Расход топлива: мифы и реальность
 Современные автомобили - гораздо более мощные и экономичные по сравнению с теми, которые выпускались еще 20-30 лет назад. Тем не менее, производители автомобилей постоянно работают над совершенствованием двигателей внутреннего сгорания, делая особый упор на их экономичность и экологичность.
Многих автомобилистов переодически одолевает один и тот же вопрос: «А не слишком ли много топлива потребляет моя «малышка»? Можно ли как-то умерить ее аппетиты»? Ездить приходится все больше, а бензин нынче дорог».
Многие автолюбители замеряют расход топлива, вычисляя, сколько горючего они сожгли, проехав 100 километров. Потом результаты этих вычислений сверяют с эксплуатационными характеристиками автопроизводителя, обсуждают с друзьями или делятся с своими цифрами с коллегами по «баранке» на интернет форумах. Из этого не редко получается, что «топливный аппетит» любимого «авто» - нечто странное, загадочное, непредсказуемое и даже мистическое.
Однако, расход топлива - величина строго определенная, без всякой мистики и двусмысленности. Автомобиль – не НЛО. Все процессы происходят в двигателе по общеизвестным законам физики. Постараюсь подробно, просто и доступно объяснить суть процессов, определяющих «расход топлива» среднестатистического автомобиля.
В двигателе внутреннего сгорания при работе сгорает не бензин или солярка, а топливовоздушная смесь. Точнее, происходит процесс горения – окисление углеводородов (CH) топлива кислородом (О2) воздуха с выделением тепла. Тепловая энергия расширяющихся продуктов сгорания топливовоздушной смеси преобразуется в механическую энергию, заставляющую двигаться транспортное средство.
Оказывается, что для всех бензиновых двигателей существует оптимальное, или так называемое, «стехиометрическое» соотношение: 1 весовая часть топлива – 14.7 весовых частей воздуха. То есть, в 14.7 весовых частях воздуха содержится кислорода ровно столько, сколько необходимо для сгорания 1 весовой части топлива. Почти такое же соотношение является оптимальным и для дизельных двигателей.
Воздух имеет вес: 1.2928 кг на кубометр при нормальных условиях. В воздухе содержится 20.9476% кислорода, или по весу 271г. в каждом кубометре на уровне моря при температуре 15С и давлении 101325 Па. Для справки, в воздухе также содержится 78.084% азота, 0.934% аргона, 0.0314% углекислого газа СО2 и ничтожное количество других газов.
Еще раз повторю, что для нормальной работы двигателя необходима топливовоздушная смесь, в составе которой будет 14.7 весовых частей воздуха и 1 весовая часть топлива. Если топлива будет больше, то из-за нехватки кислорода, излишнее топливо не будет сгорать и начнет вылетать в выхлопную трубу черным дымом, «коптить» свечи зажигания. При чрезмерном обогащении смеси, двигатель «зальет» топливом и он заглохнет.
Если, наоборот, топлива будет меньше, то двигатель на такой топливовоздушной смеси будет работать не ровно и, при дальнейшем обеднении, вообще заглохнет, потому что переобедненная смесь с трудом воспламеняется и плохо сгорает.
Из всего этого следует, что автомобильный двигатель может работать на топливовоздушной смеси, близкой к стехиометрической (идеальной). Морально устаревшим карбюраторным двигателям необходима для нормальной работы обогащенная на 3-5 % топливовоздушная смесь. Более совершенные инжекторные двигатели устойчиво и ровно работают на обедненных, на 3-8% смесях. Из этого следует, что двигатель работает в довольно узком диапазоне состава топливовоздушной смеси. Проще говоря, двигатель не будет работать, если дать топлива на 10% меньше, или на 20% больше, чем необходимо (cоотношение: 1:14.7).
Расход топлива – это то количество топлива, которое сгорело в составе топливовоздушной смеси за время работы двигателя. Очевидно, что топливо не берется ниоткуда (его заливают в бак на АЗС) и не исчезает бесследно - cгорает в ДВС. Исключение составляют случаи, когда бензин или солярку не доливают на заправках, сливают (воруют) на стоянках, или, если топливо подтекает из топливной системы автомобиля.
Можно без особого труда довольно точно подсчитать количество топлива, сгорающего при работе двигателя. Приведу пример такого расчета. Возьмем среднестатистический автомобиль Toyota Camry c двигателем 3S-FE объемом 2.0 литра. За 2 оборота (один цикл) в этом двигателе сгорит 2 литра топливовоздушной смеси. А за 1 оборот – 1 литр. Подсчитаем сколько топлива содержится в 1 литре смеси, зная вес воздуха и, учитывая соотношение 14.7 : 1 для стехиометрической смеси. Несложные вычисления: 1.2928:14.7=0.0884 грамма топлива в одном литре оптимальной топливовоздушной смеси. Следовательно, за 1 оборот двигатель «съест» примерно 0.09 грамма бензина. При работе на холостом ходу (750 об/мин) в двигателе за минуту сгорит 66 граммов бензина. Если Toyota Camry мчится по трассе со скоростью 100 км/ч, на тахометре 2000 об/мин, то за 1 час проедет 100 км и расход топлива составит: 0.0884х2000х60=10608 граммов бензина.
