8 Определение расхода топлива тепловозами и электрической энергии электровозами
8.1 Расход топлива тепловозами
Фактический (натурный) расход дизельного топлива тепловозом на заданном участке в кг определяется по формуле
Е = Σ Gi Δti + gхtх, (8.1)
где Gi – расход топлива тепловозом на i-ой позиции контроллера машиниста nк в зависимости
от скорости движения, для 3ТЭ10 на максимальной позиции Gmax = 25,2 кг/мин;
Δti – время работы дизеля на i-ой позиции контроллера машиниста, время движения в тяге
Δtтяги = 28,34 мин.
gх – расход топлива тепловозом на холостом ходу, gх = 1,14 кг/мин;
tх
Е = 25,2·28,34 + 1,14·10,08=725,65 кг.
Для сравнения расхода топлива различными сериями локомотивов и для разработки норм расхода топлива рассчитывается удельный расход топлива, затраченный на единицу транспортной продукции.
Единицей продукции на железнодорожном транспорте является перевозочная работа, выраженная в 10 тыс. тонно-километрах брутто (104 т·км брутто), или пробег локомотивов, выраженный в 100 локомотиво-километрах (102 л·км).
Удельный натурный расход топлива, затраченный на единицу перевозочной работы определяется по формуле
е
= 10000·Е / m
где е – удельный расход топлива; кг/104 т·км брутто;
mc – масса состава, mc = 7000 т;
L – длина
участка, L = 21,75 км.
е = 10000·725,65 / 7000·21,75 = 47,661 кг/104 т·км брутто,
Топливо характеризуется различными значениями теплоты сгорания. Для сравнения тепловой ценности, например, угля и дизельного топлива, введено понятие условного топлива. Теплота сгорания 1 кг условного топлива принимается равной 29307 кДж (7000 ккал), что соответствует теплоте сгорания каменного угля и антрацита с невысоким содержанием балласта. Теплота сгорания дизельного топлива в среднем составляет 42624 кДж/кг, поэтому эквивалент (коэффициент) перевода дизельного топлива в условное топливо будет равен 1,45. По теплотворной способности 1 кВт·ч равен 3600 кДж (860 ккал) или эквивалентен 122,8 г условного топлива (1 кг.у.т = 8,143 кВт·ч).
Условный удельный еу расход топлива
еу = 1,45 · 47,661 = 69,108 кг.у.т/104 т·км брутто.
9. Проверка тяговых машин локомотивов на нагрев
9.1. Общие сведения
Нагревание тяговой электрической машины локомотива зависит от величины тока, проходящего через её обмотки. Чем больший ток проходит через ее обмотки, тем сильнее нагреваются ее части.
При малом нагреве изоляции ее изоляционные свойства сохраняются долго, а при высоких температурах происходит интенсивный процесс ее старения и потери изоляционных свойств.
При рассмотрении процессов нагревания тяговых электрических машин используется не температура этой машины, а превышение её температуры над температурой окружающего воздуха.
Наибольшую силу тяги при расчете массы состава принимают с учетом ограничения по коммутации тяговых электродвигателей или по сцеплению колес с рельсами. Однако, кроме этих ограничений, на электроподвижном составе необходимо учитывать ограничение по нагреванию ТЭД.
Расчетная температура наружного воздуха tнв определяется по данным метеорологических станций как средняя многолетняя (не менее чем за 5 лет)
В том случае, когда
температура оказывается летом менее
+15ºС, а зимой ниже нуля, за расчетную
температуру берется соответственно
+15ºС и нуль.
В курсовом проекте температуру наружного воздуха в момент отправления поезда со станции принимаем равной tнв = +15ºС.
Для тяговых электродвигателей ГОСТ 2582-81 устанавливает продолжительный и часовой режимы работы. Продолжительный режим определяется наибольшим током, при котором работа в течение неограниченного времени при номинальном напряжении не вызывает превышения предельно допустимых температур. Часовой режим определяется наибольшим током, при котором работа электродвигателя от холодного состояния в течение 1 ч при номинальном напряжении не вызывает предельно допустимых температур.
Для тяговых генераторов устанавливаются продолжительные режимы при наименьшем и наибольшем напряжении.
Проверка электрических машин тепловозов на нагрев делается только в том случае, если на труднейших подъемах вводится ограничение скорости движения поезда ниже расчетной скорости тепловоза.
Если расчетное превышение температуры окажется выше допустимого, необходимо принять следующие меры к снижению температуры:
— изменить режим ведения поезда;
— ввести остановку на промежуточной станции для охлаждения тяговых электрических
машин;
— уменьшить массу состава.
Как правильно компании определить нормы расхода топлива?
