Глобальные потери от трения в автобусах и грузовиках — цифры завораживают

    Недавно, несколько ведущих мировых специалистов в области трибологии опубликовали отчет под названием «Global energy consumption due to friction in trucks and buses», что в вольном переводе звучит как «Глобальные потери энергии в результате трения в автобусах и грузовиках». Основные моменты:
    • В 2012 году, при эксплуатации мирового парка грузовиков и автобусов, 180 000 миллионов литра топлива расходуется только на преодоление сил трения.
    • «Новая трибология“ может сохранить 105 000 миллионов евро и 75 000 миллионов литров топлива ежегодно, при этом ожидается сокращение выбросов СО2 на 200 миллионов тонн.


    В отчете были проанализированы потери в результате трения в двигателях, трансмиссиях, шинах, вспомогательном оборудовании и тормозах. Авторы изучили четыре основные категории транспортных средств (далее ТС): одиночные грузовики, различные комбинации тягачей с прицепами, городские и туристические автобусы. Потери на трение анализировались на основании ранее опубликованных данных. Коэффициенты трения оценивались для следующих случаев:
    1. Среднестатистическое современное ТС;
    2. ТС, построенное с использованием лучших коммерческих технологий, доступных в настоящее время;
    3. ТС, в котором используются наиболее продвинутые технологии, известные сегодня;
    4. ТС которое может быть построено с использованием новых технологий, которые будут созданы в ближайшие 12 лет.


    Последний пункт, в какой-то мере, является результатом фантазий, но исходя из авторитета авторов, его можно использовать в качестве вероятной оценки ближайшего будущего. (прим. мое).
    Схема основных энергетических потерь выглядит следующим образом:

    image

    Как мы видим, 33% топлива расходуется на преодоление трения в двигателе, трансмиссии и шинах. При этом на собственно перемещение автомобиля уходит всего 34% процента топлива, остальное просто отапливает атмосферу. Электрификация городских автобусов не только выгодна в плане повышения КПД, но также позволяет снизить и косвенные потери за счет трения — по оценке, такие потери в электрических ТС примерно вдвое меньше по сравнению с аналогичными дизельными.

    Но даже если не перевести все автобусы на электротягу прямо сейчас, снижение трения в механизмах позволит экономить огромные объемы топлива. Внедрение уже известных и разработка новых механизмов снижения трения, по оценке, может снизить потери на 14% в краткосрочной перспективе (от 4 до 8 лет) и на 37% — в долгосрочной (от 8 до 12 лет). В данный момент речь идет о следующих направлениях:
    • Дальнейшее улучшение смазочных масел (экстенсивный путь).
    • Разработка и внедрение покрытий с низким коэффициентом трения (алмазоподобные пленки, многослойные покрытия, графен и т.п.).
    • Модификация трущихся поверхностей (текстурирование металла, оптимизация шин для уменьшения трения качения).

    Хорошая новость состоит в том, что все эти направления можно развивать параллельно, объединяя их сильные стороны и нивелируя недостатки. Так что, с моей точки зрения, прогноз «37% за 12 лет» выглядит весьма реалистичным.
    ______________________
    Текст подготовлен в Редакторе Блогов от © SoftCoder.ru

    Similar posts

    AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

    More
    Ads

    Comments 57

      +4
      Airdrag всего 13%? Я думал гораздо больше, в случае с более легким транспортом сопротивление воздуха один из основных потребителей мощности. И что значит 7,2% на тормоза? Они постоянно трутся или что-то другое имеется в виду?
      Вообще из отчета видно, что самым крутым был бы рельсовый электротранспорт (да, я это много раз писал :) — потери на качение — минимальные, КПД при сжигании топлива — максимальный, трение в двигателе — меньше, трансмиссии вообще может не быть.
        +2
        Насколько я понял, речь идет именно о торможении, вместо которого можно было бы использовать рекуперацию.
        Расчет аэродинамических потерь выглядит логичным — ведь речь идет о грузовиках и автобусах, которые больше 120 не разгоняются.
        +11
        При этом на собственно перемещение автомобиля уходит всего 34% процента топлива

