Малка екскурзия в Сърцето на камиона… или „тайните на „оборотите“ и предавателните числа на Вашия камион”

Едва ли има колега, който се отнася лекомислено към двигателя на своя камион. За нашия огромен „железен кон” моторът е нещо като сърцето за човека. И най-малките промени към добро или лошо в работата на сърцето винаги имат важно значение, понякога и прекалено важно… Затова и винаги е добре човек да събере сили и да прочете и научи нещо повече за двигателите…

Намаляване оборотите на двигателя дава възможност шофьорите да се радват на по-безшумно пътуване и същевременно се пести гориво.
Повечето притежатели на професионални книжки в българската общност  са дошли в транспортната индустрия с вече натрупани основни знания за работа с коли и камиони. Всички те отдавна са запознати с основните принципи, отнасящи се до оборотите на двигателя и превключването на скоростите.
Още през 70-те се е знаело, че ако се поддържа 1800 rpm (оборота в минута), а при някои двигатели 2100 rpm, при тежкотоварните автомобили, това води до натоварване на въздушния  прекъсвателен клапан (air governor) и се налага или да се намали газта,  или да се отиде на по-ниска предавка.
В началото на 80-те  настъпва промяна, благодарение техническите нововъведения при работния режим на двигателя. Максималната тяга вече не е между 1800 и 2100 оборота и не се е налагало да се „настъпва“ двигателя, за  да се кара на максимални обороти. Основният принцип за най-голяма мощност в диапазона на високите обороти и момент за превключване на по-ниска предавка при ниският диапазон (около 1200 оборота), все още е бил валиден. Но сега, поддържайки между 1500 и 1600 оборота в минута, е вече възможно по-дълго време да се запази оптималната предавка при промяна на терена. Това е съществената разлика от предишната генерация двигатели, където максималната мощност е била 2100 оборота и моментът за превключване е в много по-къс диапазон – около 1800 оборота. С този ограничен оборотен режим шофьорите на камиони е трябвало постоянно да „ръчкат“ скоростите и камионите са изкачвали бавно стръмнините, които сега могат да се преминат просто като се превключи на овердрайв (overdrive).
Но дори и през 80-те, ако се остави двигателят да работи под 1200 оборота, най-вероятният резултат е бил той да започне да се тресе и затормозява и ако не се премине на време на по ниска предавка, всичко това е можело да доведе до сериозна повреда. И все пак двигателите с по-голям диапазон при оборотите са предизвикали революция в стила на каране.
Днес, 40 г. след този период, ние се изправяме пред друга революция в начина на каране. Нейното име е „Времето на ниските обороти“. По-просто казано, това е карането на ниски обороти с цел да се пести гориво. По-малкото натоварване на двигателя позволява камионът да преминава от точка А до точка Б за даден период от време с по-малко количество  гориво.
Обърнете внимание на термина „даден период от време“. Това предполага да не се намалява скоростта. Все пак разписанията си остават и доставките трябва да се направят. Става дума двигателят да не се натоварва толкова  и същевременно да си върши работата. За да се постигне това обаче са нужни нововъведения в двигателя, трансмисията и в цялата предавателна система.
По ниско оборотните двигатели

Преди 40 години горивният инжекцион беше контролиран от така наречения „щуцер“ (plunger), задвижван от „гърбица“(cam lobe). На всяко завъртане на оста на гърбицата (camshaft) инжекторът (injector) впръсква определено количество гориво, обогатено със затоплен сгъстен въздух, в горивната камера (цилиндъра) на двигателя, където то се възпламенява. При предишната генерация двигатели е било постигнато налягане от впръскването на инжектора около 2000 до 3000 psi (налягане на квадратен инч). При това налягане изгарянето на горивото не е било много ефективно.
Когато техниката е навлязла в новата ера на двигатели, контролирани от електроника, налягането от инжекторите е достигало до 30-40,000 psi, а в някои случаи  дори и повече. Синхронът контролиран от електроника е позволил на инженерите да използват няколко инжектора за един оборот и по този начин да осигурят максимална горивна ефикасност. Днес модерните двигатели са способни да достигнат долна граница на превключване на по-ниска предавка, при оборотен режим от 1000 rpm  като в някои случаи с употреба на полусъиденител при 800 rpm, които са достатъчни да позволят на товарния автомобил да продължи да се движи. Ето и къде започва нискооборотният режим.
Има многобройни предимства да се кара на ниски обороти. Първо, изисква се много по-малко енергия за да се задвижат частите на двигателя. Буталата, коляновият и разпределителният вал и всички движещи се части имат маса. За да се задвижат тела притежаващи маса е нужна енергия. Като се намалява оборотният момент се спестява енергия. Второ, топлината се предава по-слабо между по-бавно движещи се тела, които са във взаимодействие. Като се намали количеството топлина отиващо към корпуса на двигателя  и от там към охладителната система, отново се спестява енергия.
Инженерите изчисляват, че над 60% от загубата на енергия при работата на камионите на дълги разстояния (line-haul or long haul) идва от неефективността на работата на техните двигатели. Намаляването на оборотите на работния режим е опит да се реши този проблем. Но ако инженерите се бяха ограничили само с намаляването на оборотите резултатите щяха да се изразят само с по-бавни камиони по пътищата.