Периодичность и порядок пересмотра временных норм расхода топлива организация вправе определить самостоятельно
11.12.2018Российский налоговый порталОтвет подготовил:
Эксперт службы Правового консалтинга ГАРАНТ
профессиональный бухгалтер Башкирова Ираида
Ответ прошел контроль качества
Организация, находящаяся на общей системе налогообложения и не являющаяся специализированной транспортной компанией, арендует автотранспортные средства для осуществления производственной, хозяйственной деятельности. В приказе Минтранса о нормах расхода топлива отсутствуют данные о нормах расхода топлива по маркам автотранспортных средств, арендуемых организацией. Техническая документация отсутствует. Каким образом определить нормы расхода топлива по следующим видам автотранспортных средств: ГАЗ 2824BJ; МАЗ 5440 B5 — 8420-031 (Тягач) + прицеп; ГАЗ 3221, ГАЗ 2824 LU; ГАЗ 2217, ГАЗ 3010FD?
Рассмотрев вопрос, мы пришли к следующему выводу:
В сложившейся ситуации организация вправе самостоятельно разработать и утвердить временные нормы расхода топлива на основании результатов испытаний, контрольных замеров, проведенных комиссией и зафиксированных в акте контрольного замера расхода топлива.
При этом во избежание споров с налоговыми органами целесообразно обратиться в специализированную организацию для разработки норм расхода топлива для указанных в вопросе автомобилей.
Обоснование вывода:
Методические рекомендации «Нормы расхода топлив и смазочных материалов на автомобильном транспорте» (введены распоряжением Минтранса РФ от 14.03.2008 N АМ-23-р) (далее — Рекомендации) предназначены для автотранспортных предприятий, организаций, занятых в системе управления и контроля, предпринимателей и другое, независимо от форм собственности, эксплуатирующих автомобильную технику и специальный подвижной состав на шасси автомобилей на территории РФ (п. 1 Рекомендаций).
При этом ФНС России письмом от 15.04.2008 N СК-6-5/281 разослала Рекомендации нижестоящим налоговым органам «для руководства в работе» (смотрите также письмо ФНС России от 21.09.2015 N АС-4-10/16581@).
Пунктом 3 Рекомендаций определено, что нормы расхода топлив и смазочных материалов на автомобильном транспорте предназначены, в частности, для расчетов по налогообложению предприятий.
В связи с эти представители финансового и налогового ведомств разъясняют, что в целях налогообложения при признании расходов на ГСМ следует учитывать нормы, утвержденные Рекомендациями.
В данной ситуации Рекомендации не содержат данных по указанным в вопросе транспортным средствам.
Исходя из п. 6 Рекомендаций, если организация не нашла в Рекомендациях нормы для используемого ею автомобиля, то для разработки этих норм ей следует обратиться в специализированную организацию, например в Центральный научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт (НАМИ — www.nami.ru) или Научно-исследовательский институт автомобильного транспорта (НИИАТ — www.niiat.ru).
Разработанные таким образом базовые нормы утверждаются приказом руководителя организации и применяются для расчета нормативного значения расхода топлива, учитывающего выполняемую транспортную работу и условия эксплуатации автомобиля, в соответствии с положениями Рекомендаций по расходу ГСМ.
Специалисты финансового и налогового ведомств разъясняют, что в отношении автомобилей, для которых нормы расхода ГСМ не утверждены, при определении норм расхода топлива налогоплательщику следует руководствоваться соответствующей технической документацией и (или) информацией, предоставляемой изготовителем автомобиля (смотрите, например, письма Минфина России от 17.11.2011 N 03-11-11/288, от 03.09.2010 N 03-03-06/2/57, от 14.01.2009 N 03-03-06/1/15, УФНС России по г. Москве от 30.12.2009 N 16-15/139308, от 03.11.2009 N 16-15/115253). Причем такие нормы могут применяться только до утверждения норм, разработанных специализированной организацией (письма Минфина России от 22.06.2010 N 03-03-06/4/61, от 10.06.2011 N 03-03-06/4/67, от 11.07.2012 N 03-03-06/4/71).
По нашему мнению, учитывая, что в данной ситуации нормы расхода топлива в технической документации отсутствуют, организация вправе утвердить временные нормы расхода топлива самостоятельно, на основании результатов испытаний, контрольных замеров, проведенных комиссией и зафиксированных в акте контрольного замера расхода топлива. Также организация для установления временных норм вправе обратиться к изготовителю для получения необходимой информации.
Периодичность и порядок пересмотра временных норм расхода топлива организация вправе определить самостоятельно. При этом порядок и периодичность пересмотра временных норм расхода топлива следует закрепить в учетной политике для целей налогообложения.
Результаты замеров, как правило, оформляются актом контрольного замера расхода топлива для конкретной марки (модели) автомобиля произвольной формы. При разработке подобных норм необходимо также учитывать:
— конструктивные особенности автомобиля (марка двигателя; рабочий объем двигателя, его мощность и тип, количество передач), его техническое состояние;
— режим эксплуатации автомобиля;
— дорожно-транспортные, климатические и иные факторы.
Кроме того, могут быть предусмотрены поправочные коэффициенты (например при эксплуатации в зимнее время, в городских условиях).