        А «собственно перемещение» это что? Это и есть преодоление трения + сопротивления воздуха :)
          +1
          Ну да. Я имел ввиду, что остальное просто сгорает.
            0
            Если внимательно посмотреть диаграмму, AIRDRAG входит в ENERGY FOR MOVING VEHICLE.
            Стоит добавить, что в отсутствии рекуперации энергии при торможении, появится добавка затрат энергии на разгон. Вот только для грузовиков равномерно ползущих по автострадам эта составляющая не так велика.
              –3
              «Собственно перемещение» — это, прежде всего, преодоление силы гравитации.
              Был один умный мужик, по фамилии Ньютон, ему еще, говорят, яблоко на голову упало…
                +2
                Да, если это перемещение на Луну.
                При движении по ровной поверхности — именно трение и сопротивление воздуха. В реале плюс ещё вертикальное перемещение, но оно, как и ускорения, легко рекуперируется.
                  –4
                  Ну да, при не согласии с оппонентом, из за недостаточной образованности, — на хабре самый простой способ, это плюнуть в карму. :)
                  Теперь по делу:
                  1. сопротивление воздуха, это тоже просто трение и больше ничего. Поэтому в вашей системе координат определение термина "«собственно перемещение» " сокращается до " это преодоление только трения".

                  2. Раз уж про трение. Как вы думаете, откуда берется трение качения? (колес по асфальту) и какую роль в его наличии играет Дед Ньютон? Вы действительно думаете, что тело, перемещающееся прямолинейно относительно поверхности земли не преодолевает силу гравитации? (а мужики то в НАСА не знают… вы им щас кучу денег и сил на исследования в области работы механизмов при гравитации отличной от земной сэкономили, не влияет же, нечего тут изучать)

                  3 .«В реале плюс ещё вертикальное перемещение, но оно, как и ускорения, легко рекуперируется.» — такое мог сказать человек, котороый вообще ничего не знает про рекуперацию кинетической энергии движущегося транспортного средста.
                  Над вот этим «легко рекуперируется» — уже длительное время бьются очень умные люди и пока не очень успешно.
                  Легко рекуперировать при торможении можно 10-15%% от энергии, затраченной на разгон. а из остальныех 75% борются за каждый процент.

                  4. И на последок, как вы думаете, какой процент времени реальное транспортное средство движется равномерно, прямолинейно и в горизонтальной плоскости?
                    0
                    Раз уж про трение. Как вы думаете, откуда берется трение качения? (колес по асфальту) и какую роль в его наличии играет Дед Ньютон? Вы действительно думаете, что тело, перемещающееся прямолинейно относительно поверхности земли не преодолевает силу гравитации?

                    Если уж взялись учить, то хоть формулируйте корректно. При прямолинейном перемещении вдоль поверхности земли сила гравитации не преодолевается. Преодолевается именно сила трения, которая в свою очередь является произведением веса на коэффициент трения качения, составляющий ~ 1%.
                      +1
                      Ну да, при не согласии с оппонентом, из за недостаточной образованности, — на хабре самый простой способ, это плюнуть в карму. :)

                      Простите, но вы обознались. Ни карму, ни коммент ваш я не трогал.
                      1. сопротивление воздуха, это тоже просто трение и больше ничего.
                      Согласен.
                      Вы действительно думаете, что тело, перемещающееся прямолинейно относительно поверхности земли не преодолевает силу гравитации?
                      Да, действительно думаю. Если не приплетать сюда вес тела, который зависит от гравитации. А его не надо приплетать, так как последняя — константа.
                      Легко рекуперировать при торможении можно 10-15%% от энергии, затраченной на разгон. а из остальныех 75% борются за каждый процент.
                      Просто никакая рекуперация невозможна на ДВС, коих подавляющее большинство. Когда войдут в массы, например, электромобили, технологии подтянутся.
                        0
                        Просто никакая рекуперация невозможна на ДВС, коих подавляющее большинство. Когда войдут в массы, например, электромобили, технологии подтянутся.


