FTN Novi Sad Katedra za motore i vozila Potrošnja goriva Teorija kretanja drumskih vozila Potrošnja goriva

Транскрипт

1

2 Ključni faktori: 1. ENERGIJA potrebna za kretanje vozila na određenoj deonici puta Povećanje E K pri ubrzavanju, pri penjanju, kompenzacija energetskih gubitaka usled dejstva F f i F W Zavisi od parametara vozila i njegove interakcije sa okolinom (c W, A, G, f) Zavisi od parametara voznog ciklusa (profil brzine u vremenu v=v(t), uzdužni nagib podloge (=(s)), promenljivost f (npr. uticaj krivina i dr.)...) 2. ENERGETSKA EFIKASNOST pogonskog motora e odnosno g e, intenzivno varira sa opterećenjem i brojem obrtaja 3. PARAMETRI TRANSMISIJE Raspoloživi prenosni odnosi i način njihovog korišćenja (uticaj na radni režim motora a time na njegovu energetsku efikasnost) Energetski gubici u okviru same transmisije TR POTROŠNJA GORIVA rezultat ukupnog dejstva ovih faktora Za iskazivanje potrošenog goriva u jedinici mase ili zapremine potrebno je poznavati i karakteristike samog goriva (H D, )

3 Određivanje potrošnje goriva Praktičan pristup: Energetska efikasnost motora obično se iskazuje kroz specifičnu efektivnu potrošnju goriva, g E, obrnuto proporcionalnu stepenu korisnosti g E kg kwh količina goriva u [kg] (ili [g]) potrebna da se radom motora dobije 1 kwh mehaničke energije 1 g e η e Tokom eksploatacije motor radi na različitim režimima, g E odnosno e značajno varira, u proseku se može smatrati: esr 15 20% (srednja vrednost nagrubo) Maksimalne vrednosti stepena korisnosti motora u optimalnoj radnoj tački: emax 35% (Oto motor) emax 43% (Dizel motor)

4 Praktično određivanje potrošnje goriva u ustaljenom režimu ŠKOLJKASTI DIJAGRAM linije konstantne specifične efektivne potrošnje g E [g/kwh] u zavisnosti od M i n Parc. kar. M (Nm) g E = g E1 = const (npr. 190 g/kwh) g E = g E2 = const g E = g E3 = const g E1 < g E2 < g E3 <... ( E1 > E2 > E3 >...) g E = g E4 = const g E = g E5 = const g E = g E6 = const (npr. 500 g/kwh) M A F O,Red n A A = s.r.t. n(o/min) g Ei = const - KRIVE KONSTANTNE SPECIFIČNE EFEKTIVNE POTROŠNJE GORIVA kg kwh ILI g kwh Zone najviših stepena korisnosti odnosno minimalne specifične efektivne potrošnje po pravilu se nalaze u zoni većih opterećenja motora, blizu spoljne karakteristike. Na malim opterećenjima energetska efikasnost motora je po pravilu lošija.

5 Praktično određivanje potrošnje goriva u ustaljenom režimu Uticaj opterećenja motora na specifičnu efektivnu potrošnju g E [g/kwh] (primer) EX X% EGR Mereno pri opterećenjima: 25%, 50%, 75% Motor: Lombardini diesel 510 cm 3, 9 kw, jednocilindrični Izvor: Jaliliantabar, F. et al.

6 Praktično određivanje potrošnje goriva u ustaljenom režimu HIPERBOLE KONSTANTNE SNAGE Jedan režim kretanja vozila definisan je parom F O1, v 1 (npr N, 70 km/h). Za ovaj režim potrebna snaga na točku vozila iznosi: P T1 =F O1 v 1 /3600 = const Potrebna snaga motora iznosi: P MOT1 = P T1 / TR = const Pošto je P MOT =Mn/9554, sledi: P MOT = P MOT1 = const Mn=const Odnosno: posmatrani režim kretanja vozila (F O1, v 1 ) se može realizovati pri bilo kojoj radnoj tački motora koja leži na hiperboli: Mn=const =P MOT1 Hiperbola konstantne snage predstavlja krivu Mn=const na dijagramskom prikazu karakteristike motora.

7 Praktično određivanje potrošnje goriva u ustaljenom režimu HIPERBOLE KONSTANTNE SNAGE M M n const M P=P 1 P=P 2 const n P=P 3 - jednačina hiperbole npr N, 100 km/h 1200 N, 70 km/h 1200 N, 45 km/h F O3, v 3 F O2, v 2 F O1, v 1 41,7 kw 1500 N, 100 km/h 23,3 kw 1200 N, 70 km/h 15,0 kw 1200 N, 45 km/h n P 3 > P 2 > P P n 3 M 9554P n 2 M P 9554 n M 1 Napomena: hiperbole konstantne snage nemaju veze sa karakteristikom motora! One samo daju podatke o mogućim kombinacijama M i n za realizaciju date kombinacije F O i v.