Необходимо заметить, что положениями НК РФ не предусмотрено нормирование рассматриваемых расходов. На это указывают и представители финансового ведомства в своих письменных разъяснениях. При этом отмечается, что при определении обоснованности произведенных затрат на приобретение топлива для служебного автомобиля налогоплательщик вправе ориентироваться на Рекомендации (письма Минфина России от 27.01.2014 N 03-03-06/1/2875, от 03.06.2013 N 03-03-06/1/20097, от 30.01.2013 N 03-03-06/2/12). То есть специалисты Минфина России подтверждают, что налогоплательщики вправе, но не обязаны руководствоваться Рекомендациями.
В постановлении Восьмого арбитражного апелляционного суда от 30.04.2014 N 08АП-2428/14 судами также установлено, что из содержания пп. 5 п. 1 ст. 254 и пп. 11 п. 1 ст. 264 НК РФ следует однозначный вывод о том, что условие о лимитах по учету расходов установлено только в отношении компенсаций за использование для служебных поездок личного транспорта (а не служебного, о расходах на который рассматривается вопрос в настоящем конкретном случае).
В постановлении ФАС Центрального округа от 04.04.2008 N А09-3658/07-29 суд также указал, что НК РФ не предусмотрено нормирование ГСМ в целях налогообложения прибыли, а нормы расхода топлива, утвержденные Минтрансом России, носят рекомендательный характер. При этом ВАС РФ не нашел оснований для пересмотра этого решения (определение ВАС РФ от 14.08.2008 N 9586/08).
Заметим, что судебные органы в большинстве своих решений указывают, что НК РФ не содержит положений, ограничивающих принятие к учету для целей налогообложения расходов на ГСМ, расходов на содержание служебного транспорта какими-либо нормами (постановления ФАС Уральского округа от 12.10.2010 N Ф09-8425/10-С3, ФАС Северо-Кавказского округа от 15.12.2010 N А53-3254/2010, ФАС Московского округа от 28.09.2007 N КА-А41/9866-07, ФАС Северо-Западного округа от 01.06.2005 N А05-26242/04-10).
Есть также решение суда, который допускает применение самостоятельно утвержденных норм (постановление АС Северо-Кавказского округа от 25.09.2015 N Ф08-5527/15).
Таким образом, налоговым законодательством расходы на ГСМ прямо не отнесены к нормируемым, поэтому организация может учесть расходы на ГСМ в размере фактических затрат.
Однако это не исключает необходимости представлять доказательства того, что произведённые расходы являются экономически обоснованными, в частности, в случае, когда ГСМ были использованы сверх норм, установленных налогоплательщиком самостоятельно (определение ВАС РФ от 09.07.2012 N ВАС-8327/12).
Также обращаем Ваше внимание, что существует и отрицательная для налогоплательщиков практика. Например, в постановлении ФАС Западно-Сибирского округа от 01.12.2008 N Ф04-7500/2008(16942-А27-37) суд признал неправомерным списание организацией в расходы по налогу на прибыль затрат на ГСМ в части, превышающей установленные Минтрансом России нормы расхода топлива.
Поэтому, учитывая, в том числе, и тот факт, что в данной ситуации в организации используется большое количество транспортных средств, на которые Рекомендациями не установлены нормы расхода топлива, во избежание споров с налоговыми органами рекомендуем обратиться в специализированную организацию для разработки норм расхода топлива для каждого конкретного автомобиля.
До утверждения норм расхода топлива специализированной организации налогоплательщик вправе использовать временные нормы расхода топлива, определенные организацией самостоятельно и утвержденные руководителем организации.
Определение расхода топлива — Энциклопедия по машиностроению XXL
При проектировании печи тепловой баланс составляется для определения расхода топлива в топливных печах или мощности в электропечах. Обычно тепловой баланс составляют на единицу времени, а для печей периодического действия — на период обработки. Рассмотрим поступление теплоты (Вт) в печи. [c.175]После определения расхода топлива и подсчета по выражениям (2-99) и (2-100) видимых тепловых напряжений решетки или зеркала горения и объема топочной камеры проверяют их допустимость. При определении расхода топлива необходимо учитывать и теплоту в продувке по выражению (2-69), величина которой может быть принята в пределах от 0,05 до 0,10 от D котлоагрегата. При сжигании твердого топлива расчетный расход топлива определяется с учетом поправки на механическую неполноту сгорания топлива по формуле (2-81). После составления теплового баланса котлоагрегата и определения расхода топлива производят расчет топочного устройства, приняв внесенную теплоту равной теплоте сгорания топлива. [c.80]
Этим уравнением обычно пользуются либо для определения расхода топлива на котельный агрегат по известной величине к. п. д. агрегата брутто, либо для определения к. п. д. котельного агрегата брутто по известному расходу топлива на котельный агрегат. [c.305]
Определение расхода топлива (расходомерное устройство на агрегат и на цех в целом). [c.90]
Сушка топочными газами. Для получения характеристики теплоносителя и определения расхода топлива пользуются следующими формулами. [c.133]
Определение расхода топлива, воздуха, веса продуктов сгорания и к. п. д. топки.