                        Так уж сложилось, что электромобили, это моя давняя любовь… и говоря о рекуперации, и ее сложности, я подспудно имел ввиду именно электрический привод…
                        Так вот, именно у электромобилей отличным результатом считается рекуперировать на торможении 20% от энергии потраченной на разгон.
                        Почему? потому, что для привода авто от электромотора трансмиссия или не нужна совсем, или нужна очень простая, а вот для торможения — нужна как минимум весьма сложная трансмиссия, потому как, чтобы двигатель в режиме генератора, или отдельный генератор эффективно отбирал кинетическую энергию, его крутить надо очень быстро, а крутить можно только от колес, а когда авто замедляется, они крутятся все медленнее. Нужен или повышающий вариатор, или много повышающих передач, и умного робота, чтобы их дергать. Ну и естественно нужен умный «электронный мозг», чтобы правильно управлять таким торможением. Не говоря уже о том, что тормозная система на авто — чуть ли не самая главная (с точки зрения безопасности).
                        В существующих ныне серийных электромобилях рекуперации или нет, или она существует в качестве маркетнигового лозунга.
                          0
                          А как же Tesla Model S?
                            0
                            Тоесть, даже если замкнуть выход «мотора» он прям совсем неэффективно тормозить будет?
                  –12
                  Похоже, что это «открытие» совершили выпускники 6 класса средней школы, ведь именно в 6 классе изучают «КПД».
                  Да и вообще, вызывает сомнение компетентность людей, утверждающих, что из 75 000 миллионов литров топлива получается 200 000 миллионов килограмм СО2.
                    +2
                    Ну, во-первых, никто не говорит об открытии. Речь идет о систематическом анализе общедоступных данных. Насчет сомнений в компетентности — дело ваше конечно, но индекс цитирования Холмберга и Эрдемира говорит сам за себя.
                    +3
                    Если не литров а килограмм, то вполне сходится.
                      –1
                      Что сходится, если у вас из одного кг получается три?
                        0
                        Рекомендую написать опровержение и отправить в редакцию журнала.
                          +8
                          Вы не забывайте, что топливо окисляется кислородом воздуха, а не горит само по себе. Если я ничего не путаю, для сгорания 1 кг топлива требуется около 3 кг кислорода. С учётом всех продуктов горения как раз и выходит где-то 200 миллиардов.
                            –10
                            Во-первых, эта пропорция теоретически составляет 1 к 2. А во-вторых, вы не забывайте, что при сжигании углеводородов в простейшем случае на выходе получается углекислый газ и вода в соотношении 1 к 2, т.е. количество СО2 никак не может быть больше количества сожжённого топлива. И это еще не учитывая плотность топлива указанную в литрах.
                              +5
                              Очень грубый расчет. Пусть топливо это C8H18 (среднебольничный алкан), тогда доля углерода в нем 12 * 8 / ( 12 * 8 + 1 * 18 ) = 0.84. В тоже время доля углерода в CO2 будет 12 / ( 12 + 16 * 2 ) = 0.27(27). Соответственно из массовой единицы топлива мы получим 0,84 / 0,27(27) = 3,1 единицы углекислого газа.

