Μαθήματα:
- Ειδική κατανάλωση καυσίμου
- Απόδοση κινητήρα
- Διάγραμμα ισχύος / διάγραμμα αυγού
- Διάγραμμα μείωσης περιουσιακών στοιχείων
Ειδική κατανάλωση καυσίμου:
Συνήθως εκφράζουμε την κατανάλωση καυσίμου ενός οχήματος στον αριθμό των διανυόμενων χιλιομέτρων ανά λίτρο, για παράδειγμα: 1:15. Η τεκμηρίωση του οχήματος δίνει συχνά λίτρα ανά 100 km. Έχουν ληφθεί υπόψη οι συνθήκες οδήγησης, δηλ κινητικές αντιστάσεις που παίζουν σημαντικό ρόλο.
Είναι ενδιαφέρον για τους τεχνικούς να γνωρίζουν πόσο καύσιμο κοστίζει η παροχή μιας συγκεκριμένης ισχύος σε μια χρονική περίοδο. Η κατανάλωση αυτή εκφράζεται σε κιλά καυσίμου ανά ώρα (Β). Όταν το βλέπουμε ανά κιλοβάτ, μιλάμε για τη συγκεκριμένη κατανάλωση καυσίμου (be), εκφρασμένη σε g/kWh.
Η ειδική κατανάλωση καυσίμου μπορεί να συμπεριληφθεί στο διάγραμμα ροπής-ισχύς του οχήματος. Αυτό το διάγραμμα δείχνει ότι η ειδική κατανάλωση καυσίμου σε συνθήκες πλήρους φορτίου είναι τελευταία όταν η ροπή του κινητήρα είναι λίγο πάνω από τη μέγιστη.
Απόδοση κινητήρα:
Λαμβάνουμε τη χαμηλότερη ειδική κατανάλωση καυσίμου στις περιπτώσεις όπου η απόδοση του κινητήρα είναι η υψηλότερη. Η ισχύς εκφράζεται σε Watt ή Joule/s. Η ισχύς που παρέχεται είναι η θερμική περιεκτικότητα του καυσίμου, η οποία ισούται με την ειδική κατανάλωση καυσίμου (be) * την παρεχόμενη ισχύ (P) * την ειδική θερμότητα καύσης (H).
Διάγραμμα ισχύος / διάγραμμα αυγού:
Κατά τη φάση δοκιμής κάθε (νέου) κινητήρα, πραγματοποιείται μέτρηση για τη συγκεκριμένη κατανάλωση καυσίμου. Σε αυτή τη μέτρηση, η κατανάλωση καυσίμου πραγματοποιείται σε βάση δοκιμής κινητήρα ή πάγκο δοκιμών ισχύος σε διαφορετικές ταχύτητες σε μεταβλητά φορτία κινητήρα. Το φορτίο ρυθμίζεται πατώντας βαθύτερα το πεντάλ του γκαζιού, έτσι ώστε ο κινητήρας να αποδίδει λίγα kW περισσότερη ισχύ σε κάθε βήμα. Με αυτόν τον τρόπο ανακυκλώνεται ολόκληρο το εύρος ταχύτητας.
Η παρακάτω εικόνα δείχνει το διάγραμμα κατανάλωσης καυσίμου, που ονομάζεται επίσης «διάγραμμα αυγών», που απεικονίζεται. Τα νησιά δείχνουν την κατανάλωση καυσίμου σε g/kWh. Αυτές οι γραμμές (σε σχήμα αυγού) συνδέουν τα σημεία των οποίων η ειδική κατανάλωση καυσίμου είναι η ίδια. Το μικρότερο νησί δίνει ταχύτητα γύρω στις 3000 σ.α.λ. τη χαμηλότερη κατανάλωση καυσίμου, δηλαδή 240 g/kWh. Αυτό το ονομάζουμε «γλυκό σημείο». Ο κινητήρας είναι πιο οικονομικός σε τέτοιες ταχύτητες και φορτία.
Επεξήγηση των γραμμών στο διάγραμμα Ei:
- Κατακόρυφος άξονας: η ροπή σε Nm.
- Οριζόντιος άξονας: ταχύτητα στροφαλοφόρου άξονα.
- Μπλε γραμμή: η καμπύλη ροπής του κινητήρα.
- Πράσινες γραμμές: ηλεκτροφόρα καλώδια σε kW.
