заслонки.

Применение экономайзера ПХХ улучшает топливную экономичность автомобиля ЗИЛ-130 на 1,5…2% и в 2,1 раза уменьшает выброс СО в период единичного его замедления.

Надежная работа экономайзера ПХХ равноценна, а в некоторых случаях и превышает срок службы основных дозирующих систем карбюратора. Выход системы ПХХ из строя не ухудшает эксплуатационных показателей при работе двигателя на остальных режимах.

Регулировать электронную часть экономайзера ПХХ в условиях эксплуатации не требуется. Традиционную регулировку карбюратора на режимах минимальной частоты вращения коленчатого вала производят по тем же параметрам, которые рекомендованы отраслевыми и заводскими инструкциями по эксплуатации базовых автомобилей.

Применение экономайзера с электронным управлением на двигателях ЗИЛ вместе с тем позволяет эффективно решить трудную задачу диагностирования технического состояния двигателя. Электронная схема экономайзера является, по существу, встроенным диагностическим элементом, а сам экономайзер спроектирован и изготовлен о учетом требований повышения приспособляемости систем питания к диагностированию.

Такие экономайзеры применяют на легковых автомобилях «Жигули» ВАЗ-2105 и ВАЗ-2107, на которых устанавливают карбюраторы типа «Озон». Датчик положения дроссельной заслонки выполнен в виде микропереключателя с механическим приводом от дросселя карбюратора. Экономия топлива в городских условиях эксплуатации может достигать 3%.

Сопротивление движению автомобиля. Заметное влияние на расход топлива оказывает сопротивление качению автомобиля, зависящее от конструкции и массы автомобиля, скорости движения, состояния дороги, конструкции и давления воздуха в шинах.

При движении грузового автомобиля средней грузоподъемности по горизонтальной дороге с наиболее экономичной скоростью 60 км/ч удельный вес основных составляющих топливного баланса может быть представлен следующим образом: двигатель 30%, сопротивление качению (шины) 28%, аэродинамическое сопротивление 24%, вспомогательные агрегаты 8%, трансмиссия 10%.

Автомобильные шины радиальной конструкции обладают меньшим сопротивлением качению и обеспечивают снижение расхода топлива от 5 до 10%.

Все более широкое распространение получают широкопрофильные шины, для которых в определенных условиях эксплуатации характерны минимальные потери на качение. Вообще, использование специальных шин на автомобильном транспорте становится важным резервом экономии топлива. В настоящее время применяют преимущественно шины с универсальным рисунком протектора. Совершенствование конструкции шин, снижающее затраты на качение только на 15…20%, обеспечивает снижение расхода топлива в среднем на 3…5%.

Сопротивление качению в значительной степени зависит от давления воздуха в шинах. Применение более жестких шин уменьшает расход топлива, но одновременно вызывает повышенные динамические нагрузки на элементы трансмиссии и дорожное полотно.

Преодоление подъема с точки зрения энергетических затрат аналогично увеличению сопротивления качению.

Для трогания автомобиля с места и его разгона необходимы дополнительные затраты мощности на преодоление сил инерции. Понятно, что чем больше запас мощности, используемый на преодоление сил инерции, тем быстрее возрастает скорость автомобиля.

Аэродинамическое сопротивление. На аэродинамическое сопротивление при движении легкового автомобиля по горизонтальной дороге с экономичной эффективной скоростью 80 км/ч расходуется 65% всей энергии. Остальные 35% идут на преодоление сопротивления качению и механические потери. В городских же уcловиях энергетические затраты на 55% связаны с ускорениями автомобиля, 32% падает на сопротивление качению, а 13% на аэродинамическое сопротивление.

Аэродинамическое сопротивление у магистральных автопоездов на 80% складывается из лобового сопротивления и сопротивления, связанного с наличием обширных зон отрицательного давления, возникающих сзади кабины и полуприцепа. Применение обтекателя на 30% сокращает суммарную величину коэффициента обтекаемости автопоезда.

Автомобильной промышленностью разработано восемь разновидностей обтекателей: плоские, клиновидные, конические, выпуклые, вогнуто-выпуклые и др. Универсальная конструкция обтекателей позволяет устанавливать их на всех отечественных автомобилях-фургонах и автопоездах семейств ГАЗ, ЗИЛ и КамАЗ.

Многочисленные экспериментальные исследования обтекателей на автомобилях КамАЗ и МАЗ при скорости движения 60…65 км/ч (обычной для магистралей страны) показали, что их применение обеспечивает снижение расхода топлива на 4…5%. Даже такие простейшие мероприятия, как применение брезента в качестве покрывала на платформе бортового автомобиля, дает экономию топлива до 1,5…2,5%.

Промышленное производство аэродинамических обтекателей организовано на Белорусском и Камском автомобильных заводах, но их можно изготовить и силами автотранспортных предприятий. Заслуживает внимания опыт предприятий территориального объединения «Главленавтотранс» Минавтотранса РСФСР, оснастивших обтекателями автопоезда на междугородных трассах. Применение простейших щитовых обтекателей обеспечило снижение расхода топлива на 4%.