Предметы:
- Удельный расход топлива
- КПД двигателя
- Схема питания/диаграмма яйца
- Диаграмма сокращения активов
Удельный расход топлива:
Обычно мы выражаем расход топлива автомобиля в количестве пройденных километров на литр, например: 1:15. В документации автомобиля часто указываются литры на 100 км. Учитывались условия движения, т.е. сопротивление вождению это играет главную роль.
Техническим специалистам интересно знать, сколько топлива стоит для обеспечения определенной мощности в течение определенного периода времени. Этот расход выражается в килограммах топлива в час (В). Когда мы смотрим на киловатт, мы говорим об удельном расходе топлива (be), выраженном в г/кВтч.
Удельный расход топлива можно включить в диаграмму крутящий момент-мощность автомобиля. На этой диаграмме видно, что удельный расход топлива в условиях полной нагрузки является последним, когда крутящий момент двигателя чуть превышает максимальный.
КПД двигателя:
Наименьший удельный расход топлива мы получаем в условиях, когда КПД двигателя самый высокий. Мощность выражается в Ваттах или Джоулях/с. Подведенная мощность – это теплосодержание топлива, которое равно удельному расходу топлива (be) * подводимой мощности (P) * удельной теплоте сгорания (H).
Схема питания/схема яйца:
На этапе испытаний каждого (нового) двигателя производится измерение удельного расхода топлива. При этом измерении расход топлива проводится на испытательном стенде двигателя или силовом испытательном стенде на разных скоростях и при переменных нагрузках двигателя. Нагрузка регулируется путем постепенного нажатия педали акселератора, так что с каждым шагом двигатель выдает на несколько кВт больше мощности. Таким образом, циклически проходится весь диапазон скоростей.
На изображении ниже изображена диаграмма расхода топлива, также называемая «яйцевой диаграммой». Острова указывают расход топлива в г/кВтч. Эти линии (яйцеобразные) соединяют точки, удельный расход топлива которых одинаковый. Самый маленький остров дает скорость около 3000 об/мин. самый низкий расход топлива, а именно 240 г/кВтч. Мы называем это «сладким местом». Двигатель наиболее экономичен при таких оборотах и нагрузках.
Пояснения к линиям на диаграмме Ei:
- Вертикальная ось: крутящий момент в Нм;
- Горизонтальная ось: частота вращения коленчатого вала;
- Синяя линия: кривая крутящего момента двигателя;
- Зеленые линии: линии электропередачи в кВт;
- Черные острова: зоны потребления
(Зеленые) линии мощности ясно показывают, что с уменьшением скорости крутящий момент (и, следовательно, среднее давление сгорания) должен увеличиваться, чтобы поддерживать ту же мощность. Также мы видим снижение расхода топлива. Минимальный расход топлива 240 грамм на кВтч достигается при частоте вращения около 3000 об/мин при выходной мощности примерно 85 кВт. Расход топлива у этого автомобиля составляет в среднем 9 л/100 км.
Это означает, что двигатель наиболее экономичен, когда ему приходится выдавать примерно 45% общей мощности. При более низких мощностях двигатель неэффективен: мощность практически не передается, но все потери на внутреннее трение должны быть поглощены. На практике это может означать, что автомобиль может быть более экономичным при движении со скоростью 120 км/ч на 6-й передаче, чем при движении со скоростью 90 км/ч на 4-й передаче.
Схема мощности при уменьшении:
До недавнего времени производители использовали двигатели с большим объемом цилиндров. В группе VAG 6.0-цилиндровый двигатель 12 (W-) был образцовым, среди прочего, на Audi A8 и BMW M5 (E60), предлагая высокую производительность с безнаддувным 5-литровым двигателем V10. Автомобили среднего класса также оснащались двигателями сравнительно большого объёма, например атмосферным 2.0 л. Сегодня производители ищут все возможные способы резко сократить выбросы без ущерба для производительности. Мы видим, что объем цилиндров все большего числа двигателей становится меньше, а турбонаддув на выхлопных газах обеспечивает хорошую производительность. Пример этого мы видим на VW Golf, где 1.0-литровый двигатель с турбонаддувом работает лучше и экономичнее, чем (более старый) 1.4-литровый двигатель без турбонаддува:
- VW Golf V с 2005 года, объем двигателя: 1,4 литр, ресурсы: 59 кВт, потребление: 6,9/100км (1:14.5);
- VW Golf VII с 2015 года, объем двигателя: 1.0 литр, ресурсы: 85 кВт, потребление: 4,5/100км (1:22,2).
Схемы яиц ниже взяты из атмосферный двигатель с объемом цилиндров 2,5 литр и один наддувный 1,6 л. двигатель. Оба двигателя развивают максимальный крутящий момент 240 Нм. Кривая крутящего момента безнаддувного двигателя намного более пологая, чем у турбодвигателя, около 3000 об/мин. У обоих двигателей максимальный крутящий момент достигается примерно при 3000 об/мин, но мы видим, что среднее эффективное давление поршня (BMEP) для турбодвигателя на 7 бар выше при крутящем моменте. Более высокий BMEP приводит к меньшим потерям потока при газообмене и более высокому КПД.
