Ključni faktori: ENERGIJA potrebna za kretanje vozila na određenoj deonici puta Zavisi od parametara vozila i njegove interakcije sa okolinom (c W, A, G, f) Zavisi od parametara voznog ciklusa (profil brzine u vremenu vv(t), uzdužni nagib (αα(s)), promenljivost f (npr. uticaj krivina)...) ENERGETSKA EFIKASNOST pogonskog motora η e odnosno g e, intenzivno varira sa opterećenjem i brojem obrtaja 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 η 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, ρ)
ENERGIJA potrebna za kretanje vozila P T de dt E τ PT (t) dt 0 E energija potrebna za kretanje vozila u vremenskom intervalu dužine τ (tj. na određenoj deonici puta) P T potrebna snaga na pogonskom točku P T (t) P f (t) + P W (t) + P IN (t) + P α (t) E E f + E W + E IN + E α Ukupna energija potrebna za kretanje vozila u određenom vremenskom intervalu tj. na određenoj deonici puta jednaka je sumi energija potrebnih za savlađivanje parcijalnih otpora kretanja. Ova energija se pogonskom točku dovodi od goriva, preko motora i transmisije, uz gubitke.
ENERGETSKA EFIKASNOST pogonskog motora Maksimalne vrednsti stepena korisnosti motora: η emax 35% (Oto motor) η emax 43% (Dizel motor) Tokom eksploatacije motor radi na različitim itim režimima, η značajno ajno varira, u proseku se može smatrati: η e 15 20% (srednja vrednost) Energetska efikasnost motora obično se iskazuje kroz specifičnu efektivnu potrošnju goriva, g E, obrnuto proporcionalnu stepenu korisnosti g E kg kw h količina goriva u [kg] (ili [g]) potrebna da se radom motora dobije 1 kwh mehaničke energije
M A ENERGETSKA EFIKASNOST pogonskog motora ŠKOLJKASTI DIJAGRAM linije konstantne specifične efektivne potrošnje g E [g/kwh] ucrtane na brzinskoj karakteristici motora M (Nm) n A g E g E1 const (npr. 190 g/kwh) A g E g E2 const g E g E3 const g E g E4 const g E g E5 const n(o/min) g E g E6 const (npr. 500 g/kwh) KRIVE KONSTANTNE SPECIFIČNE EFEKTIVNE POTROŠNJE GORIVA kg kw h g E1 < g E2 < g E3 <... ILI g kw h 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.
UTICAJ PARAMETARA TRANSMISIJE 1. Uticaj stepena korisnosti E τ 0 P T (t) dt η TR τ 0 P mot (t) dt Izvor: Audi, Wallentowitz Procentualno povećanje η TR dovodi do smanjenja potrebne energije u istom procentu!
UTICAJ PARAMETARA TRANSMISIJE 2. Uticaj prenosnih odnosa i njihovog izbora (strategija upravljanja menjačem) Odgovarajućim izborom stepena prenosa tj. prenosnog odnosa omogućava se rad motora u području niže specifične efektivne potrošnje, za isti režim kretanja vozila. detaljnije u nastavku
HIPERBOLE KONSTANTNE SNAGE Jedan režim kretanja vozila definisan je parom F O1, v 1. 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 /η TR const Pošto je P MOT M n/9554, sledi: P MOT P MOT1 const M nconst Odnosno: posmatrani režim kretanja vozila (F O1, v 1 ) može realizovati pri bilo kojoj radnoj tački motora koja leži na hiperboli: M nconst Hiperbola konstantne snage predstavlja krivu M nconst na dijagramskom prikazu karakteristike motora.
HIPERBOLE KONSTANTNE SNAGE M n const M const n - jednačina hiperbole M P 3 > P 2 > P 1 9554 P n M 3 n 9554 P n M 2 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.
UTICAJ PRENOSNOG ODNOSA NA POTROŠNJU GORIVA Posmatra se režim kretanja F O1,v 1 P T const, P const P A P B P C M M A A M B M C B C Zadati režim kretanja vozila (npr: F O1, v 1 ) može se realizovati za bilo koji radni režim motora koji odgovara potrebnoj snazi. n A n B n C n (o/min) Za zadati režim kretanja vozila (F O1,v 1 ), režim rada motora jednoznačno određuje prenosni odnos transmisije i TR.
UTICAJ PRENOSNOG ODNOSA NA POTROŠNJU GORIVA Posmatra se režim kretanja F O1,v 1 F O M itr η 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 B i TR i TR3 M C, n C M C n A n B n C C n (o/min) Adekvatnim izborom prenosnog odnosa moguće je, u okviru jednog režima kretanja vozila, izabrati režim motora sa boljim stepenom korisnosti. Takvi režimi se po pravilu nalaze u zoni većeg opterećenja ovo se postiže manjim prenosnim odnosima (viši stepeni prenosa)
Izračunavanje potrošnje goriva Kretanje vozila u stacionarnom režimu (F O const, v const) F O v M i TR r η D 0,377 r i 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 zadate kao ulazni podaci (ili moramo raspolagati drugim podacima iz kojih ih možemo izračunati)
Izračunavanje potrošnje goriva Kretanje vozila u stacionarnom režimu (F O const, v const) g E... M n
Izračunavanje potrošnje goriva Kretanje vozila u stacionarnom režimu (F O const, v const) Odredili smo: g E kg kw h Za poznavanje količine ine (mase) potrošenog goriva moramo izračunati snagu motora: P M n 9554 g kw h kw KOLIČINA GORIVA POTROŠENOG U JEDINICI VREMENA: Q ge P kg, 1000 h
Izračunavanje potrošnje goriva Kretanje vozila u stacionarnom režimu (F O const, v const) Q ge P 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 100km 100 V km l, 100km V 100km g 100 ρ E gor P v POTROŠNJA U [l/100km] g e (g/kwh), P (kw), ρ gor (kg/m 3 ), v (km/h)
u stacionarnom režimu + 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 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!
u nestacionarnom režimu F O const, v const tj. F O F O (t), vv(t) OPŠTI POSTUPAK KOD IZRAČUNAVANJA: Potrebno je poznavati vozni ciklus i uslove rada (profil brzine vv(t) itd.) Ciklus se deli na vremenske intervale (što manji intervali t) Obično veliki broj tačaka aka upotreba računara Za svaki interval izračunati potrošnju goriva kao za stacionarni, uzimajući u obzir i srednju vrednost inercijalne sile 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) U svakom intervalu potrebno je uzeti u obzir da li se vozilo nalazi u režimu pogona ili kočenja / mirovanja / slobodnog kotrljanja (F O <,, > 0) Odrediti ukupnu potrošnju goriva kao zbir iz niza posmatranih malih vremenskih intervala V UK ΣV i
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.
u nestacionarnom režimu Standardni vozni ciklusi INFORMATIVNO Izvor: Vehicle Propulsion Systems Standardni SAD vozni ciklus
Struktura potrošnje goriva u različitim režimima kretanja - primer u nestacionarnom režimu INFORMATIVNO Izvor: The Automotive Chassis Vol.2