Przedmioty:
- Specyficzne zużycie paliwa
- Sprawność silnika
- Schemat mocy / schemat jajka
- Schemat zmniejszania zasobów
Specyficzne zużycie paliwa:
Zazwyczaj zużycie paliwa przez pojazd wyrażamy w liczbie przejechanych kilometrów na litr, np.: 1:15. W dokumentacji pojazdu często podaje się litry na 100 km. Uwzględniono warunki jazdy, tj opory jazdy które odgrywają główną rolę.
Dla techników interesująca jest informacja, ile paliwa kosztuje dostarczenie określonej mocy w określonym czasie. Zużycie to wyrażane jest w kilogramach paliwa na godzinę (B). Kiedy patrzymy na kilowat, mówimy o konkretnym zużyciu paliwa (be), wyrażonym w g/kWh.
Specyficzne zużycie paliwa można uwzględnić na wykresie momentu obrotowego i mocy pojazdu. Z wykresu wynika, że jednostkowe zużycie paliwa w warunkach pełnego obciążenia jest ostatnie, gdy moment obrotowy silnika przekracza nieco wartość maksymalną.
Sprawność silnika:
Najniższe jednostkowe zużycie paliwa uzyskujemy tam, gdzie sprawność silnika jest najwyższa. Moc wyrażana jest w watach lub dżulach/s. Dostarczona moc to zawartość ciepła w paliwie, która jest równa jednostkowemu zużyciu paliwa (be) * dostarczonej mocy (P) * właściwemu ciepłu spalania (H).
Schemat mocy / schemat jajka:
Podczas fazy testowej każdego (nowego) silnika przeprowadzany jest pomiar jednostkowego zużycia paliwa. W ramach tego pomiaru zużycie paliwa przeprowadza się na stanowisku badawczym silnika lub stanowisku badawczym mocy przy różnych prędkościach i zmiennym obciążeniu silnika. Obciążenie reguluje się poprzez stopniowe i głębsze wciśnięcie pedału gazu, tak aby z każdym krokiem silnik dostarczał o kilka kW więcej mocy. W ten sposób przełączany jest cały zakres prędkości.
Poniższy obrazek przedstawia przedstawiony wykres zużycia paliwa, zwany także „wykresem jajka”. Wyspy wskazują zużycie paliwa w g/kWh. Linie te (w kształcie jajka) łączą punkty, których jednostkowe zużycie paliwa jest takie samo. Najmniejsza wyspa daje prędkość około 3000 obr./min. najniższe zużycie paliwa, czyli 240 g/kWh. Nazywamy to „słodkim miejscem”. Przy takich prędkościach i obciążeniach silnik jest najbardziej ekonomiczny.
Objaśnienie linii na diagramie Ei:
- Oś pionowa: moment obrotowy w Nm;
- Oś pozioma: prędkość wału korbowego;
- Niebieska linia: krzywa momentu obrotowego silnika;
- Zielone linie: linie energetyczne w kW;
- Czarne wyspy: obszary konsumpcji
(Zielone) linie energetyczne wyraźnie pokazują, że wraz ze spadkiem prędkości moment obrotowy (a tym samym średnie ciśnienie spalania) musi rosnąć, aby utrzymać tę samą moc. Obserwujemy także spadek zużycia paliwa. Minimalne zużycie paliwa wynoszące 240 gramów na kWh osiąga się przy prędkości obrotowej około 3000 obr./min i mocy wyjściowej około 85 kW. Zużycie paliwa tego samochodu wynosi średnio 9 l/100 km.
Oznacza to, że silnik jest najbardziej ekonomiczny, gdy musi dostarczyć około 45% całkowitej mocy. Przy niższych mocach silnik jest nieefektywny: praktycznie nie jest dostarczana żadna moc, ale wszystkie straty tarcia wewnętrznego muszą zostać pochłonięte. W praktyce może to oznaczać, że pojazd może być bardziej ekonomiczny podczas jazdy z prędkością 120 km/h na 6. biegu niż przy prędkości 90 km/h na 4. biegu.
Schemat mocy dla downsizingu:
Do niedawna producenci stosowali silniki o dużej pojemności skokowej. W grupie VAG 6.0-cylindrowy silnik 12 (W-) był wizytówką m.in. Audi A8 i BMW M5 (E60) oferujący wysokie osiągi z wolnossącym 5-litrowym silnikiem V10. Samochody klasy średniej były także wyposażone w silnik o stosunkowo dużej pojemności, np. wolnossący o pojemności 2.0 litra. Obecnie producenci szukają wszelkich możliwych sposobów drastycznego ograniczenia emisji bez utraty wydajności. Widzimy, że pojemność cylindrów coraz większej liczby silników staje się coraz mniejsza, a turbosprężarka spalinowa zapewnia dobre osiągi. Widzimy tego przykład w VW Golfie, gdzie silnik 1.0 litra z turbosprężarką radzi sobie lepiej i jest bardziej ekonomiczny niż (starszy) silnik 1.4 litra bez turbosprężarki:
- VW Golf V z 2005 roku, pojemność silnika: 1,4 litr, aktywa: 59 XNUMX kW, zużycie: 6,9 l/100km (1:14.5);
- VW Golf VII z 2015r., pojemność silnika: 1.0 litr, aktywa: 85 XNUMX kW, zużycie: 4,5 l/100km (1:22,2).
Poniższe diagramy jaj pochodzą z a atmosferyczny silnik o pojemności skokowej 2,5 litr i jeden pod ciśnieniem 1,6 litra silnik. Obydwa silniki zapewniają maksymalny moment obrotowy 240 Nm. Krzywa momentu obrotowego silnika wolnossącego jest znacznie bardziej płaska niż w przypadku silnika turbo w okolicach 3000 obr./min. W przypadku obu silników maksymalny moment obrotowy osiągany jest przy około 3000 obr./min, ale widzimy, że średnie efektywne ciśnienie tłoka (BMEP) dla silnika turbo jest o 7 barów wyższy przy prędkości obrotowej momentu obrotowego. Wyższy BMEP prowadzi do mniejszych strat przepływu podczas wymiany gazowej i wyższej wydajności.
