Aiheet:
- Polttoaineen ominaiskulutus
- Moottorin tehokkuus
- Tehokaavio / munakaavio
- Omaisuuden pienentäminen kaavio
Polttoaineen ominaiskulutus:
Ajoneuvon polttoaineenkulutus ilmaistaan yleensä ajettuina kilometreinä litraa kohti, esimerkiksi: 1:15. Ajoneuvon asiakirjoissa ilmoitetaan usein litroja 100 km:llä. Ajo-olosuhteet on otettu huomioon, ts ajovastukset joilla on tärkeä rooli.
Tekniikkojen on mielenkiintoista tietää, kuinka paljon polttoainetta maksaa tietyn tehon toimittaminen tietyn ajan kuluessa. Kulutus ilmaistaan kilogrammoina polttoainetta tunnissa (B). Kun tarkastelemme sitä kilowattia kohden, puhumme ominaiskulutuksesta (be), ilmaistuna g/kWh.
Polttoaineen ominaiskulutus voidaan sisällyttää ajoneuvon vääntömomentti-teho -kaavioon. Tämä kaavio osoittaa, että polttoaineen ominaiskulutus täydellä kuormituksella on viimeinen, kun moottorin vääntömomentti on hieman yli maksiminsa.
Moottorin tehokkuus:
Saamme pienimmän ominaiskulutuksen olosuhteissa, joissa moottorin hyötysuhde on korkein. Teho ilmaistaan watteina tai jouleina sekunnissa. Syötetty teho on polttoaineen lämpösisältö, joka on yhtä suuri kuin polttoaineen ominaiskulutus (be) * syötetty teho (P) * ominaispalamislämpö (H).
Tehokaavio / munakaavio:
Jokaisen (uuden) moottorin testivaiheen aikana suoritetaan ominaiskulutuksen mittaus. Tässä mittauksessa polttoaineenkulutus suoritetaan moottorin testitelineellä tai tehotestipenkillä eri nopeuksilla vaihtelevalla moottorin kuormituksella. Kuormaa säädetään painamalla kaasupoljinta asteittain syvemmälle, jotta moottori tuottaa muutaman kW lisää tehoa jokaisella askeleella. Tällä tavalla koko nopeusalue ajetaan läpi.
Alla oleva kuva näyttää polttoaineenkulutuskaavion, jota kutsutaan myös "munakaavioksi". Saaret ilmoittavat polttoaineenkulutuksen g/kWh. Nämä (munanmuotoiset) viivat yhdistävät pisteet, joiden ominaiskulutus on sama. Pienin saari antaa nopeuden noin 3000 rpm. pienin polttoaineenkulutus, 240 g/kWh. Kutsumme tätä "sweet spotiksi". Moottori on taloudellisin sellaisilla nopeuksilla ja kuormilla.
Ei-kaavion viivojen selitys:
- Pystyakseli: vääntömomentti Nm;
- Vaaka-akseli: kampiakselin nopeus;
- Sininen viiva: moottorin vääntömomenttikäyrä;
- Vihreät viivat: voimalinjat kW;
- Mustat saaret: kulutusalueet
(Vihreät) voimalinjat osoittavat selvästi, että nopeuden pienentyessä vääntömomentin (ja siten keskimääräisen palamispaineen) täytyy kasvaa saman tehon ylläpitämiseksi. Näemme myös polttoaineen kulutuksen laskun. Vähimmäispolttoaineenkulutus 240 grammaa/kWh saavutetaan noin 3000 rpm nopeudella noin 85 kW:n teholla. Tämän auton polttoaineenkulutus on keskimäärin 9 l/100 km.
Tämä tarkoittaa, että moottori on taloudellisin, kun sen on toimitettava noin 45 % kokonaistehosta. Pienemmillä tehoilla moottori on tehoton: tehoa ei käytännössä toimiteta, mutta kaikki sisäiset kitkahäviöt on absorboitava. Käytännössä tämä voi tarkoittaa, että ajoneuvo voi olla taloudellisempi ajettaessa 120 km/h 6. vaihteella kuin ajettaessa 90 km/h 4. vaihteella.
Tehokaavio koon pienentämiseen:
Viime aikoihin asti valmistajat käyttivät moottoreita, joilla oli suuri sylinterikapasiteetti. VAG-ryhmässä 6.0 (W-) 12-sylinterinen moottori oli esittelykappale muun muassa Audi A8:ssa ja BMW M5:ssä (E60), joka tarjosi korkean suorituskyvyn vapaasti hengittävällä 5 litran V10-moottorilla. Keskiluokan autoissa oli myös suhteellisen suuri moottoritilavuus, esimerkiksi vapaasti hengittävä 2.0 litrainen. Nykyään valmistajat etsivät kaikkia mahdollisia tapoja vähentää päästöjä merkittävästi suorituskyvystä tinkimättä. Yhä useamman moottorin sylinteritilavuus pienenee ja pakokaasuturbo takaa hyvän suorituskyvyn. Näemme tästä esimerkin VW Golfissa, jossa 1.0 litran turbomoottori toimii paremmin ja on taloudellisempi kuin (vanhempi) 1.4 litran moottori ilman turboa:
- VW Golf V vuodelta 2005, moottoritilavuus: 1,4 gallona, omaisuus: 59 kW, kulutus: 6,9 l/100km (1:14.5);
- VW Golf VII vuodelta 2015, moottoritilavuus: 1.0 gallona, omaisuus: 85 kW, kulutus: 4,5 l/100km (1:22,2).
Alla olevat munakaaviot ovat peräisin a ilmakehän moottori, jonka sylinteritilavuus 2,5 gallona ja yksi paineistettu 1,6 litraa moottori. Molempien moottorien suurin vääntömomentti on 240 Nm. Vapaasti hengittävän moottorin vääntömomenttikäyrä on paljon tasaisempi kuin turbomoottorin noin 3000 rpm. Molemmilla moottoreilla suurin vääntömomentti saavutetaan noin 3000 rpm:ssä, mutta näemme, että keskimääräinen tehollinen männänpaine (BMEP) turbomoottorille on 7 baaria suurempi vääntömomentin nopeudella. Korkeampi BMEP johtaa pienempiin virtaushäviöihin kaasunvaihdon aikana ja suurempaan hyötysuhteeseen.
Aiheeseen liittyvät sivut:
