Пять причин, влияющих на расход топлива автомобилем
Пять причин, влияющих на расход топлива автомобилем
Аргоннская национальная лаборатория, исследовательский центр Министерства энергетики США, неожиданно решила рассказать о пяти основных факторах, заметно влияющих на расход топлива автомобилем. Учитывая некоторые из них можно сэкономить пару литров бензина, проехав сто километров. Все факторы хорошо известны почти всем водителям, но повод их в очередной раз вспомнить (а заодно и немного физики) действительно неплохой.
Езда на двух колесах.
Фотография: Wikimedia Commons
Давление паров топлива
Бензин представляет собой смесь легких углеводородов с разной температурой кипения. Чем лучше испаряется топливо, тем быстрее заводится двигатель и тем больше потребляется горючего во время езды. По этой причине производители топлива комбинируют состав топлива для зимы и для лета, смешивая углеводороды с разными температурами кипения. Легкие фракции бензина испаряются быстрее, но при сгорании выделяют меньшее количество энергии. Из-за этого эффективность двигателя снижается, а расход топлива увеличивается.
Поскольку стоимость получения углеводородов с низкой температурой кипения существенно ниже, чем фракций с высокой температурой кипения, производители топлива стараются увеличивать их содержание в горючем.
Зимой бензин с высоким содержанием легких углеводородов позволяет быстрее запускать двигатель. Однако летом такое топливо при высокой температуре воздуха активно испаряется, загрязняя окружающую среду. Уменьшение доли углеводородных соединений с низкой температурой кипения позволяет повысить энергетическую отдачу топлива, а значит улучшить производительность двигателя и снизить расход бензина.
На расход топлива существенно влияет и трение. Исследователи Окриджского подразделения Аргоннской национальной лаборатории провели эксперимент. Они замерили потребление топлива несколькими автомобилями при скорости езды в 80 километров в час. Затем они замеряли расход и при более высоких скоростях. Выяснилось, что увеличение скорости на 16 километров в час уменьшает расстояние, которое можно проехать на одном баке на 12 процентов. Рост скорости еще на 16 километров в час сократит расстояние на 15 процентов.
При езде с постоянным ускорением часть мощности двигателя расходуется на преодоление трения колес о дорогу, причем чем выше скорость, тем больше мощности расходуется. Исследователи подсчитали, что на езду на скорости в 130 километров в час тратится в восемь раз больше мощности двигателя, чем при движении со скоростью в 65 километров в час. Отсюда следует вывод, что чем больше скорость автомобиля, тем больше горючего будет сожжено двигателем.
Лобовое сопротивление
Форма корпуса автомобиля также влияет на расход топлива. Чем более «парусную» автомобиль имеет носовую часть, тем с большим сопротивлением воздуха в движении он будет сталкиваться. Для того, чтобы лучше понять действие лобового сопротивления, достаточно во время езды высунуть руку в окно. Если повернуть ее ладонью перпендикулярно земле, можно почувствовать, как воздух начнет оттягивать ее назад. Сопротивление воздуха уменьшится, если развернуть ладонь параллельно земле.
Сегодня автопроизводители стараются проектировать корпуса автомобилей таким образом, чтобы во время движения они создавали как можно меньшее сопротивление. У машин с наиболее обтекаемыми формами корпуса тратится меньше мощности двигателя на преодоление сопротивления воздуха, а значит расходуется и меньше топлива.
Понятие инерции означает способность какого-либо объекта сохранять свое устойчивость по отношению к внешнему воздействию. Инерция зависит от массы объекта. На практике это означает, что чем тяжелее автомобиль, тем сложнее двигателю его разогнать и тем медленнее машина будет останавливаться после того, как водитель уберет ногу с педали газа. При этом интенсивность разгона также влияет на расход мощности двигателя.
Чем быстрее нужно разогнать тяжелый автомобиль, тем больше будет тратиться топлива на поддержание необходимой для этого мощности двигателя. Если водитель хочет сэкономить, то трогаться на светофоре ему нужно как можно плавнее. Разгон не будет «спортивным», но и топлива потратится меньше. После же разгона не стоит давить педаль газа до следующего светофора. Можно приотпустить или вовсе отпустить педаль — автомобиль продолжит двигаться по инерции чуть-чуть замедляясь. Топливо же будет тратиться только на поддержание работы двигателя.
