Конкурентоспособность автомобиля и удельная мощность его двигателя

Ни для кого не является секретом, что борьба на рынках сбыта грузовых автомобилей в последние годы имеет тенденцию только обостряться. И победу одержит тот игрок на рынке, который предложит потребителю конкурентоспособный товар с оптимальным соотношением «це-на/качество». Понятие «конкурентоспособность» применительно к продукции автомобильной промышленности весьма многогранно. Не будем подробно останавливаться на всех аспектах этого явления. Затронем только наиболее важные составляющие этой категории, а именно показатели тяговоскоростных свойств и топливной экономичности авто-транспортных средств (АТС) в различных условиях движения.

05__________________________________1.jpg

Очевидно, что именно эти свойства определяют эффективность автомобиля у потребителя. Так, скоростные свойства, характеризуемые динамику грузо-вика, в конечном счете формируют его среднетехническую скорость. Топливная же экономичность говорит сама за себя и дополни-тельных комментариев не требует.

При проектировании новых моделей автотранспортных средств (АТС) и при модернизации выпускаемой продукции одной из главнейших задач конструктора является выбор двигателя, характеристики которого в наибольшей степени удовлетворяли бы все возрастающие требования потребителя по уровню экологических параметров, скоростных свойств и топливной экономичности.

В процессе решения вопроса о выборе параметров двигателя должны учитываться не только конструктивные параметры АТС. Основными из них являются: полная масса, распределение нагрузки по осям, передаточные числа главной передачи и ступеней механической коробки передач, коэффициенты сопротивления качению шин и воздуха, потери в трансмиссии и т. д. При этом не должны остаться без внимания условия эксплуатации, определяемые пересеченностью маршрута, плотностью транспортного потока, действующими ограничениями на маршруте и ряд других факто-ров.

Согласование и оптимизация перечисленных параметров и факторов, направленные на повышение потребительских свойств АТС, обычно проводятся с использованием экспериментальных, расчетных или расчетно-экспериментальных методов. Не-смотря на многообразие методов и богатый жизненный опыт, и среди теоретиков — ученых и конструкторов, и среди практиков, то есть руководителей автотранспортных предприятий и даже простых водителей, до сих пор бытует мнение о превосходстве над другими параметрами такого фактора, как удельная мощность. Определяется она отношением максимальной мощности к полной массе АТС. Считается, что именно удельная мощность в наибольшей степени «несет ответственность» за эффективность автомобиля и его конкурентоспособность. Но так ли это? Посмотрим.

Необходимость повышения конкурентоспособности и продвижения нового продукта на рынках сбыта в России, странах СНГ и ближнего и дальнего зарубежья потребовала от подразделений ОАО «КамАЗ» разработки и внедрения семейства двигателей КамАЗ, удовлетворяющих требованиям стандартов EURO-1 (двигатель 740.13-260) и EURO-2 (740.30-260). Применение указанных двигателей в конструкции автомобилей-самосвалов КамАЗ-65115 привело к необходимости доработки (усиления) ходовой части и трансмиссии, а также к реализации ряда других конструкторско-технологических мероприятий.

С целью оценки эффективности конструкторских решений была разработана и реализована программа сравнительных испытаний автомобилей КамАЗ-65115, оборудованных указанными двигателями одной и той же мощностью 191кВт. А так как полные массы АТС идентичны, то одинакова и удельная мощность данных грузовиков. В чем же отличия? Давайте изучать.

Объекты исследований

В качестве объектов исследований использовались три автомобиля КамАЗ-65115 полной массой 25200 кг грузоподъемностью 15 т. Первый из них оборудован двигателем 7403.10 (EURO-0) номинальной мощностью 191 кВт при 2600 об/мин и максимальным крутящим моментом 810 Н·м при 1600 об/мин. Коробка передач — десяти-ступенчатая модели 152. Передаточное отношение главной передачи i0 = 6,53.

На втором автомобиле установлен двигатель 740.13-260 (EURO-1) номинальной мощностью 191 кВт при 2200 об/мин и максимальным крутящим моментом 950 Н·м при 1500 об/мин в сочетании с десятиступенчатой коробкой передач модели 152 и главной передачей с передаточным отношением i0 = 5,43.

Третий автомобиль оборудован двигателем 740.30-260 (EURO-2) номинальной мощностью 191 кВт при 2200 об/мин и максимальным крутящим моментом 1100 Н·м при 1400 об/мин в сочетании с ко-робкой передач модели 152 и главной передачей с передаточным отношением i0 = 5,43. На двух последних автомобилях (как вариант) устанавливались главные передачи с передаточным отношением i0 = 5,94.

