المواضيع:
- استهلاك الوقود
- الكفاءة الحركية
- مخطط الطاقة / مخطط البيض
- تقليص حجم الرسم البياني للأصول
استهلاك الوقود:
نعبر عادة عن استهلاك السيارة للوقود بعدد الكيلومترات المقطوعة لكل لتر، على سبيل المثال: 1:15. غالبًا ما توفر وثائق السيارة لترًا لكل 100 كيلومتر. وقد تم أخذ ظروف القيادة بعين الاعتبار، أي مقاومات القيادة التي تلعب دورا رئيسيا.
ومن المثير للاهتمام بالنسبة للفنيين معرفة مقدار الوقود الذي يتطلبه توصيل قوة معينة خلال فترة زمنية. يتم التعبير عن هذا الاستهلاك بالكيلوجرام من الوقود في الساعة (B). عندما ننظر إليها لكل كيلووات، فإننا نتحدث عن استهلاك الوقود المحدد (be)، معبرًا عنه بوحدة g/kWh.
يمكن تضمين استهلاك الوقود المحدد في مخطط قوة عزم دوران السيارة. يوضح هذا الرسم البياني أن استهلاك الوقود المحدد في ظل ظروف التحميل الكامل يكون آخر مرة عندما يكون عزم دوران المحرك أعلى بقليل من الحد الأقصى.
كفاءة المحرك:
نحصل على أقل استهلاك محدد للوقود في الظروف التي تكون فيها كفاءة المحرك في أعلى مستوياتها. يتم التعبير عن القوة بالواط أو الجول/الثانية. الطاقة الموردة هي المحتوى الحراري للوقود، والذي يساوي الاستهلاك النوعي للوقود (be) * الطاقة الموردة (P) * الحرارة النوعية للاحتراق (H).
مخطط الطاقة / مخطط البيض:
خلال مرحلة اختبار كل محرك (جديد)، يتم إجراء قياس لاستهلاك الوقود المحدد. في هذا القياس، يتم تنفيذ استهلاك الوقود على منصة اختبار المحرك أو منصة اختبار الطاقة بسرعات مختلفة وبأحمال متغيرة للمحرك. يتم ضبط الحمل عن طريق الضغط على دواسة الوقود بشكل أعمق تدريجيًا، بحيث يوفر المحرك طاقة إضافية بمقدار بضعة كيلووات مع كل خطوة. بهذه الطريقة يتم تدوير نطاق السرعة بالكامل.
توضح الصورة أدناه مخطط استهلاك الوقود، والذي يسمى أيضًا "مخطط البيضة". تشير الجزر إلى استهلاك الوقود بوحدة g/kWh. تربط هذه الخطوط (على شكل بيضة) النقاط التي يكون استهلاكها المحدد للوقود هو نفسه. أصغر جزيرة تعطي سرعة حوالي 3000 دورة في الدقيقة. أقل استهلاك للوقود، وهو 240 جم/كيلووات ساعة. نحن نسمي هذا "البقعة الحلوة". يكون المحرك أكثر اقتصادا في مثل هذه السرعات والأحمال.
شرح الخطوط في مخطط Ei:
- المحور الرأسي: عزم الدوران بالنيوتن متر؛
- المحور الأفقي: سرعة العمود المرفقي؛
- الخط الأزرق: منحنى عزم المحرك؛
- الخطوط الخضراء: خطوط الكهرباء بالكيلوواط؛
- الجزر السوداء: مناطق الاستهلاك
وتظهر خطوط الطاقة (الخضراء) بوضوح أنه مع انخفاض السرعة، يجب أن يزيد عزم الدوران (وبالتالي متوسط ضغط الاحتراق) للحفاظ على نفس القوة. ونرى أيضًا انخفاضًا في استهلاك الوقود. يتم تحقيق الحد الأدنى من استهلاك الوقود وهو 240 جرامًا لكل كيلووات في الساعة بسرعة تبلغ حوالي 3000 دورة في الدقيقة مع إنتاج طاقة يبلغ حوالي 85 كيلووات. ويبلغ استهلاك هذه السيارة للوقود في المتوسط 9 لتر/100 كلم.
وهذا يعني أن المحرك يكون أكثر اقتصادية عندما يتعين عليه توفير ما يقرب من 45% من إجمالي الطاقة. عند القوى المنخفضة، يكون المحرك غير فعال: لا يتم توصيل أي طاقة تقريبًا، ولكن يجب امتصاص جميع خسائر الاحتكاك الداخلي. من الناحية العملية، قد يعني هذا أن السيارة يمكن أن تكون أكثر اقتصادية عند القيادة بسرعة 120 كم/ساعة في السرعة السادسة مقارنة بالقيادة بسرعة 6 كم/ساعة في السرعة الرابعة.
مخطط الطاقة لتقليص الحجم:
حتى وقت قريب، استخدم المصنعون محركات ذات سعة كبيرة للأسطوانات. في مجموعة VAG، كان المحرك 6.0 (W-) ذو 12 أسطوانة هو القطعة الفنية، من بين أمور أخرى، أودي A8 وBMW M5 (E60) التي قدمت أداءً عاليًا مع محرك V5 سعة 10 لترات الذي يعمل بسحب الهواء الطبيعي. كما تم تجهيز سيارات الطبقة المتوسطة بمحرك ذو سعة كبيرة نسبيًا، على سبيل المثال محرك ذو سحب طبيعي سعة 2.0 لتر. اليوم، يبحث المصنعون عن كل الطرق الممكنة لتقليل الانبعاثات بشكل كبير دون التضحية بالأداء. نرى سعة الأسطوانة لعدد متزايد من المحركات تصبح أصغر حجمًا ويضمن توربو غاز العادم الأداء الجيد. ونرى مثالاً على ذلك في سيارة فولكس فاجن جولف، حيث يعمل المحرك سعة 1.0 لتر المزود بتيربو بشكل أفضل وأكثر اقتصاداً من المحرك (الأقدم) سعة 1.4 لتر بدون تيربو:
- فولكس فاجن جولف V موديل 2005 سعة المحرك: 1,4 لتر، أصول: 59 كيلو واط، استهلاك: 6,9 L/100كم (1:14.5);
- فولكس فاجن جولف VII موديل 2015 سعة المحرك: 1.0 لتر، أصول: 85 كيلو واط، استهلاك: 4,5 L/100كم (1:22,2).
مخططات البيض أدناه مأخوذة من أ الغلاف الجوي محرك بسعة اسطوانة 2,5 لتر واحد مضغوط 1,6 لتر محرك. ويقدم كلا المحركين عزم دوران أقصى يبلغ 240 نيوتن متر. يعد منحنى عزم الدوران للمحرك الذي يعمل بسحب الهواء الطبيعي أكثر استواءً بكثير من منحنى عزم الدوران للمحرك التوربيني عند حوالي 3000 دورة في الدقيقة. مع كلا المحركين، يتم تحقيق أقصى عزم دوران عند حوالي 3000 دورة في الدقيقة، لكننا نرى أن متوسط ضغط المكبس الفعال (BMEP) للمحرك التوربيني أعلى بمقدار 7 بار عند سرعة عزم الدوران. ويؤدي ارتفاع BMEP إلى خسائر أقل في التدفق أثناء تبادل الغاز وكفاءة أعلى.
