Когда люди говорят об экономии денег на заправке, постоянно возникают слова «экономия топлива» и «эффективность использования топлива», часто используемые так, как будто они означают одно и то же. Они связаны между собой, но описывают разные вещи, и понимание различий поможет вам лучше понять цифры, которые вы видите в обзорах автомобилей, рейтингах EPA и спецификациях производителей.
Что такое экономия топлива?
Экономия топлива — это показатель на уровне транспортного средства. Он измеряет, какое расстояние проедет автомобиль на определенном количестве топлива. В Соединенных Штатах экономия топлива выражается в милях на галлон (MPG). В большинстве других стран эквивалентной мерой являются литры на 100 километров (л/100 км), где меньшее число означает лучшую производительность.
Когда Агентство по охране окружающей среды публикует показатели расхода топлива в городе, на шоссе или в сочетании с расходом топлива на галлон для транспортного средства, оно измеряет экономию топлива. Когда вы используете
Калькулятор миль на галлон, чтобы отслеживать, как ваш автомобиль ведет себя в реальных поездках, вы рассчитываете экономию топлива. Исходные данные просты: пройденное расстояние и израсходованное топливо. Результат на практике скажет вам, насколько дорого обходится эксплуатация этого автомобиля.
Экономия топлива отражает производительность всего автомобиля, а не только двигателя. Вес автомобиля, его аэродинамическая форма, сопротивление качению шин, тип трансмиссии и даже состояние воздушного фильтра — все это влияет на окончательное число миль на галлон.
Что такое топливная экономичность?
Топливная эффективность — это показатель на уровне двигателя. Он описывает, насколько хорошо двигатель преобразует химическую энергию, запасенную в топливе, в полезное механическое движение. Обычно это выражается в процентах и называется тепловым КПД.
Когда вы сжигаете бензин или дизельное топливо в двигателе, вы высвобождаете энергию. Вопрос в том, какая часть этой энергии фактически вращает коленчатый вал и приводит в движение автомобиль, а сколько тратится впустую. Отходы происходят в нескольких формах: тепло, уходящее через выхлопную трубу, тепло, излучаемое через блок двигателя и систему охлаждения, а также потери из-за трения внутри двигателя.
Тепловая эффективность и почему большая часть топливной энергии тратится впустую
Обычный бензиновый двигатель внутреннего сгорания имеет термический КПД примерно от 25 до 35 процентов. Это означает, что на каждый галлон сожженного вами бензина теряется от 65 до 75 процентов энергии этого топлива, главным образом в виде тепла. Только оставшиеся 25–35 процентов выполняют фактическую работу по перемещению транспортного средства.
Это одно из фундаментальных ограничений двигателя внутреннего сгорания, и оно объясняет, почему автопроизводители и исследователи вложили так много средств в улучшение конструкции двигателя за последние несколько десятилетий.
Как инженеры повышают эффективность двигателя
Современные двигатели значительно более эффективны, чем двигатели 20-30-летней давности, благодаря нескольким технологиям, позволяющим сократить количество отходов.
Непосредственный впрыск топлива распыляет топливо непосредственно в камеру сгорания, а не смешивает его во впускном отверстии. Это обеспечивает более точную дозировку топлива, более чистое сгорание и более высокую степень сжатия, что позволяет получить больше работы от каждой капли топлива.
Система изменения фаз газораспределения регулирует открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов в зависимости от частоты вращения и нагрузки двигателя. На низких оборотах двигатель может вести себя одним образом, чтобы минимизировать насосные потери; на высоких скоростях он настраивается для максимизации мощности и эффективности.
Турбонаддув позволяет меньшему двигателю производить мощность большего, за счет подачи большего количества воздуха в цилиндры. Двигатель меньшего размера, работающий при умеренном наддуве, может достичь большей эффективности, чем безнаддувный двигатель большего объема, производящий ту же выходную мощность.