Сопротивление качению
Помимо трения шин о дорожное полотно, существует внутреннее сопротивление колеса качению. Чем больше спущено колесо, тем больше требуется мощности двигателя на преодоление сопротивления, и наоборот. Идеальное с точки зрения топливной эффективности — абсолютно твердое колесо. Однако при разработке шин необходимо учитывать и комбинировать несколько факторов. Например, твердое колесо из-за низкого сопротивления хуже тормозит, но замечательно передает вибрации на подвеску.
Производители рассчитывают жесткость резины для колес в зависимости от типа автомобиля, на который они будут установлены. На спортивные машины ставится более жесткая резина, поскольку в ней минимально сопротивление качению. Это означает, что двигатель машины потратит меньше энергии на преодоление сопротивления качения и автомобиль разгонится быстрее. Для обычных автомобилей резина используется более мягкая — она позволяет гасить часть вибраций, но при этом имеет небольшое сопротивление качению.
Чтобы снизить потребление топлива, водителям стоит соблюдать рекомендации производителя машины по типам шин и давлению в них — чем выше давление, тем жестче колесо.
Помимо основных пяти факторов, влияющих на расход топлива, Аргоннская национальная лаборатория назвала еще один. Это — температура окружающего воздуха. В жару водители как правило включают кондиционеры (если, конечно, их автомобили оборудованы такими системами), повышая тем самым расход горючего. Дело в том, что на работу кондиционера также расходуется часть мощности двигателя, поскольку он приводит в движение основные агрегаты этого устройства.
Исследователи Аргоннской национальной лаборатории отметили, что если нет возможности отказаться от использования кондиционера, то стоит хотя бы выключать его при необходимости резкого разгона. Высвобожденная выключенным кондиционером мощность может оказаться очень кстати.
Падающий спрос: почему автотранспорт будет потреблять все меньше топлива
В последнее десятилетие наблюдается отчетливое снижение доли нефтепродуктов в секторе дорожного транспорта. Это вызвано двумя основными факторами: ростом топливной эффективности транспортных средств и развитием альтернативных источников энергии, главным образом — биотоплива, природного газа и электричества. Как показал анализ, проведенный Энергетическим центром бизнес-школы «Сколково», каждый из этих компонентов вносит свой вклад в «откусывание» доли рынка у нефтяного топлива. Однако на альтернативные источники приходится лишь 25% всего сокращения потенциальной потребности в нефтяном топливе к 2040 году, а на повышение эффективности двигателей внутреннего сгорания (ДВС) — 75%.
Автомобили на ДВС
Топливная эффективность современного автомобиля значительно улучшилась за последние 40 лет. На примере семи поколений Volkswagen Golf видно, что при росте мощности и массы в среднем в полтора раза потребление топлива в пересчете на лошадиные силы и массу снизилось на 40%. А для мира в целом такой же показатель был достигнут за 25 лет. За период 1990–2015 годов средний расход топлива у нового легкового автомобиля сократился с 11 до 8 л на 100 км пробега.
Однако, несмотря на столь впечатляющие успехи, КПД автомобиля с ДВС по-прежнему невысок — 17–20%, что оставляет огромный потенциал для усовершенствований в этой области. Масштабное применение новых технологий в автомобилестроении может увеличить суммарную топливную эффективность еще на 50–60%, что приведет к снижению расхода топлива на новом легковом автомобиле до 4 л на 100 км в среднем. Любопытный факт: сейчас на самом современном дизельном автомобиле класса С уже можно проехать около 1500 км на одном баке, что практически соразмерно поездке из Москвы в Санкт-Петербург и обратно. Главным вопросом остается скорость распространения этих технологий на большую часть производимых автомобилей.
Электромобили
По данным Международного энергетического агентства (МЭА), число электромобилей в мире за последние шесть лет выросло в 30 раз и достигло отметки 2 млн. При этом электромобили обладают рядом преимуществ перед традиционными машинами:
— электричество может быть произведено из различных источников энергии, включая возобновляемые;
— электродвигатели обладают гораздо большим КПД, чем ДВС;
— инфраструктура для их зарядки безопаснее и дешевле по сравнению с обычными АЗС;
— отсутствие выбросов CO2.
Бурный рост числа электромобилей в последние годы был обусловлен прогрессом в области производства аккумуляторных батарей (их стоимость за шесть лет в среднем снизилась в 3,7 раза, с $830 до $230 за 1 кВт·ч), а также активной государственной поддержкой в ряде стран и регионов, например в Китае, США, Европе и Японии. Субсидии, которые выплачивались в этих странах при покупке электромобиля, если и не делали его полностью конкурентоспособным с традиционными автомобилями, то по крайней мере существенно удешевляли.