[c.255]
Пример определения расхода топлива приведён в табл. Д. [c.155]
Определение расхода топлива (электроэнергии) [c.156]
ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА [c.56]
При модернизации котлов и увеличении тепловой мощности топочной камеры возникает необходимость установки на стенах топки новых экранных поверхностей, обеспечивающих надлежащее снижение температуры газов в конце топки. При выборе величины экранирования следует учитывать, что с ростом поверхности нагрева экранов на стенах топочной камеры будет изменяться температура газов в конце топки, что в некоторых случаях может повлечь за собой снижение температуры перегретого пара. С другой стороны, недостаточная лучевоспринимающая поверхность нагрева в топке приводит к шлакованию стен, в особенности при камерном способе сжигания твердого топлива недостаточное закрытие экранами стен топочной камеры при сжигании газа и мазута приводит к быстрому разрушению обмуровки топки. При определении расхода топлива в модернизированных котлах необходимо учитывать, что температура уходящих газов в зависимости от температуры питательной воды и расчетной стоимости топлива (для котлов при давлении свыше 30 ат), руб т у. т., должна приниматься по табл. 4-10. Если существующие хвосто- [c.107]
Поэтому количество тепла, отпускаемого котельной на отопление, а следовательно, и потребляемое количество топлива при автоматическом и ручном управлении также будут различны. Расход топлива на отопление, средний за отопительный сезон, может быть определен на основании статистических данных или расчетным путем на основании отопительного графика. Определить расход топлива на основании статистических данных сложно, так как расход топлива различен для каждой из котельных и, кроме того, меняется из года в год в зависимости от климатических условий. Использование отопительного графика для определения расхода топлива значительно облегчает задачу.
[c.253]
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА [c.306]
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА НА КОНДЕНСАЦИОННУЮ ВЫРАБОТКУ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА ПАРОТУРБИННЫХ ГРЭС [c.308]
Значительно сложнее определение расхода топлива на отпущенное тепло, если пар из котельной используется в паровых турбинах, а потребителям отпускается тепло пара, отработавшего в паровых турбинах. Комбинированная выработка электроэнергии и тепла дает значительную экономию топлива. В зависимости от методов расчета эту экономию распределяют на выработку электроэнергии и тепла. [c.333]
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА НА ОПРЕСНИТЕЛЬНУЮ УСТАНОВКУ [c.60]
При определении расхода топлива к. п. д. котлоагрегата брутто вычисляется из уравнения теплового баланса [Л. 48] или принимается по данным электростанции. [c.110]
Определение расхода топлива в переводе его на условное необходимо как для тех электростанций, на которых используются не один, а несколько видов топлива с разной калорийностью, так и для сравнения между собой экономичности работы электростанций, работающих на разных видах топлива. Даже для станций с однородным топливом при определении экономичности их работы необходимо выявлять удельный расход топлива в переводе его на условное, так как различные партии топлива имеют различную калорийность и в зависимости от этого расход натурального топлива на одну и ту же выработку меняется. [c.494]
Рассмотрим на примере определение расхода топлива на выполненную транспортную работу. [c.402]
Удельный расход условного топлива — полноправный показатель энергетической эффективности конденсационной электростанции и наравне с ее КПД удобен для определения расхода топлива [c.20]
При определении расхода топлива на отпускаемую теплоту в расчет берется величина + отп
[c. 14]
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА НА КОМБИНИРОВАННУЮ ВЫРАБОТКУ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ПАРОТУРБИННЫХ Т.ЭЦ [c.562]
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ТОПЛИВА НА РАЗДЕЛЬНУЮ ВЫРАБОТКУ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ [c.565]
Правильное, технически обоснованное определение расхода топлива печами имеет большое значение с точки [c.248]
Расчетная формула для определения расхода топлива D (I n — I n в) [c.132]
Перейдем теперь к определению расхода топлива. [c.101]
Определение КПД по уравнению прямого баланса применяется преимущественно при отчетности за длительный промежуток времени (декада,-месяц), а по уравнению обратного баланса— при испытании котельных агрегатов. Определение КПД по обратному балансу значительно точнее, так как погрешности при измерении потерь тепла меньше, чем при определении расхода топлива, особенно при сжигании твердого топлива. [c.56]
Расчет топливных нагревательных печей с преимущественно радиационным режимом. Целью расчета обычно является определение размеров рабочего пространства печи, обеспечивающих заданную производительность, определение расхода топлива и расчет оборудования печи (горелок, форсунок, дымовой трубы, теплообменников и т. д.). [c.234]
Первая цифра показывает общее число ходовых колес, вторая — число ведущих колес. Лриведенпая норма расхода топлива соответствует движению автомобиля без груза. При определении расхода топлива в случаях движения с грузом к табличной норме на каждые 100 ткм грузовой работы добавляется 2,5 л для карбюраторных и 1,5 л д.ля дизельных автомобилей. [c.258]
Определение расхода топлива. В завися-мости от местных условий топливом для печей в кузнечных цехах могут служить все его виды твёрдое, жидкое или газообразное применяется также электроиагрев в печах сопротивления и индукционный — токами высокой частоты.