На всех трех автомобилях поочередно устанавливались шины моде-лей И-68А производства ОАО «Нижнекамск-шина» и шины 11.00R20 фирмы “Michelin”. Изложим в общих чертах методику проведения сравнительных испытаний.

Методика проведения сравнительных Испытаний

Перед проведением испытаний была выполнена проверка и регулировка параметров различных систем и агрегатов всех трех двигателей и трех автомобилей на соответствие требованиям технических условий и другой нормативно-технической документации. Эти мероприятия обеспечивают идентичность суммарных сил сопротивления движению АТС и составляющих силового баланса на горизонтальной дороге.

Сравнительные испытания по оценке влияния характеристик двигателей, параметров трансмиссии и шин раз-личных моделей на показатели скоростных свойств и топливной экономичности, тяговые характеристики и эксплуатационные показатели АТС проводились в следующих режимах движения.

1. Режим «разгон — выбег».

В этом случае автомобиль на прямолинейном горизонтальном участке дороги протяженностью 4…5 км раз-гоняется с места при полной подаче топлива с последовательным переключением передач. Разгон выполняется от нулевой до максимальной скорости. Регистрируются время разгона Т (с) до заданной скорости или на заданном отрезке пути, а также максимальная скорость Vmax и условная максимальная скорость Vmax усл (км/ч), определяемая как средняя скорость прохождения отрезка пути от 1600 до 2000 м. После этого двигатель отсоединяется от трансмиссии и автомобиль движется накатом с выключенной передачей (выбег) до полной остановки. Обработка экспериментальной зависимости скорости от времени V = V(t) при выбеге позволяет определить суммарную силу (и суммарную мощность) сопротивления движению с использованием экспериментальной величины замедления.

2. Режим установившегося движения.

АТС движется по прямолинейному горизонтальному участку дороги с заданной скоростью в интервале от 40 до 90 км/ч на высшей ступени трансмиссии через 10 км/ч в противоположных направлениях. При этом с помощью соответствующего оборудования регистрируются скорость движения V (км/ч) и путевой расход топлива Q (л/100 км).

3. Эксплуатационные режимы.

АТС движется по типизированному магистральному или горному маршрутам автополигона с соблюдением действующих на этом маршруте ограничений по скорости. Протяженность магистрального маршрута составляет 59,5 км, горного — 19,5 км. Во время заездов непрерывно регистрируются время прохождения маршрута, его протяженность и количество израсходованного при этом топлива. Это позволяет определить эксплуатационные показатели в различных условиях движения.

4. Движение на подъемах малой крутизны.

Движение АТС на подъемах крутизной 4, 6, 8 и 10% с одинаковой скоростью в начале каждого из подъемов на различных ступенях трансмиссии дает возможность определить производительность транспортного средства в этих условиях работы по выражению E = mг Vср / Qср где: Е — производительность АТС, выражаемая в про-центах; mг – грузоподъемность, т; Vср — средняя скорость (км/ч); Qср —путевой расход топлива (л/100 км).

5. Оценка топливного баланса АТС.

Оценка топливного баланса транспортного средства проводится с использованием величин суммарной мощности сопротивления движению, путевого рас-хода топлива и составляющих силового и мощностного балансов, которые определяют-ся по оригинальным методикам. Указанные методики ввиду их большого объема в данной статье не излагаются. Отметим лишь, что топливный баланс рассчитывается на основе силового. Некоторые из составляющих силового баланса — аэродинамическое сопротивление, потери в шинах и трансмиссии — определяются непосредственно на автомобиле. Затраты же на привод вспомогательного оборудования (вентилятор, генератор, насос гидроусилителя руля и т. д.) и передачу крутящего момента заимствуются у производите-ля навесного оборудования или регистрируются в процессе испытаний на специальных стендах.