Однако, несмотря на субсидии и значительный технический прогресс, для обеспечения реальной конкурентоспособности электромобилей необходимо дальнейшее существенное снижение затрат на батареи, поскольку именно на них приходится 70–90% от стоимости электромобиля. Согласно оценкам Энергетического центра бизнес-школы «Сколково», стоимость батарей должна снизиться в полтора-два раза, чтобы они стали конкурентоспособными без субсидий. Примерно такие же оценки дает McKinsey: стоимость батарей должна снизиться до $100 за 1 кВт·ч. Стоит отметить, что компании Tesla и General Motors объявили, что до 2025 года они снизят стоимость аккумуляторов более чем в два раза, как раз до $100 за 1 кВт·ч. А широкого развития данной технологии можно ожидать к 2030–2040 годам.
Еще одним важным фактором, определяющим скорость распространения электромобилей, является зарядная инфраструктура. По данным МЭА, в 2016 году в мире насчитывалось более 2 млн частных и более 300 тыс. общественных зарядных станций, из которых станций быстрой зарядки было всего 110 тыс. Отсутствие достаточного количества станций, обеспечивающих быструю зарядку, замедляет развитие рынка электромобилей. Более того, по сравнению со временем заправки традиционного ДВС (пять минут, включая оплату), быстрая зарядка электромобиля все равно намного медленнее (от 15 до 30 минут, в зависимости от мощности батареи электромобиля). Столь долгое для современного ритма жизни ожидание потребует изменения конфигурации заправочных станций: как минимум их расширения для сохранения пропускной способности на уровне традиционных АЗС, а как максимум ожидающих людей надо будет чем-то занять. Все это увеличит стоимость электрозаправочных комплексов.
Стоит отметить, что Россию «электромобильная лихорадка» пока толком не затронула. По данным «Автостата», в конце 2016 года электромобилей в стране было всего около 700 штук. Это связано в целом с дороговизной электрокаров, неразвитой заправочной инфраструктурой и отсутствием активной государственной поддержки.
Индустрия электромобилей не сможет демонстрировать равномерный рост во всем мире — скорее они будут распространяться в нескольких странах и регионах, где снижение издержек будет сопровождаться сильной господдержкой и развитием заправочной инфраструктуры — в Европе, Китае и США.
Автомобили на газе
Количество автомобилей на газовом топливе достигло уже 23 млн, однако более 80% из них сосредоточено всего в шести странах: Китае, Иране, Пакистане, Аргентине, Бразилии и Индии. Среди причин, по которым легковые автомобили на природном газе не получили широкого распространения по всему миру, можно выделить следующие:
— их стоимость и техническое обслуживание зачастую выше, чем у дизельных и бензиновых автомобилей;
— пробег на одном баке у автомобиля на газовом топливе обычно меньше, чем у сопоставимых транспортных средств из-за более низкой энергетической плотности природного газа;
— КПД «от бака до колес» автомобиля на природном газе примерно соответствует КПД автомобиля на бензине или дизельном топливе, притом что сжигание газа на электростанции и последующее использование его для электромобилей может поднять топливную эффективность газа в два раза;
— построить газовую автозаправочную станцию сложнее и дороже, чем обычную АЗС или зарядную станцию для электромобилей (около $0,8–1 млн против $0,3–0,5 млн и $0,1–0,2 млн соответственно).
В России главным сдерживающим фактором для газовых автомобилей является крайне ограниченное количество заправочных станций — в 2016 году их насчитывалось всего около 400 штук на всю страну. Однако тут перспективы более оптимистичные: Россия обеспечена природным газом, переоборудование автомобиля или покупка готового не так сильно бьет по карману потребителя, и поездка на газовом автомобиле обойдется почти в два раза дешевле, чем на бензиновом. Поэтому дальнейшее развитие заправочной инфраструктуры, а также, например, запуск конвейерного производства газового авто, как это было сделано в Иране, вполне в состоянии сделать газовые двигатели более привлекательными.
«Век нефти» продолжается
Если текущие тренды в области развития топливной эффективности и распространения транспорта на альтернативных источниках энергии будут и дальше развиваться, то есть экономия топлива на традиционных ДВС увеличится на 50%, автомобили на природном газе останутся потребительским выбором лишь в некоторых странах, а электромобили к 2030–2040 годам сравняются по стоимости с бензиновыми и дизельными, то к 2040 году можно ожидать, что доля природного газа и электричества в структуре энергопотребления дорожного транспорта станет уже вполне весомой. Наши расчеты показывают, что она превысит 15%. Это действительно очень много по сравнению с сегодняшними 5%, хотя все еще недостаточно для заявлений об окончании «века нефти».