[c. 77]
Для случая сброса в две горелки (рис. 7,6) определение расхода топлива, общего и вторичного воздуха по горелкам производится аналогично определению этих величин для случая со сбросом в одну горелку, но с учетом того, что количество топлива в сбросе распределяется на две горелки и составляет 3,5% производительности мельницы по топливу, а сбросной сушильный агент также распределяется на две горелки, т. е. a 6p=0,26ai для одной горелки. [c.32]
Определение расхода топлива при помощи трубки Альнера или ВТИ считается более сложным и при несоблюдении всех правил установки, тарировки, отбора и пр. неточ-ны.м и ненадежным. [c.249]
Примечание. Для определения расхода топлива и количества золы приняты следующие данные Теплотворная способность топлива высокосортного — 7000 к/сал/кг низкосортного — 3000 к/сал//сг. Количество золы в топливе высокосортном — 7% (по весу) низкосортном — 20% (по весу). Коэффициент полезрого действия котла 0,6. [c.46]
Однако при всех условиях, если имеется возможность, целесообразно проведение достаточно точного учета сожженного за опыт топлива, так как это позволяет проверить сходимость к. п. д., определенного по обоим методам. Точность определения к. п. д. при эксплуатационных испытаниях по методу обратного баланса составляет около 1,5% [Л. 40], по методу прямого баланса 3,0% и больше, что объясняется высокой погрешностью, возможной при определении расхода топлива и паропроизБОДительности котлов. [c.282]
Наиболее ответственными приборами являются приборы для контроля расхода топлива. В настоящее время на автомобильном транспорте получили наибольшее распространение расходомеры топлива трех типов — объемные, весовые и массовые (ротаметрические). Первые два типа представляют собой расходомеры дискретного действия (для определения расхода топлива необходимо израсходовать порцию топлива на интервале пробега или времени и сделать перерасчет удельных показателей на единицу пути или времени). Третий тип расходомеров — приборы непрерывного действия, показывающие в каждый момент времени мгновенный расход топлива.
[c.149]
Для более точного определения расхода топлива на маневрах (в различных условиях предприятия, станции, района) рекомендуется пользоваться методикой, предложенной Промтрансниипро-ектом (канд. техн. наук П. А. Шелестом) [31, с. 121 —135]. В ней общий расход топлива за час маневровой работы тепловоза определяется (посредством тяговых расчетов) как сумма расходов топлива при разгоне и расходов его на холостом ходу дизеля при выбеге, торможении и стоянке тепловоза с работающим дизелем. [c.107]
Определение расхода топлива на комбинированную выработку теплоты и электрической энергии на газотурбинной, газопортпевой в парогазовой ТЭЦ. в теплофикационных газотурбинных и газопоршневых установках количество и параметры отпускаемой внешним потребителям теплоты практически не влияют на электрическую мощность и расход топлива, поэтому удельный расход топлива на выработку 1 кВт ч электроэнергии одинаков при комбинированной и раздельной схемах энергообеспечения. [c.427]
Определение нормы расхода топлива для вилочного погрузчика
Задача определения расхода топлива для погрузчиков с двигателями внутреннего сгорания не так проста, как может показаться с первого взгляда.
Одна из проблем заключается в том, что сложно четко определить какой-то типовой режим работы погрузчика, задающий определенную нагрузку на двигатель, поскольку расход топлива в первую очередь зависит от требуемой мощности на выходном валу двигателя.
Для погрузчика, по сравнению с автомобилем, характерно существенно большее разнообразие нагрузок, меняющихся в процессе работы непредсказуемым образом. Значительную часть времени рабочего цикла двигатель погрузчика работает на малых оборотах, при которых его эффективность резко снижается.
Таким образом, значение КПД также не является постоянной величиной, а расход топлива не пропорционален прямо расходуемой мощности, что еще больше усложняет задачу.
Более того, расход топлива существенно зависит также от множества дополнительных факторов, таких как: качество топлива, качество смазочных масел, регулировка двигателя, степень его износа, погодные условия и т. д.
Таким образом, необходимо осознавать, что простое умножение приводимых в технических спецификациях значений расхода топлива на продолжительность рабочей смены может дать результат очень далекий от реального.
Тем не менее, приводимые в спецификациях числа могут служить ориентиром и могут быть полезны при сравнении различных машин, если знать условия при которых они были получены и правильно понимать смысл этих параметров.
Так, например, в Руководстве по Эксплуатации Двигателя Д3900 приводится такая характеристика, как приведенный удельный расход топлива, т. е. расход топлива в час на 1 единицу вырабатываемой выходной мощности. Для различных модификаций двигателя он варьируется от 231 до 265 г/кВт. ч. Умножив эту цифру на характерную для данного режима работы требуемую мощность, можно примерно оценить расход топлива применительно к данным условиям работы.