                              75 000 * 3,1 = 232 500. Если же мы возьмем литраж, как в указано в тексте, то нужно еще умножить на плотность бензина, т… е на 0,71. 232 500 * 0,71 = 165 075 кг, что меньше заявленного. но не на порядок.
                                +7
                                Так не бензин же, а солярка, с плотностью от 0.83 до 0.86, так что сходится в четвертом знаке.
                                  0
                                  Тут речь идёт не о бензине, а о дизтопливе, так что не 0,71, а 0.85. Но всё равно не дотягивает.
                                  +4
                                  Срочно читать учебник химии, чтобы не позорить себя больше. Раздел Атомная масса и связанные с этим расчёты.
                                  +2
                                  «Все продукты горения» не годятся: изрядная часть — это просто вода, она не учитывается. Но даже если это учесть, то всё сходится. Дизтопливо — это тяжёлые углеводороды, то есть примерно CnH2n. После сгорания получаем n×CO2 (+ n×H2O, что мы игнорируем). По массе это 14-в-40. Итого: 75 * 40 / 14 = 214. Причём это ещё чуть-чуть завышенная оценка. Так что всё сходится. Но в статье пишут про литры — а это заметно меньше (плотность дизтоплива — от 0.83 до 0.86). Напоминает историю со спиртом.
                                0
                                del
                            +1
                            Это правильная статья, такие вещи можно нести в народ. приятно здесь увидеть статью на мою проф. тему.Только это действительно не открытие. более того, не очень понятно, почему речь идет только о тяжелом транспорте. если говорить о суммарных потерях легковушек, то благодаря массовости будут не менее впечатляющие цифры. большие потери на трение — это свойство любого поршневого ДВС. скачкообразное снижение потерь возможно только при переходе на электричество. Но здесь возникает вопросы цветмета, массы, утилизации и тд. вопросом же снижения потерь на трение в двс и др. занимаются (и внедряют решения) уже не первый десяток лет. никаких америк в этой статье не открыто.
                              +4
                              Приветствую, коллега.
                              Еще раз — я нигде не употреблял слово «открытие». Речь идет исключительно об анализе доступных данных в целях, так сказать, визуализации. Все знают, что «много» и даже «охеренно много». Но вот сколько именно? А теперь есть вполне конкретные аргументы в евро, которые понятны бюрократам, выделяющим деньги на науку.
                              Насчет доли легковушек — приведена цифра в 52%. Остальное можно экстраполировать.
                                +2
                                Да никто и не говорит об открытии. Скорее статья для популяризации проблемы.