Результаты испытаний

Результаты испытаний по оценке влияния исследуемых конструктивных параметров двигателей и автомобилей на скоростные свойства и топливную экономичность (табл. 1—4) и результаты расчетов топливного баланса дают основание сделать следующие выводы:
— применение двигателя 740.13-260 в сочетании с главной передачей i0 = 5,43 позволяет улучшить скоростные свойства автомобиля КамАЗ-65115 на 1,0…6,0% в сравнении с двигателем 7403.10;
— установка двигателя 740.30-260 обеспечивает улучшение скоростных свойств автомобиля на 1,1…3,6% по сравнению с автомобилем, оборудованным двигателем 740.13-260;
— применение шин “Michelin” улучшает скоростные свойства на 1,5…4,1% в сравнении с шинами И-68А и топливную экономичность в режиме установившегося движения на 11,5%;
— осредненный расход топлива автомобиля с двигателем 740.30-260 (EURO-2) на 3,3…5,2% меньше, чем с двигателем 740.13-260 (EURO-1) и на 11,4% меньше, чем с двигателем 7403.10 (EURO-0);
— производительность автомобиля с двигателем 740.30-260 (EURO-2, i0 = 5,94) на 4,1% выше, чем автомобиля с двигателем 740.13-260 (EURO-1) и на 7,1% выше, чем с двигателем 7403.10 (EURO-0) на магистральном маршруте; на горном маршруте преимущества двигателя 740.30-260 (EURO-2) сохраняются;
— наиболее ярко преимущества автомобиля с двигателем 740.30-260 (EURO-2) проявляются на подъемах малой крутизны, причем чем круче подъем, тем выше выигрыш от применения указанного двигателя в сравнении с двигателем 7403.10 (EURO-0);
— затраты топлива на преодоление потерь в шинах И-68А составляют от 18,1 до 20,4 л/100 км, в шинах “Michelin” — от 12,2 до 12,4 л/100 км, то есть на 5,9…8,0 л/100 км меньше;
— затраты топлива на преодоление сопротивления воздуха изменяются от 4,5 до 15,0 л/100 км в интервале скоростей от 50 до 90 км/ч;
— на преодоление потерь в агрегатах трансмиссии расходуется 4,8…6,2 л/100 км.

Теперь мы видим, что автомобили с двигателями одинаковой номинальной мощности (и одинаковой удельной мощности!) обладают совершенно разными потребительскими качествами. Поэтому при выборе модели автомобиля потребитель дол-жен отдавать предпочтение той, у которой выше максимальный крутящий момент. А удельная мощность не всегда однозначно характеризует конкурентоспособность.

Другая важная рекомендация для покупателя касается применения импортных шин. Их эффективность по сравнению с отечественными достаточно высока на дорогах с твердым покрытием и практически равна нулю в тяжелых условиях (типа рассмотренного выше горного маршрута). Здесь гораздо важнее характеристика двигателя, а точнее — величина максимального крутящего момента, а не удельная мощность. Полученные результаты испытаний по определению топливных балансов АТС наглядно показывают резервы повышения топливной экономичности автомобилей КамАЗ полной массой 25…26 т.

Так, реально достижимое снижение потребления топлива на преодоление потерь в шинах на 3…4 л/100 км, на преодоление сопротивления воздушной среды на 1,5…2,0 л/100 км и в трансмиссии на 1,0…1,5 л/100 км позволит уменьшить суммарный расход топлива на 5,5…7,5 л/100 км. Это касается режимов установившегося движения по горизонтальной дороге. В условиях реальной эксплуатации реализация перечисленных мероприятий позволит экономить не менее 3…4 л/100 км, то есть уменьшить эксплуатационный расход топлива с 41…42 л/100 км до 38,0 л/100 км (на 7,3…9,5%).

Дальнейшего повышения показателей топливной экономичности, производительности и конкурентоспособности автомобилей КамАЗ можно добиться:
— за счет уменьшения минимальных удельных расходов топлива по внешней скоростной характеристике двигателя от существующих значений 210 г/кВт ч до 190 г/кВт ч, данное мероприятие позволит уменьшить эксплуатационный расход топлива на 5,0…6,0%;
— путем дальнейшей оптимизации характеристик двигателя и параметров трансмиссии, что обеспечит эксплуатацию двигателя в экономичной зоне и уменьшение расхода топлива на 7…8%;
— автоматизацией управления двигателем и трансмиссией, что приведет к дальнейшему повышению топливной экономичности на 4…5%;
— уменьшением потерь на привод вспомогательного оборудования; данное мероприятие обеспечит уменьшение расходов топлива на 1,5…2,0%.

Таким образом, реализация указанных конструкторских решений в ближайшем будущем позволит улучшить топливную экономичность автомобилей КамАЗ полной массой 25,2 т еще на 16,5…21,0%, что приведет к снижению эксплуатационного расхода топлива до 32…33 л/100 км. А это уже серьезная заявка на повышение конкурентоспособности отечественных автомобилей. Над разработкой и воплощением намеченных направлений в настоящее время занимается ряд конструкторских и исследовательских подразделений КамАЗа.

В заключение хотелось бы несколько слов сказать о том, что применение двигателей КамАЗ 740.30-260 оказалось эффективным и на других моделях автомобилей.

Комментарии пользователей

Извините, но у Вас не достаточно прав для добавления комментария.

Авторизация