Например, если задать среднюю выходную мощность примерно 30кВт, расход топлива для Д3900К примерно равен:
30кВт Х 240г/кВт. ч = 7200 г/ч = 7,2 кГ/ч
С учетом плотности дизельного топлива (летнего) равной 0,86 кГ/л можно пересчитать расход на л/ч:
7,2кГ/ч: 0,86кГ/л = 9,7л/ч
Следует помнить что даже такой расчет является достаточно приблизительным, поскольку приведенный удельный расход топлива определен для номинальной нагрузки, а, как уже упоминалось, на меньшей мощности кпд двигателя падает и удельный (на единицу мощности) расход топлива растет.
Кроме того, очевидно, что такой подход позволяет как-то характеризовать топливную эффективность двигателя, но не погрузчика. Поэтому в международной практике принят другой подход к определению расхода топлива погрузчика.
Наиболее распространенными являются следующие два стандарта определения этого параметра: по циклу VDI 2198 (Европейский стандарт) и циклу JIS D6202 (Japanese Industrial Standard).
Цикл VDI определяется следующим образом:
– Расстояние пробега от точки А до точки В = 30 м.
– Скорость хода должна быть такой, чтобы 40 циклов* были совершены в течение 1 часа.
– Нагрузка номинальная (70-80% от максимальной).
– В точках А и В груз должен быть поднят на высоту 2000 мм.
* — Примечание: согласно тдругому источнику циклов должно быть 45.
Условия цикла JIS:
1. Погрузчик с максимальным грузом едет из точки А и вблизи точки В поворачивается на 90º
2. Погрузчик проезжает расстояние равное длине груза, останавливается и, после приведения мачты в вертикальное положение, поднимает груз на высоту 2м, затем опускает.
3. Задним ходом погрузчик разворачивается в точку С.
4. Погрузчик едет прямо и вблизи точки D поворачивает на 90º.
5. Погрузчик проезжает расстояние равное длине груза, останавливается и, после приведения мачты в вертикальное положение, поднимает груз на высоту 2м, затем опускает.
6. Задним ходом погрузчик возвращается в точку А.
7. Расстояние между точками B и D равно 30м.
8. В течение часа необходимо совершить 45 циклов.
Таким образом цикл по JIS несколько более интенсивен, чем VDI и, следовательно, потребует несколько большего расхода топлива.
Следует иметь ввиду, что расход топлива сильно зависит от чистоты и качества используемого топлива. Использованные при испытаниях чистое дизельное топливо или газ (для MITSUBISHI использовался чистый пропан), соответствующие указанным в Руководстве по Эксплуатации стандартам, могут сильно отличаться от реально имеющегося в наших условиях топлива.
Для нормирования расхода топлива автопогрузчика, целесообразно рекомендовать пользователю машины провести испытания с рабочим циклом близким к усредненному в данных конкретных условиях работы.
При выборе же машины достаточно ориентироваться на приводимые ниже стандартные параметры, приводимые в официальных документах.
Относительно болгарских погрузчиков информация о топливной эффективности ограничиваентся приведенными выше данными относительно двигателя Д3900.
По погрузчикам Mitsubishi данные приводятся по стандарту VDI.
Расход Топлива для Автопогрузчиков MITSUBISHI
Независимая компания «TNO» провела замеры расхода топлива для указанных ниже моделей погрузчиков. Замеры были выполнены по циклу VDI 2198, который является стандартом, принятым европейскими производителями.
Газ
Модель кг/ч
FG15K 1,8
FG20K 2,1
FG30K 2,7
Бензин
Модель л/ч
FD15K 1,9
FD18K 2,3
FD20K 2,4
FD25K 2,6
FD30K 2,9
FD45 3,5
Условия цикла:
– Расстояние пробега от точки А до точки В = 30 м.
– Скорость хода должна быть такой, чтобы 40 циклов были совершены в течение 1 часа.
– Нагрузка номинальная (70-80% от максимальной).
– В точках А и В груз должен быть поднят на высоту 2000 мм.
* — Примечания: 1) При испытаниях погрузчиков с двигателями, работающими на сжиженном газе, в качестве топлива использовался пропан. 2) Испытания в классе 4,5 т были проведены для предыдущей модели.
Как определить расход топлива
Внешность автомобиля важна, его надежность нужна, однако в последнее время с учетом постоянного роста цен на ГСМ, определяющим фактором при выборе кара является его расход. От «аппетита» железного коня зависит любовь или ненависть хозяина.
Определить сколько топлива потребляет автомобиль можно несколькими способами. Первый, самый простой, но в тоже время следует признать самый неточный – это заглянуть в руководство по эксплуатации авто, там обычно производитель указывает потребление ГСМ на сотню километров пробега в городском режиме, по трассе и в смешанном цикле. Повторим, доверять этим цифрам не стоит, поскольку замеры были сделаны, когда автомобиль только сошел с конвейера, был обут в определенную резину и залит в него был бензин качество которого в разы превышает качество российского топлива. Естественно, что цифры будут несколько ниже фактических.
Владельцы современных автомобилей, оснащенных бортовым компьютером имеют возможность определить средний расход топлива без сложных решений, поскольку на дисплей автоматически выводятся соответствующие показатели. Но опять-таки бортовой компьютер показывает расход, исходя из данной ситуации, т.е. в данное время, в данных условиях, естественно, что прибегнув к кик-дауну, заявленный расход будет в разы превышать фактический. Таким образом, показатели бортового компьютера являются приблизительными и на звание 100%-но достоверных не претендуют.