8 Praktično određivanje potrošnje goriva u ustaljenom režimu UTICAJ PRENOSNOG ODNOSA NA POTROŠNJU GORIVA Posmatra se režim kretanja F O1,v 1 F O M itr r D TR v 0,377 r i TR D n M M A A i TR = i TR1 M A, n A i TR = i TR2 M B, n B M B M C B C i TR = i TR3 M C, n C i TR1 < i TR2 < i TR3 viši step. pr.... niži step. pr. M FO r i η TR n A D TR n B n C itr v n 0,377 r D n (o/min) Adekvatnim izborom prenosnog odnosa moguće je, u okviru jednog režima kretanja vozila, izabrati režim motora sa optimalnim (u odnosu na raspoložive mogućnosti) stepenom korisnosti. Takvi režimi se po pravilu nalaze u zoni većeg opterećenja ovo se postiže manjim prenosnim odnosima (viši stepeni prenosa)

9 Praktično određivanje potrošnje goriva u ustaljenom režimu Kretanje vozila u stacionarnom režimu (F O = const, v = const) F O v M i TR r D 0,377 r i TR D TR n M =... n =... SA DIJAGRAMA OČITAVAMO g E grafički prikaz na sledećem slajdu Određujemo režim rada motora Parametri režima kretanja vozila (vrednosti za F O i v) moraju biti zadati kao ulazni podaci (ili moramo raspolagati drugim podacima iz kojih ih možemo izračunati)

10 Praktično određivanje potrošnje goriva u ustaljenom režimu Kretanje vozila u stacionarnom režimu (F O = const, v = const) g E =... M n

11 Izračunavanje potrošnje goriva Kretanje vozila u stacionarnom režimu (F O = const, v = const) Odredili smo: g E kg kwh Za poznavanje količine (mase) potrošenog goriva moramo izračunati snagu motora: P M n 9554 g kwh kw KOLIČINA GORIVA POTROŠENOG U JEDINICI VREMENA: Q gep kg, 1000 h

12 Izračunavanje potrošnje goriva Kretanje vozila u stacionarnom režimu (F O = const, v = const) Q gep kg, 1000 h DALJE PRERAČUNAVANJE: V m 3 /h Q ρ gor m, h 3 V l/h 1000 Q, ρ gor l h V km V v l/h, l km V 100 km 100 V km l, 100km V 100km g 100 ρ E gor P v POTROŠNJA U [l/100km] g e (g/kwh), P (kw), gor (kg/m 3 ), v (km/h)

13 u stacionarnom režimu + = KRIVE POTROŠNJE GORIVA U ZAVISNOSTI OD BRZINE I STEPENA PRENOSA Izvor: Walentowitz! I uštednom stepenu može doći do narušavanja optimalne ekonomičnosti ukoliko dođe do rada motora na režimu sa suviše velikim g e! Za svaki stepen prenosa postoji optimalna brzina sa stanovišta potrošnje, tako da sa smanjenjem brzine potrošnja raste zbog rada motora u području većih g e! Manja potrošnja goriva postiže se u višim stepenima prenosa zbog većeg opterećenja motora i odgovarajućih povoljnih vrednosti g e, a ne zbog sniženja broja obrtaja!

14 u nestacionarnom režimu F O const, v const tj. F O =F O (t), v=v(t), g E =g E (t) P T de dt POG E POG T 0 P (t) dt T τ 0 P (t) dt f τ 0 P W (t) dt τ 0 P IN (t) dt τ 0 P (t) dt α Pristup: posmatrani interval (0 T) se deli na niz manjih podintervala, t i (T i-1 T i ) E POG P fi t i + P Wi t i + P INi t i + P i t i Praktična primena: Za svako t i odredi se F oi, uzimajući da tokom trajanja t i približno važi: v i const, a i (v i-1 v i )/ t i Za svaki od intervala t i odredi se parcijalna potrošnja goriva Q i prema prethodno prikazanom postupku Odredi se ukupna potrošnja goriva kao Q = Q i

15 u nestacionarnom režimu Potrebno je poznavati vozni ciklus i uslove rada (profil brzine v=v(t) itd.) Parcijalni vremenski intervali t i treba da budu što manji Obično veliki broj podintervala neophodna upotreba računara U režimu usporenja potrebno je znati karakteristiku potrošnje goriva pri kočenju motorom ili radu na praznom hodu, udeo sile kočenja koji se ostvaruje frikcionim putem, karakteristike rekuperativnog sistema ukoliko postoji Napomena: motor radi na nestacionarnom režimu karakteristika odstupa od stacionarne ali odstupanja nisu znatna (podaci stacionarne krakteristike su upotrebljivi u praksi); stvarna potrošnja u nestacionarnim uslovima je za 2-5% veća (The Automotive Chassis Vol. 2)

16 u nestacionarnom režimu Standardni vozni ciklusi INFORMATIVNO Izvor: Vehicle Propulsion Systems Standardni evropski vozni ciklus: MVEG-95 = 4xECE + 1xEUDC Standardizovani ciklus omogućava međusobnu uporedivost potrošnje goriva kod različitih vozila.

17 u nestacionarnom režimu Standardni vozni ciklusi INFORMATIVNO Izvor: Vehicle Propulsion Systems Standardni SAD vozni ciklus

18 Struktura potrošnje goriva u različitim režimima kretanja - primer u nestacionarnom režimu INFORMATIVNO Izvor: The Automotive Chassis Vol.2