Таким образом, нефтяное топливо останется доминирующим в автомобильных перевозках, однако повышение эффективности ДВС в сочетании с ростом использования альтернативных источников и соответствующее снижение потенциального спроса на нефтепродукты в долгосрочной перспективе могут быть весьма значительными. По оценкам Энергетического центра бизнес-школы «Сколково», к 2030 году «упущенный» за счет этих факторов спрос на нефтепродукты может составить порядка 470 млн т нефтяного эквивалента (н.э.), что соразмерно с добычей целых регионов (например, столько нефти производили вся Африка или Южная Америка в 2015 году), а к 2040 году потеря потенциального рынка для производителей нефти может достичь уже 750 млн т н.э. — это колоссальные объемы, равные совокупной добыче США и Канады в 2015 году.
Экономия топлива. Как снизить расход топлива?
Товар по теме:
Моющая присадка в бензин «SGA (СГА)»
Очищает и смазывает топливные насосы и форсунки, продлевает ресурс. Улучшает впрыск, что снижает расход топлива и повышает динамичность. Годится для любых бензиновых систем, включая TFSI, TSI, GDI, MDI.
Статистические исследования закономерностей экономической составляющей эксплуатации легкового автотранспорта показывают, что эксплуатационные расходы, включающие затраты на топливо, смазочное масло, техническое обслуживание и ремонты, за период эксплуатации до назначенного капитального ремонта в 1,5 – 2 раза превышают стоимость нового автомобиля, независимо от класса и производителя. Эксплуатационные расходы превышают стоимость автомобиля с пробегом уже в 4 – 6 раз, и не только из-за снижения цены в 2 раза, но и по причине повышенных расходов ГСМ, запасных частей и более частого обслуживания. Причем 70 – 80 % всех эксплуатационных расходов составляет стоимость топлива.
Динамика расхода топлива и масла в процессе эксплуатации
Так, например, топливные расходы отечественного автомобиля с объемом двигателя 1,5 – 1,6 литра за период пробега 150 тыс. км составляют 470 – 500 тыс. рублей при цене литра 92-го 35 рублей. А топливные расходы иномарки аналогичного объема двигателя за период пробега 300 тыс. км составляют 1100 – 1150 тыс. рублей при цене литра 95-го 38 рублей. И это еще без учета ухудшения состояния двигателя, сопровождающееся повышением расхода топлива на 10 – 15 %, а при наличии неисправностей – и до 30 %.
После проведения качественного капитального ремонта топливная экономичность восстанавливается до номинальной. Зависимость топливо расход и масла на угар обычно подчиняется степенной зависимости, представлено на рисунке 1. Эти зависимости от пробега представлены в относительном виде, где единице соответствуют номинальные значения расходов, определенные заводом изготовителем техники.
Рис. 1
Как видно из графика, расход топлива за период пробега до капитального ремонта может увеличится более чем на 10 %, причем темпы роста расхода топлива снижаются.
Это объясняется достаточно широким диапазоном условий нормального процесса горения топлива. В то же время темпы роста расхода масла на угар с наработкой все время увеличиваются.
Это связано с тем, что износ маслосъемных колец приводит к все большему угару масла, а следовательно все большим накоплением нагара, который и является источником абразивного изнашивания ЦПГ. Собственно, многократное увеличение расхода масла на угар и снижение пусковых характеристик двигателя (значительное снижение компрессии) и являются основной причиной проведения капитального ремонта. Хотя, как мы видели выше, наиболее значимым экономическим фактором все же является расход топлива.
Факторы увеличения расхода топлива
Всем известно, что расход топлива зависит от большого числа факторов. Без учета скорости движения их можно разделить на временные и долговременные факторы. К временным факторам относятся:
- обкатка ДВС (выше номинала на 5 – 10 %);
- климатические условия – низкая температура, снежный покров (выше номинала на 10 – 30 %);
- движение в «пробках» (выше номинала на 5 – 15 %);
- не оптимальное состояние ходовой части – давление в шинах (выше номинала на 5 – 10 %);
- буксировка (выше номинала на 15 – 50 %);
- спортивная езда (выше номинала на 20 – 100 %);
- другие – состояние дороги, высота над уровнем моря, встречный ветер, частота остановок – разгонов, полный вес автомобиля, качество топлива, работа кондиционера и т.д.