Чтобы определить реальный расход топлива следует пользоваться несколько другими способами, с которыми мы вас спешим познакомить.
Одним из самых надежным способов считается следующий: вы заезжаете на АЗС, заполняете под завязку топливный бак, сбрасываете показатели одометра и едете колесить по городу или по трассе (в зависимости от режима, в котором вы хотите определить расход), проезжаете ровно 100 километров и вновь заезжаете на заправку и опять дополна заливаете ГСМ. Сколько топлива поместится в бак — таков и расход, все элементарно!
Если же желания заезжать через каждый 100 километров пробега на АЗС у вас нет, можете воспользоваться другим способом расчета расхода топлива. Как и в первом случае, перво-наперво вам следует заправить топливный бак до упора, сбросить показатели одометра и ездить в привычном режиме до тех пор пока на приборной панели не загорится индикатор, сообщающий о том, что уровень топлива в баке близок к критическому. Безотлагательно отправляемся на заправочную станцию, желательно на туже самую, где была залита первая порция топлива, и предпочтительнее из той же колонки вновь до упора заправляем полный бак. После этого внимание (!) количество вошедшего в топливный бак ГСМ делим на километраж, демонстрируемый одометром, и умножаем на 100, полученный результат и будет фактическим расходом топлива на 100 километров. Например, вы заправили полный бак и проехали 370 километров прежде чем загорелась лампочка на приборной панели, предупреждающая о малом количестве топлива в баке, после этого вы отправились на АЗС и залили 41 литр бензина. Производим расчеты – 41 делим на 370 и умножаем на 100 получаем 11. Следовательно, ваш автомобиль на сто километров пробега потребляет 11 литров топлива.
Как видите, рассчитать самостоятельно расход топлива вашего автомобиля не так уж и сложно. Если вы считаете, что ваш конь стал прожорливее, не поленитесь заехать на СТО и провести его диагностику, ведь увеличение расхода топлива говорит в первую очередь о том, что автомобиль стало что-то беспокоить, ну или смените манеру езды, ведь за любовь к резким стартам и торможениям приходится расплачиваться на АЗС.
Методика оценочного расчета удельного расхода топлива двухконтурного турбореактивного двигателя | Кузнецов
Определение предельно достижимого уровня технического совершенства для двигателя с выбранной конструктивной схемой на начальном этапе проектирования позволяет заранее оценить его конкурентоспособность по сравнению с аналогами. Для оценки уровня технического совершенства силовой установки летательного аппарата (ЛА) используются два параметра: удельный расход топлива CR и удельный вес двигателя γдв [1]. Определение удельных параметров проектируемого двигателя начинается с термодинамического расчета «исходного» режима работы. При этом КПД основных узлов и уровень потерь по газовоздушному тракту двигателя задаются из предшествующего опыта проектирования (данные аналогов или предшествующих модификаций) или определяются в ходе отдельных расчетов компрессора, турбины и камеры сгорания. Прямая аналитическая взаимосвязь параметров термодинамического цикла и КПД основных узлов для конкретного двигателя невозможна. Поэтому процесс выбора термодинамических параметров, таких как температура газа в камере сгорания Тг*, суммарнаястепень сжатия πΣ*, степень двухконтурности y и последующий анализ зависимостей CR = f(Тг*, πΣ*, y,…), выполняется при постоянных значениях потерь и КПД узлов.
При определении предельно возможного технического уровня двигателя связь между параметрами Тг*, πΣ*, y и максимально возможным КПД узлов может быть установлена.
Основой метода является использование зависимостей максимально возможного политропного КПД ступени компрессора или турбины от величины нагрузки на ступень, предварительно полученных на основе статистических данных. Далее выполняется расчет адиабатического КПД всего компрессора ηк* или турбины ηт* с использованием параметров термодинамического цикла. Подробно метод расчета максимально возможного КПД основных узлов двигателя изложен в [2].
Для рассматриваемой методики расчета установлены следующие допущения и ограничения:
- процесс в двигателе рассматривается как термодинамически равновесный и адиабатический;
- приняты постоянные гидравлические потери по газовоздушному тракту;
- принято равномерное распределение нагрузки (напорности) между ступенями компрессора;
- область применения методики ограничивается малоразмерными ТРДД, которые устанавливаются в основном на беспилотные летательные аппараты.
Исходными данными для определения максимально возможного ηк* осевого компрессора являются следующие параметры: приведенный расход воздуха GВПР 0, полная температура на входе в компрессор Твх, а также степень повышения полного давления в компрессоре πк* и выбранное количество ступеней компрессора z. В начале расчета определяется величина нагрузки на одну ступень Δi*ст0 и степень повышения давления в ступени π*ст0 в первом приближении с использованием равенств:
где Δiк*ад, ккал/кг — адиабатическое изменение энтальпии за компрессором, определяемое с помощью термодинамических функций по величинам πк* и Твх*; Δiад* ст, кДж/кг — адиабатическое изменение энтальпии ступени. Зависимость для максимально возможного КПД осевой ступени компрессора от изменения энтальпии Δiст* представлена на рисунке 1.
