Чем отличается удельный расход топлива от расхода в литрах на 100 км? Можно ли одно согласовать с другим? Как экономичней ездить?

Сожженное топливо – неизбежная плата за пользование автомобилем. Европейцу сложно понять нашу тягу к огромным прожорливым вседорожникам. А что непонятного? У нас такой автомобиль – посыл окружающим: я успешен! Но большинству расход топлива все-таки небезразличен. Он не просто дырявит карман, а все настойчивее с каждым годом! Есть ли способы хоть немного заштопать прореху?
Однажды мой сосед, вычитав, что минимальный удельный расход бензина у его ласточки получается при оборотах около 3700, пришел с жалобой: «Это же скорость больше 120 км/ч! У меня при такой меньше 7,5 л на сотню не получается…».
Товарищ не понимает! Удельный расход топлива на стенде в г/кВт.ч и расход топлива автомобилем в л/100 км – разные параметры, связь между ними есть, но сложная. При испытаниях двигателя на стенде можно в широких пределах менять его обороты и нагрузку, определяя зависимость крутящего момента, мощности и удельного расхода топлива от оборотов при фиксированных положениях дросселя (рис. 1). Полностью открытому дросселю соответствует внешняя скоростная характеристика (кривая 1 эффективной мощности Ne). Кривые 2 и 3 получены при частично открытом дросселе. Удельный же расход ge (кривые 1*, 2*, 3*) показывает, сколько топлива уходит на единицу эффективной мощности двигателя в течение часа при разных положениях дросселя. Наименьший удельный расход получается при полностью открытом дросселе и оборотах, соответствующих примерно максимуму крутящего момента (кривая 1*). Прикрывая дроссель, получают частичные скоростные характеристики (2*, 3*), – наполнение цилиндров ухудшается, максимум мощности смещается к меньшим оборотам, на каждый киловатт-час уходит больше топлива.
Но главное, в чем сосед ошибся, касается скорости. Реальный автомобиль при полностью открытом дросселе разгоняется, пока не достигнет максимальной скорости. Взгляните на рис. 2. Для авто полной массой 1500 кг при плотности воздуха 1,25 кг/м3, лобовой проекции S = 1,87 м2 и Cx = 0,32 лишь при скорости 90 км/ч и выше аэродинамика «главнее» упрямых шин. Сосед ссылался на обороты 3700 в минуту. Мощность двигателя его «Лады» в это мгновение составляет около 51 кВт – точка на линии 1 графика. В трансмиссии теряется 15% мощности, и к ведущим колесам приходит около 43,3 кВт – точка на линии 2. А сопротивление шин и аэродинамика при 120 км/ч берут на себя всего около 23 кВт – точка на линии 3. «Лишние» 20,3 кВт пойдут на разгон машины.
А как ее удержать в этом режиме? Способ известен неутомимым дачникам (линия 3*). Если водрузить на верхний багажник шкаф или диван, аэродинамику можно испортить так, что машина быстрее и не поедет: дроссель открыт, а скорость всего 120. Удельный расход, положим, невысок – 0,3 кг/кВт.ч. Но если его умножить на 51 кВт, получим 15,3 кг бензина в час, то есть около 20,4 л. Это – на 120 км пробега. А на сотню – 17 л. Так что сам по себе невысокий удельный расход вовсе не синоним экономичной езды по дорогам.
Для равномерного движения по горизонтальной дороге мощность на колесах должна компенсировать сопротивление шин и воздуха. Первое почти не зависит от скорости; можно считать, что затрачиваемая на него мощность линейно зависит от роста скорости (линия 4). Сила же сопротивления воздуха пропорциональна квадрату скорости, а мощность – кубу!
Если на этой машине ехать со скоростью 50 км/ч, то на сопротивление шин (221 Н) за один час двигатель потратит 3,069 кВт.ч. Увеличим скорость до 100 км/ч. Мощность составит 6,139 кВт, но время в пути сократится до получаса – и наработанные киловатт-часы останутся прежними. Что касается аэродинамики, то работа двигателя на этом же пути – сначала при скорости 50 км/ч, а затем при 100 км/ч – далеко не одинакова: мощность в первом заезде составит всего 1 кВт, а во втором – 8 кВт. Но время во втором заезде вдвое меньше, а значит, в первом заезде мотор наработал 1 кВт.ч, во втором – 4 кВт.ч. Учтя потери в шинах, получим в первом заезде 4,069 кВт.ч, а во втором – 7,069 кВт.ч.
Как видите, аэродинамические потери карают прежде всего любителей скорости, а потому не стоит возить на крыше то, что уместится в салоне. Но и передвигаться, как на сонных быках, не стоит. А поедем-ка по правилам! При 90–100 км/ч влияние аэродинамики не столь велико, чтобы, сэкономив совсем немного топлива, тащиться раза в два дольше, еще и создавая помехи другим водителям. Важная статья перерасхода – бессмысленные светофорные гонки, ненужные обгоны с торможениями. На автомобиле-гибриде эти потери удается частично вернуть, но все-таки большинство из нас ездит на обычных авто.


  Рис. 1. Зависимость эффективной мощности (кривые 1, 2, 3) и удельного расхода топлива (кривые 1*, 2*, 3*) от оборотов коленвала и степени открытия дросселя.
Здесь 1, 1* – показатели при полностью открытом дросселе, 2, 2*, 3, 3* – при других его положениях.

  Рис. 2. Баланс мощностей – это просто! Здесь 1 – внешняя скоростная характеристика двигателя (дроссель полностью открыт),
2 – эффективная мощность двигателя на ведущих колесах; 3 – суммарная мощность, теряемая на аэродинамику и качение шин;
3* – то же при условии резкого роста потерь на аэродинамику;
4 – мощность, затрачиваемая на качение шин. При скорости 120 км/ч и полностью открытом дросселе избыточная мощность на ведущих колесах составляет в нашем примере 20,3 кВт.