Очевидно, что количество топливовоздушной смеси, необходимой двигателю для его работы прямопропорционально объему этого двигателя. Чем больше объем двигателя, тем больший объем смеси ему необходим. Во многих автомобилях есть бортовые компьютеры, которые очень точно вычисляют и показывают расход топлива. Топливовоздушная смесь не во всех режимах работы двигателя близка к стехиометрической. Есть исключения: смесь обедняется при торможении двигателем (режим принудительного холостого хода). Смесь кратковременно обогащается при резком наборе оборотов. Это хорошо видно на карбюраторе по работе ускорительного насоса. Также, обогащение (максимум на 15%) происходит при работе двигателя под нагрузкой (разгон на затяжном подъеме). Прогрев двигателя происходит на повышенных оборотах и при обогащенной смеси. Карбюратор или система впрыска топлива отвечают за приготовление оптимальной для любого режима работы двигателя топливовоздушной смеси. В среднем, для расчетов будем считать топливовоздушную смесь стехиометрической.
У автомобилей прошлых лет выпуска за приготовление нужной топливовоздушной смеси отвечал карбюратор – сложное механическое дозирующее устройство. Карбюраторы имели ряд регулировок, позволявших изменять состав смеси в широком диапазоне. Чаще всего регулировки делались «на глазок», так как тогда мало кто слышал о пятикомпонентных газоанализаторах и не задумывался об экологии. Да и дозировка топлива у карбюраторов на различных режимах далеко не идеальна. В большинстве стран уже давно запрещено производство и даже эксплуатация автомобилей с карбюраторными двигателями, исходя из повышенных экологических требований.
В инжекторных двигателях приготовление и контроль состава смеси осуществляет электронный блок управления. Современные системы управления двигателем настолько надежны и совершенны, что обеспечивают на всех режимах оптимальный расход топлива при высокой мощности и минимальной токсичности выхлопных газов. Особое внимание уделяется контролю состава топливовоздушной смеси, так как любое отклонение в сторону обеднения или обогащения ведет к увеличению токсичности выхлопа.
В большинстве цивилизованных стран экологичность двигателя гораздо важнее его экономичности, при том, что эти показатели тесно связаны между собой. Все современные автомобили имеют систему самодиагностики. На приборной панели имеется лампочка check engine или значок, изображающий двигатель. Эта лампочка загорается при возникновении какой либо неисправности в системе управления двигателем, в том числе при отклонении состава смеси от оптимального. При помощи специального диагностического сканера можно прочитать название ошибки, чтобы понять суть возникшей неисправности и принять меры к ее устранению.
Основной причиной повышенного расхода топлива является отклонение состава топливовоздушной смеси в сторону обогащения, вследствие какой – либо неисправности в двигателе или в системе управления им. Это можно проверить на СТО при помощи газоанализатора и других диагностических приборов. Если есть подозрение на повышенный аппетит любимого «железного коня», но нет времени, чтобы заехать на диагностику в специализированный автоцентр, то можно самостоятельно провести некоторые проверки.
Первым делом обратите внимание на лампочку cheсk engine. Если она не загорается при движении автомобиля, то это значит, что нет конкретной неисправности в двигателе и в системе управления им. Далее надо выкрутить одну свечу зажигания и просто посмотреть, нет ли на ней черного бархатистого нагара, возникающего при явном переобогащении смеси. Если свечу выкрутить не так просто, или нет свечного ключа, то надо рассмотреть срез выхлопной трубы. Черная копоть, являющаяся следствием избытка топлива (недостатка кислорода), вылезает на наружную часть выхлопной трубы в виде полоски у среза шириной 4 – 5 мм.
Явное переобогащение смеси, как следствие какой-либо неисправности, на современных инжекторных автомобилях встречается не часто. Если эти проверки подтвердили, что состав смеси в норме, но топливный аппетит любимого авто все-таки кажется завышенным, то рассмотрим другие причины повышенного расхода топлива.
Из приведенных выше рассуждений следует, что в самом общем виде расход топлива конкретным автомобилем определяется количеством топливовоздушной смеси, сгоревшей в его двигателе. А количество этой смеси напрямую зависит от числа оборотов, которые сделал двигатель за все время поездки. Поясню это на простом примере с той же Тойотой Камри. Если она проезжает по трассе 100 км со скоростью 100 км/ч за 60 мин при 2000 об/мин на тахометре, то получим, что двигатель сделал 120000 оборотов. А теперь представьте себе, что Вы накрутили 100 км по городу со стоянием в пробках и у светофоров, с разгонами и торможениями, при этом двигаясь большую часть времени на пониженных передачах. Разница чисел оборотов будет – в разы. Во столько же раз возрастет и расход топлива.
Еще раз заострю ваше внимание на том, что расход топлива зависит от общего числа оборотов, которые сделал двигатель за время движения при условии сгорания в нем оптимальной топливовоздушной смеси. А уж, сколько оборотов сделает двигатель за время движения («скушает топлива»), зависит от очень многих факторов. Ниже рассмотрим основные из них.