                                Вон темой выше люди удивлялись, как CO2 получается на выходе больше, чем изначального топлива. Это только подтверждает, что такие статьи нужны.
                                +5
                                Исходя из приведенной схемы, на «вредное» трение приходится всего 12,4% расхода топлива: это трение в двигателе (7,3%) и в трансмиссии (5,1%).
                                Если ориентироваться на приведённые в статье цифры, то «потери на трения на 14% в краткосрочной перспективе (от 4 до 8 лет)» — это 14% от 12,4%, то есть 1,7%, «на 37% — в долгосрочной (от 8 до 12 лет)» — это 4,6%, то есть 3,6 млрд и 8,28 млрд тонн топлива соответственно. Откуда взялись 75 млрд тонн — непонятно.
                                Но даже сниженный на порядок прогноз — утопия, так как основные потери идут не от неэффективности конструкции, а от эксплуатации неисправных агрегатов. Неисправный — это в том числе сильно изношенный.
                                Представьте себе грузоперевозки в Пакистане, Индии, Китае, Индонезии, Африке. Нет там мерседесов евро-5 с мочевиной и современными агрегатами. А есть там древние, как экскременты мамонта, грузовики. Нет там скоростных хайвеев. Зато живет там несколько миллиардов человек.
                                типичный грузовик в Пакистане:
                                www.indostan.ru/forum/foto-video/3035/41412_2_o.jpg
                                типичная китайская фура (фото сделано в Киргизии):
                                img.fotki.yandex.ru/get/9511/14833654.2ed/0_8642a_7dffac26_XXL.jpg
                                Индонезия:
                                lh4.googleusercontent.com/-OSxXyr_l94U/TfsSRvh6dwI/AAAAAAAAATo/qjcAtf5aKKY/s640/IMG_1466.JPG
                                Африка:
                                www.africa.travel.ru/strany/NAM/NAM_Gril_43.jpg
                                i598.photobucket.com/albums/tt63/pavlyuk2/Tanzania%202013/resIMG_7881_zpsd35dbd95.jpg
                                  +6
                                  Жду исследования на изучение трения в коленных суставах и напрасного расхода на них пельменей с пивом.
                                  –2
                                  В каком классе Ньютона начинают изучать? Авторы видимо недоучились. На движение наземного колесного транспорта расходуется 50% приложенной энергии. От оставшейся половины и надо считать.
                                    +1
                                    Что, собственно, и показано на схеме. В чем суть претензии?
                                      –1
                                      На схеме 50% списали на тепловые потери работы двигателя, а обсуждается транспортное средство.
                                      Для транспортного средства вцелом, энергию для движения (последний квадрат) надо поделить пополам.
                                        0
                                        И с чего вы это взяли? Настоятельно рекомендую прочитать оригинальную статью, там все подробно написано, откуда берутся именно эти цифры.
                                    –3
                                    Британские ученые изобрели КПД
                                      0
                                      А что на счет трения в тормозах? Были уже довольно давно идеи с маховиками, которые накапливают энергию при торможении. Вроде бы даже какие-то экспериментальные поезда в метро делали…
                                        +1
                                        Рекуперация. Изобрели-то давно. Осталось внедрить повсеместно.
                                          +1
                                          Пожалуй дополню ответ примером. В небезызвестной машине Tesla S используется рекуперация для возобновления заряда батареи. Интересно, что это даёт побочный эффект в виде увеличения жизни тормозов, так как они меньше используются.
                                          0
                                          Рекуперация хороша на рельсах, где обычно есть достаточно места для длинного тормозного пути, а машинисту не надо заранее планировать сложные маневры.
                                          В случае с автомобилями все сложнее. Например, мощность тормозной системы должна быть выше мощности двигателя, иными словам, автомобиль должен тормозить быстрее, чем разгоняться.
                                          Кроме того, в случае с автопоездом, не очень ясно, как применять рекуперацию на прицепе. А тормозить его колёса должны обязательно, иначе произойдет нечто вроде вот такого: tv29.ru/files/15583(3).jpg
                                            +1
                                            Можно устроить некий вариатор, при котором слабое торможение идет на рекуператор, а сильное и экстренное происходят непосредственно за счет тормозов.
                                              +1
                                              Да это и так происходит — при отпускании педали газа двигатель начинает работать как генератор и тем самым тормозит, при нажатии на тормоз добавляется действие тормозных колодок (торможение двигателем при этом все еще работает пока колеса крутятся). При желании можно и активно тормозить двигателем — подавать момент в обратную сторону, знаю, что на электровелосипедах точно так делают.
                                        • UFO just landed and posted this here
                                            +2
                                            вообще-то избавит. Как минимум избавит от сложной трансмиссии, кучи шестеренок в коробке передач и т.д.
                                              +1
                                              Электрификация городских автобусов не только выгодна в плане повышения КПД, но также позволяет снизить и косвенные потери за счет трения — по оценке, такие потери в электрических ТС примерно вдвое меньше по сравнению с аналогичными дизельными
                                              • UFO just landed and posted this here
                                                  +1
                                                  1) В генераторе не будет трансмиссии как минимум.
                                                  2) Использовать дизель-генераторы для питания транспорта — это извращение. А КПД промышленных электростанций почти в два раза выше, чем у дизеля.
                                                    –1
                                                    По поводу п.2 — поинтересуйтесь, как устроен тепловоз или карьерный сверхтяжёлый самосвал.
                                                      0
                                                      Если я считаю что-то извращением — это отнюдь не значит, что я об этом ничего не знаю. И да — поинтересуйтесь сравнением КПД тепловоза и электровоза.
                                                        0
                                                        Погуглите на досуге про газотурбовоз или карьерный самосвал с питанием от контактной сети, и про причины их появления. Уверяю, откроете много интересного.
                                                +2
                                                У них там опечатка, не «105 000 миллионов евро», а 100500

                                                :)

                                                Only users with full accounts can post comments. Log in, please.