- Μαύρα νησιά: οι περιοχές κατανάλωσης
Οι (πράσινες) γραμμές ισχύος δείχνουν ξεκάθαρα ότι με τη μείωση της ταχύτητας, η ροπή (και επομένως η μέση πίεση καύσης) πρέπει να αυξάνεται για να διατηρείται η ίδια ισχύς. Βλέπουμε επίσης μείωση στην κατανάλωση καυσίμου. Η ελάχιστη κατανάλωση καυσίμου των 240 γραμμαρίων ανά kWh επιτυγχάνεται με ταχύτητα περίπου 3000 rpm με ισχύ εξόδου περίπου 85 kW. Η κατανάλωση καυσίμου αυτού του αυτοκινήτου είναι κατά μέσο όρο 9 l/100 km.
Αυτό σημαίνει ότι ο κινητήρας είναι πιο οικονομικός όταν πρέπει να αποδίδει περίπου το 45% της συνολικής ισχύος. Σε χαμηλότερες ισχύς ο κινητήρας είναι αναποτελεσματικός: ουσιαστικά δεν παρέχεται ισχύς, αλλά όλες οι απώλειες εσωτερικής τριβής πρέπει να απορροφώνται. Στην πράξη, αυτό μπορεί να σημαίνει ότι το όχημα μπορεί να είναι πιο οικονομικό όταν οδηγείτε με 120 km/h στην 6η ταχύτητα από ότι όταν οδηγείτε με 90 km/h στην 4η σχέση.
Διάγραμμα ισχύος για μείωση μεγέθους:
Μέχρι πρόσφατα, οι κατασκευαστές χρησιμοποιούσαν κινητήρες με μεγάλους κυλίνδρους. Στην ομάδα VAG, ο 6.0κύλινδρος κινητήρας 12 (W-) ήταν το επίκεντρο, μεταξύ άλλων, στο Audi A8 και στην BMW M5 (E60) που πρόσφεραν υψηλές επιδόσεις με τον ατμοσφαιρικό κινητήρα V5 10 λίτρων. Τα αυτοκίνητα της μεσαίας κατηγορίας ήταν επίσης εξοπλισμένα με σχετικά μεγάλο κινητήρα, για παράδειγμα ατμοσφαιρικό 2.0 λίτρων. Σήμερα, οι κατασκευαστές αναζητούν κάθε δυνατό τρόπο για να μειώσουν δραστικά τις εκπομπές χωρίς να θυσιάσουν την απόδοση. Βλέπουμε τον κυλινδρισμό ολοένα και περισσότερων κινητήρων να γίνεται μικρότερος και ένα turbo καυσαερίων εξασφαλίζει καλή απόδοση. Βλέπουμε ένα παράδειγμα αυτού στο VW Golf, όπου ο κινητήρας 1.0 λίτρων με τούρμπο αποδίδει καλύτερα και είναι πιο οικονομικός από έναν (παλαιότερο) κινητήρα 1.4 λίτρων χωρίς τούρμπο:
- VW Golf V από το 2005, χωρητικότητα κινητήρα: 1,4 λίτρο, περιουσιακά στοιχεία: 59 kW, κατανάλωση: 6,9 l/100km (1:14.5);
- VW Golf VII από το 2015, χωρητικότητα κινητήρα: 1.0 λίτρο, περιουσιακά στοιχεία: 85 kW, κατανάλωση: 4,5 l/100km (1:22,2).
Τα παρακάτω διαγράμματα αυγών είναι από α ατμοσφαιρικός κινητήρα με κυλινδρισμό 2,5 λίτρο και ένα υπό πίεση 1,6 λίτρα κινητήρας. Και οι δύο κινητήρες αποδίδουν μέγιστη ροπή 240 Nm. Η καμπύλη ροπής του ατμοσφαιρικού κινητήρα είναι πολύ πιο επίπεδη από αυτή του turbo κινητήρα γύρω στις 3000 σ.α.λ. Και με τους δύο κινητήρες, η μέγιστη ροπή επιτυγχάνεται στις 3000 σ.α.λ., αλλά βλέπουμε ότι η μέση αποτελεσματική πίεση εμβόλου (BMEP) για τον turbo κινητήρα είναι 7 bar υψηλότερα στην ταχύτητα ροπής. Ένα υψηλότερο BMEP οδηγεί σε λιγότερες απώλειες ροής κατά την ανταλλαγή αερίων και υψηλότερη απόδοση.
