Расход топлива: с удвоенным аппетитом
Практика явно пытается разойтись с теорией: автомобильные учебники утверждают, что полноприводная машина экономичнее. Это справедливо в первую очередь для моделей, чья трансмиссия построена по классической схеме: постоянный полный привод, соосное расположение валов, идущих к передней и задней осям, межосевой и межколесные дифференциалы, причем они конические, симметричные и свободные. Таким образом, крутящий момент распределяется равномерно на четыре колеса. Впрочем, возможны и схемы с другими типами дифференциалов. Обязательное условие, чтобы теория сработала, – в них не должно возникать дополнительного трения.
Для примера идеально подходит «Шевроле-Нива». Правда, моноприводной версии у нее нет. Не беда, сделаем сами: достаточно отсоединить передний кардан и заблокировать межосевой дифференциал. В этом случае на каждое заднее колесо в пределе пойдет вдвое больший момент. Значит, и сила сопротивления качению выше, – но не в два раза, а пропорционально квадрату подводимого момента. Почему? Из-за большей деформации задних шин и дополнительных потерь в увеличившемся пятне контакта. Вот почему теоретически может повыситься аппетит машин с моноприводом.
Алгоритм расчета расхода топлива для автомобиля с приводом на одну ось и на обе:
1 – вычисляя крутящие моменты на колесах, учитываем коэффициент полезного действия трансмиссии; для заднего привода он чуть выше из-за того, что не работает (заблокирован) межосевой дифференциал;
2 – при расчете силы сопротивления качению учитываем размер, коэффициент сопротивления качению и коэффициент эластичности шин;
3 – из внешней скоростной характеристики узнаем распределение мощности и момента двигателя, а также потребляемое количество топлива;
4 – зная крутящие моменты на колесах и параметры шин, рассчитываем силы сопротивления качению;
5 – работу на преодоление сопротивления качению пересчитываем в расход топлива на 100 км пробега.
А реально – насколько он больше? Произведем расчет для первых трех передач «Нивы»: ездить на высших смысла нет из-за малого крутящего момента на колесах. Посчитав в каждой точке расход топлива, строим кривые. На них видно, что при прочих равных условиях автомобиль с постоянным полным приводом пусть ненамного (максимум примерно на 0,3 л/100 км), но все-таки экономичнее монопривода. Проверить на практике? На полигон!
Теоретические графики расхода топлива для преодоления сопротивления качению автомобиля «Шевроле-Нива» с полным приводом (синий цвет) и моноприводного:
День тестовая «Нива» ездила в обычном полноприводном варианте, другой – со снятым передним карданом и приводом только на заднюю ось. Чтобы минимизировать погрешность измерений, задали суточный пробег 250 км. Водители менялись каждый час.
Честно признаться, в победу теории над практикой никто из нас до конца не верил. Поэтому мы дали науке фору – задали такие режимы движения, в которых наиболее вероятно получить сенсационный результат. В идеале нужно постоянно ехать в моментной зоне (например, плавно разгоняться или штурмовать подъем) и на низших передачах. Но это нереально даже в условиях полигона, не говоря уже о дорогах общего пользования. Приемлемый компромисс: чередовать энергичные, но без пробуксовки разгоны до 70 км/ч (перебирая первую, вторую, третью передачи) с плавными торможениями почти до полной остановки. Напоминает езду по городу, но без остановок на светофорах. Расход определяли методом долива: стартовали с полным баком и в конце дня восполняли запас.
По итогам первого дня средний расход бензина полноприводной машины составил 14,8 л/100 км. На следующий день, лишившись одного кардана, «Нива» съела в среднем 14,2 л на сотню.
У заднеприводного автомобиля выше сила сопротивления качению, поэтому теоретически и расход топлива больше. В действительности ситуация обратная:
Не спешите бросать камни в ученых, якобы желающих привлечь внимание любым способом. Теория работает, но в иных условиях. В нашем случае крутящий момент двигателя и масса автомобиля недостаточно велики, чтобы потери в шинах превысили потери в трансмиссии. Загрузив машину балластом и стравив по доброй атмосфере из каждой шины, мы, возможно, приблизим теоретический результат к практическому, но итог будет неизменным.
Поэтому для рядового водителя аксиома о том, что монопривод экономичнее полного, по-прежнему верна. А для подтверждения обратной теории есть другая, более специфическая техника.
ГДЕ ТЕОРИЯ РАБОТАЕТ?
Вот классический пример полного совпадения теории с практикой. Трехосный «Урал-375» до 1965 года имел несимметричный блокируемый межосевой дифференциал с возможностью подключения передней оси. Затем конструкцию упростили, применив постоянный полный привод. Машина сразу стала экономичнее. Это было заметно уже на асфальте, а при движении по грунту разница в расходе еще больше увеличивалась. Да, с уменьшением количества приводных осей потери в трансмиссии сокращаются, но одновременно растут потери в колесах и падает тяговая способность.
Похожая ситуация с электромобилями, в которых роль приводов играют мотор-колеса. Испытания машины ЛЭТС-500 фирмы «ТЭЭМП» показали, что затраты энергии для полноприводной трансмиссии составляют 87 Вт·ч/т·км против 93 Вт·ч/т·км для моноприводной. Малые механические потери и высокий КПД мотор-колес как раз позволяют экономить в случае полного привода из-за меньших потерь в шинах.