Деактивация цилиндров отключает подачу топлива в некоторые цилиндры, когда двигателю не требуется полная мощность, например, во время устойчивого движения по шоссе. Меньшее количество цилиндров, выполняющих одну и ту же работу, означает меньшие потери при перекачке и лучшую эффективность при небольших нагрузках.
Почему более высокая эффективность двигателя не всегда означает более высокий расход топлива на галлон
Именно здесь различие между эффективностью и экономией становится действительно важным. Двигатель с тепловым КПД 35 процентов, установленный в большом тяжелом внедорожнике с тупым аэродинамическим профилем, может обеспечить меньшее реальное расход топлива, чем немного менее эффективный двигатель в легком аэродинамическом седане.
Экономия топлива отражает всю систему. Тяжелому транспортному средству требуется больше энергии для ускорения и поддержания скорости, преодолевая сопротивление качению. Плохая аэродинамика увеличивает сопротивление на скоростях шоссе, требуя больше топлива независимо от того, насколько хорошо двигатель преобразует это топливо внутри себя. Трансмиссия, которая удерживает двигатель в неэффективной части рабочего диапазона, приведет к экономии топлива, даже если сам двигатель хорошо спроектирован.
Вот почему вы не можете просто прочитать заявленную производителем тепловую эффективность и сделать вывод, что конкретный автомобиль будет дешев в эксплуатации. Для полной картины требуется цифра MPG, которая объединяет все эти факторы реального мира.
Гибридное преимущество: восстановление энергии, которая в противном случае исчезла бы
Гибридные автомобили особенно хорошо иллюстрируют разницу между эффективностью и экономичностью. Гибридная трансмиссия не обязательно имеет более термически эффективный двигатель, чем сопоставимый обычный автомобиль. Гибриды восстанавливают энергию, которая в противном случае была бы полностью потеряна.
Когда вы тормозите обычный автомобиль, кинетическая энергия преобразуется в тепло в тормозных колодках и роторах, и это тепло рассеивается в воздухе. Оно исчезло. Гибрид использует рекуперативное торможение, чтобы улавливать часть этой кинетической энергии и хранить ее в аккумуляторе, где ее можно использовать для питания автомобиля позже. При движении по городу, где торможение происходит часто, этот механизм восстановления может значительно улучшить экономию топлива даже без повышения теплового КПД двигателя.
Именно поэтому гибридные автомобили демонстрируют больший разрыв между рейтингами города и шоссе, чем обычные автомобили. При движении по городу требуется больше энергии для восстановления за счет рекуперативного торможения. На шоссе при постоянной скорости преимущество регенерации уменьшается, и оба типа транспортных средств ведут себя более похоже.
Практический вывод для покупателей автомобилей
Если вы покупаете автомобиль и хотите сравнить эксплуатационные расходы, сосредоточьтесь на цифрах в милях на галлон или л/100 км, а не на процентах тепловой эффективности. MPG стандартизирован, широко опубликован и отражает работу всего автомобиля в реальных условиях вождения. Показатели термического КПД найти труднее, они различаются в зависимости от режима работы двигателя и не учитывают вес, аэродинамику и характеристики трансмиссии, которые определяют, сколько топлива вы фактически сжигаете.
Используйте комбинированные рейтинги EPA MPG в качестве отправной точки для сравнения транспортных средств. Затем, если вы много ездите по городу, увеличьте вес города. Если вы в основном ездите по шоссе, опирайтесь на номер шоссе. А как только вы станете владельцем автомобиля, отслеживание фактического расхода топлива с помощью
калькулятора миль на галлон даст вам наиболее точную картину ваших реальных затрат, поскольку реальный расход миль на галлон часто отличается от оценки EPA в зависимости от привычек вождения, климата и состояния автомобиля.
Топливная эффективность в термическом смысле — это увлекательный инженерный показатель, который объясняет, почему стоит развивать некоторые технологии двигателей. Но экономия топлива — это число, которое говорит вам, сколько вы потратите на бензин, и это цифра, которая имеет наибольшее значение, когда вы принимаете решения в автосалоне или на заправке.