Большую роль играют условия движения. Если Вы регулярно ездите по определенному маршруту, то попробуйте примерно подсчитать: сколько оборотов сделал двигатель при прохождении этого пути днем в час пик и ночью, когда дорога свободна, как взлетная полоса. Разница будет существенна.
Очень часто автомобилисты ориентируются на данные производителя автомобиля о расходе топлива на 100 км пути при различных циклах движения. В большинстве случаев эти данные не отражают объективную реальность: они занижены из рекламно-конкурентных соображений автопроизводителей. Например, в «стране Восходящего солнца» движение автомобилей, несмотря на их огромное количество, более равномерное и упорядоченное, так как у них меньше пробок из-за наличия многоуровневых развязок и удобных скоростных магистралей с минимальным количеством светофоров. К тому же в Японии не бывает сильных морозов и гололеда. Замечу, что прогрев замерзшего двигателя до рабочей температуры происходит на повышенных оборотах при обогащенной топливовоздушной смеси, и пробег автомобиля за это время – 0 км.
Исходя из приведенных выше рассуждений, можно предположить, что два автомобиля разных марок, но имеющие одинаковый объем двигателя, должны расходовать одинаковое количество топлива при прохождении определенного участка пути. Но на самом деле расход топлива на участок пути индивидуален для каждого автомобиля. Количество оборотов, которое должен сделать двигатель для прохождения автомобилем участка пути зависит от передаточного числа трансмиссии, то есть от особенностей устройства и работы коробки передач.
Различные автомобили имеют разные коробки передач с разными передаточными числами и программами переключения. Так скоростная стремительная Toyota Camry оснащена коробкой передач с большим передаточным числом, чем у коробки малоразмермого внедорожника RAV-4 с таким же двигателем 3S-FE. То есть, для прохождения определенного участка пути двигатель внедорожника сделает оборотов больше, чем двигатель скоростной легковушки. Вот почему более тяжелые полноприводные машины расходуют объективно больше топлива, чем легкие седаны или универсалы.
Для того, чтобы езда была более экономичной, надо стараться всегда выбирать такой режим движения, при котором двигатель делает как можно меньшее число оборотов. Опытные водители – профессионалы умеют реально экономить топливо, выбирая оптимальный режим движения. Начинающие водители нередко предпочитают ездить на пониженных передачах (так увереннее), не торопясь переключаться на 4-ю или 5-юскорость. Стиль езды «разгон – торможение» тоже не является экономичным. Езда зимой на пониженных передачах из-за гололеда - характерная для нашего климата конкретная причина повышенного расхода топлива. Для того, чтобы разогнать загруженный автомобиль, надо большее время двигаться на пониженных передачах, что естественно, приведет к увеличению расхода топлива.
Аналогичное влияние на расход топлива, зависящий от числа оборотов двигателя, оказывают и другие факторы: недостаточное давление в шинах, неправильно отрегулированные тормоза, замерзшая смазка в узлах трения (зимой, в мороз) и т. п. На увеличение топливного аппетита оказывает влияние рост лобового сопротивления при установке багажника на крышу автомобиля, или при повышении скорости. Самым экономичным является движение со скоростью 70-90 км/ч, т.е. на высшей передаче при невысоком лобовом сопротивлении, которое растет «в квадрате» с увеличением скорости.
Второй, наиболее часто встречающейся, конкретной причиной (после переобогащения смеси), является неправильная работа автоматической коробки передач. Если передачи в АКПП переключаются с пониженных на повышенные с опозданием (затянутое переключение), то двигатель при этом делает «лишние» обороты, неизбежно сжигая близкую к стехиометрической топливовоздушную смесь. Такой дефект, связанный с неправильной работой АКПП, выявить не так просто. Это могут сделать, пожалуй, только опытные специалисты трансмиссионных центров. Существует ряд специальных тестов для профессиональной диагностики коробок-автоматов. Однако,опытные водители сами почувствуют отклонения и некорректности в работе АКПП. К сожалению, ремонт коробок-автоматов нынче дорог.
Есть и другие причины перерасхода топлива. Например, топливо отвратительного качества значительно ухудшает работу двигателя, не способствуя его экономичности и экологичности. Неправильная установка угла опережения зажигания или ремня ГРМ, неполадки в системе зажигания, загрязненные инжектора, забитые воздушные фильтры и ряд других дефектов не лучшим образом влияют на топливную экономичность. Забитый катализатор не дает двигателю развивать высокие обороты, что приводит к необходимости двигаться на низких передачах.
Пониженная рабочая температура двигателя (недогрев) из-за морозов или неправильной работы системы охлаждения, является причиной того, что двигатель работает на повышенных оборотах ,обогащенной смеси и с более низким КПД. Оптимальная рабочая температура современного двигателя 95-100 С. Зимой иногда целесообразно «утеплить» двигатель. Проще всего, для этого вставить картонки перед радиатором.
|