Эффективный расход топлива бензинового двигателя
В основе работы автомобильного двигателя внутреннего сгорания лежит закон о тепловой энергии, ее преобразования в механическую. Как известно, тепловая энергия не возникает ни откуда, ей необходим источник. Для двигателя – это топливо, для движения автомобиля необходима топливно-воздушная смесь (более серьезно углубляться не будем). Вряд ли найдется хотя бы один автолюбитель, которые никогда не задавал себе вопрос – а не слишком ли много бензина уходит и как снизить расход. Большинство автолюбителей, заливая очередную порцию в бак, обнуляют показания счетчика и пытаются выяснить, сколько съедает двигатель за сотню, а затем сравнивает с показателями сервисной книжки. Если показания совпадают, то автолюбитель спит спокойно, но случается такое довольно редко. Особенно остро проблема встает на фоне растущих цен на бензин. Виной увеличенному расходу может быть и некачественный бензин, к примеру, переобогащенный, но в это статье хотелось бы поговорить о факторах, которые напрямую зависят от автоводителя.
Прежде всего, хочется отметить, все, о чем будет идти речь в этой статье, относится исключительно к исправному автомобилю. За стандартный расход топлива мы будем принимать норму, установленную заводом-изготовителем. Очень сложно найти автомобиль, который бы в городских условиях потреблял строго установленную норму.
А хотелось бы, а еще лучше, если будет меньше. Над экономичностью автомобиля работают конструкторы всех автозаводов, только представьте себе автомобиль, который почти не потребляет бензин. Мечта! Я бы себе такой купил. Вы думаю тоже. Автогиганты также прекрасно понимают, что уменьшенный расход топлива может существенно повлиять на увеличение продаж таких автомобилей. Поэтому работают в этом направлении все. Современные иномарки «кушают» бензин уже на порядок меньше, чем автомобили предыдущего поколения.
Ну что ж, начнем. Никогда не замечали, что Ваш друг, который ездит на таком же автомобиле и приблизительно столько же, сколько и Вы, потребляет меньше бензина? Доказано – от стиля вождения напрямую зависит и расход топлива. Чем более равномерна скорость движения, тем меньше потребление. Резкие разгоны, торможения – все это имеет отражение на Вашем кошельке в том числе. Общее правило – не газуй, когда это не нужно! Чем плавнее разгон – тем эффективнее потребление топлива. При резком старте мгновенный расход увеличивается в несколько раз от номинального. Особенно это актуально для автомобилей с автоматической коробкой передач — электроника задерживает переключение на высшую передачу, и топливо вылетает в трубу в прямом и переносном смысле.
Но опять же не надо впадать в крайности: следует лишь избегать при возможности таких ситуаций. Для того чтобы езда была более экономичной, постарайтесь выбирать такой режим движения, при котором двигатель делает как можно меньшее число оборотов. Опытные водители – профессионалы умеют реально экономить топливо лишь благодаря оптимальному режиму движения.
Также специалисты советуют, плавно начав движение, оптимально набрать скорость. Ведь чем выше передача, тем меньше ходов совершают поршни. Если перед Вами препятствие, постарайтесь плавно снизить скорость, а не резко давить на тормоз. Переключая передачи, не жмите на педаль сцепления больше, чем требуется, иначе в двигатель поступит избыточное количество топлива. Также говорят, что положительно на расход топлива влияет инерция движения – если на светофоре горит красный, то сбросьте газ и подкатитесь, тормозя двигателем, а не давите на педаль тормоза. Хотелось бы написать – избегайте пробок, но по опыту, это сложно выполнимо. А вот если есть возможность проложить маршрут по асфальтированным дорогам, а не по песчаным, проселочным, то сделайте это. Короткий путь не всегда может оказаться самым экономичным – иногда лучше ехать по длинному маршруту, то более равномерно.
Бытует мнение, что самая экономичная езда при скорости 80-90 км/ч, но это верно лишь для езды по загородным магистралям. Лучше ориентироваться на эффективный удельный расход топлива. Эффективный удельный расход топлива – количество горючего необходимое для получения одной лошадиной силы в час. Наименьшей величины для бензинового двигателя этот показатель достигает при 2800-3500 оборотов в минуту. Ориентируйтесь на эти показатели при разгоне, достигли – едьте.
Общее правило – заложенный расход топлива достигается при максимальных оборотах (узнать их можно из сервисной книжки). Также есть мнение, что при длительном движении на пониженных передачах расход топлива увеличивается. Исключение – при преодолении крутого подъема рекомендуется ехать на пониженной передаче, причина — тот же эффективный удельный расход.