Предавателната система

       В миналото съотношението 4,56:1 или повече, към водещите аксели е било нормално за товарните автомобили. Това е количеството обороти, които карданът прави за едно завъртане на водещият аксел. Тази цифра също така показва и увеличението на въртящият момент, който идва от двигателя. Колкото той е по-малък, толкова повече камионът се нуждае от високи обороти, за да бъде увеличен.
През 90-те Technology Maintenance Council(TMC) е представил концепцията „по-висока скорост при по-ниски обороти“. Идеята е била да се поставят предавателните числа в диапазона от 3,55:1 до 3,90:1, като в същото време оптималните работни обороти на двигателя да не надвишат 1500 rpm.
След известен период, когато въвеждането на електрониката е позволило  двигателите да се усъвършенстват, това съотношение е паднало от 3,55 до около 3,20. Някои от бенефитите на тези технически нововъведения са останали неизползувани заради особеностите при изискванията за скорост в различните щати. Но генерално се счита че при скорост между 62 и 68 мили в час и обороти на двигателя от 1450 rpm, се постига разумен компромис между сравнително добрия разход на горивото и ефикасността на двигателя с останалите компоненти.
Логично е в надпреварата за намаляването на оборотите при следващата стъпка, да се търсят по-бързи диференциали, при по-ниски предавателни числа. Тук обаче, инженерите са се сблъскали със сериозен проблем.  Когато се намалят оборотите на двигателя и същевременно се търси увеличение на въртящия момент, се стига до точка, където предавките в скоростната кутия, и по-специално зъбите на зъбните колела, се налага да бъдат  направени много по масивни. За да се удовлетворят съвременните изисквания за увеличаване на въртящия момент, идващ от двигателя,  днес все повече и повече се произвеждат зъбни колелета с по-малък  брой зъби. Като всеки зъб е нужно  да бъде по-здрав и по-дълъг. Притискателните шайби (ring gears)  също трябва да са по-големи. Това от своя страна води до увеличаване  размера на „кожуха“, или така наречения “housing”. Налага се увеличаване не само на размерите на диференциалите, но така също и връзките на кардана (universal joints), а и дори на самите кардани (drive shafts). Нужно е техните габарити да се увеличат, за да могат да издържат на високите натоварвания.
   От типичния дизелов двигател в момента използван при товарните камиони, който е с намален работен режим до 1450rpm (оборота в минута), до чукащите на вратата нови двигатели с оптимален режим от 1125 rpm,увеличението на натоварването на предавателната  система ще бъде около 57%. Продължителността на живота на частите на трансмисионната система е силно намалена, особено тази на така наречените U- joints.

Трансмисиите

Днес автоматичните скоростни кутии са извървели дълъг път на усъвършенстване, откакто „Eaton“ за пръв път въвежда „Auto Shift“  и „Meritor“ изкарва на пазара  „ZF’s Freedom Line“. Най-модерните скоростни кутии „усещат“ степента на натоварване на двигателя, наклона на пътя, теглото на камиона и притежават най-различни сензори, които да им дадат възможност не само да определят най-подходящата скорост, но и да решат дали да останат на нея. Всичко това е нужно за по-безпрепятствено опериране на трансмисиите, задвижвани от нискооборотните двигатели.
         Защо е цялата тази надпревара за сваляне на оборотите? Защото за всяко намаление със 100 оборота, се спестява около 1% гориво. И ако се вземат предвид цените на горивото,  печалбите стават значителни.
Ако се кара по 10,000 мили на месец, при конвенционалните камиони с работен режим при 1450 rpm и при новите двигатели с режим от 1150 rpm разликата веднага се усеща. Постигането на реален разход от 7 до 9mpg (мили за галон) носи много добра печалба.
Успех!

Тодор Паунов
„България Сега”, Чикаго
 (По материали от Техническите сайтове на Американската Трък Асоциация)

Забележка: Горната информация има общ характер и не може да се използва за решаването на индивидуален проблем. За конкретни каузи се обръщайте към квалифициран (лицензиран, ако се изисква по закон) специалист