Для каждой ступени компрессора с порядковым номером s может быть определена напорность Δiст*(s) и максимальный политропный КПД (s):
Здесь kα — поправка на потери напорно- сти в ступенях, а kн(s) — коэффициент, определяющий изменение напорности по ступеням. Для малоразмерных ТРДД число осевых ступеней в компрессоре обычно не более 2. В этом случае, в отличие от многоступенчатых компрессоров с заданным распределением напор- ности, можно принять kн(1) = kн(2) = 1.
Политропный КПД с учетом поправки на размерность ступени определяется уравнениями:
где GВПР(s), кг/с — приведенный расход воздуха на входе в ступень s, Δηпол* — поправка на полит- ропный КПД, определяемая по графической зависимости, представленной на рисунке 2. Графические зависимости для и Δηпол* представленные на рисунках 1 и 2, получены путем обработки статистических экспериментальных данных по осевым и центробежным ступеням компрессоров на основе данных, заимствованных из [1, 3, 4].
Адиабатический КПД ступени
Параметры воздуха на выходе из ступени:
где i*вх(s), S*вх(s) — энтальпия и энтропия воздуха на входе в ступень; Δiст*ад(s) — адиабатический напор ступени; iст*ад(s), T*ст*ад(s), S*ст*ад(s) — энтальпия, температура и энтропия воздуха на выходе из ступени, рассчитанные с помощью термодинамических функций.
Общие параметры осевого компрессора определяются по соотношениям:
Совместное решение уравнений (1)-(11) позволяет определить адиабатический КПД, напорность каждой ступени компрессора и общий КПД компрессора.
Аналогичным образом, на основе приведенных выше зависимостей, может быть составлена методика расчета для компрессора, состоящего из нескольких центробежных или диагональных ступеней. В большинстве современных малоразмерных ТРДД применяется одиночная центробежная ступень. Для центробежной ступени следует использовать зависимость , представленную на рисунке 1. Дополнительными исходными данными для расчета являются приведенный расход воздуха Gв прц и температура торможения Твх* на входе в ступень. Для одноступенчатого центробежного компрессора Gв прц = Gв прц0, Твх * — задано. Для замыкающей ступени осецентробежного компрессора Gв прц = Gв пр(z), Твх*= Тст*(z). При этом расчет адиабатического КПД ступени существенно упрощается:
Изменение энтальпии и параметры воздуха на выходе из центробежной ступени:
где i*вх, S*вх — энтальпия и энтропия воздуха на входе в ступень, определяемые по Твх*; Δiц*ад — адиабатический напор ступени; iц ад, Tц*ад, Sц*ад — энтальпия, температура и энтропия воздуха на выходе из центробежной ступени.
Для одноступенчатого центробежного компрессора параметры ступени одновременно являются параметрами компрессора. Общие параметры осецентробежного компрессора определяются с учетом параметров осевой части:
Методика определения максимально возможного адиабатического КПД для турбины компрессора составлена с учетом отбора воздуха на охлаждение соплового аппарата (СА) и рабочего колеса (РК) для одной или нескольких ступеней. В качестве исходных данных используются следующие параметры из расчета исходного режима: изменение энтальпии в компрессоре Δiк*, приведенный расход воздуха Gв пр0, температура торможения Т*г и полное давление Рг* газа на входе в турбину, энтальпия воздуха за компрессором iк*, относительный расход топлива в камере сгорания qт кс = Gт / (3600 · Gв кс). Зависимости для определения механического КПД ηmK = f(Gв пр0) на валу турбины компрессора с учетом привода агрегатов и зависимость для определения относительной величины отбора воздуха Δ охл ст(s) = f (Твх*) на охлаждение одной ступени турбины приведены в [2]. Относительный отбор воздуха на охлаждение диска корпуса и дисков турбины Δ охл к = 0,005. ..0,01.
Коэффициенты расхода воздуха и газа на входе в турбину компрессора:
Величины μв, μг, Δ охл Σ в начале расчета задаются в первом приближении.
Для определения изменения энтальпии газа в турбине компрессора Δi*тк и в отдельной ступени Δi*ст при заданном числе ступеней z (в соответствии с вариантом схемы на рис. 5) используются соотношения:
В сечениях за CA и РК турбины для каждой ступени s выполняется пересчет коэффициентов расхода с использованием соотношений:
Здесь j — 1 обозначает сечение на входе в CA или РК; j — сечение на выходе из CA или РК; ψса, ψρκ — долевой коэффициент относительного расхода воздуха, расходуемого на охлаждение соответственно CA и РК.
Термодинамические параметры на выходе из CA определяются с помощью термодинамических функций:
где iвх*'(s), Твх*'(s), Sвх*'(s) — соответственно энтальпия, полная температура и энтропия газа за CA, т.е. на входе в РК; а cp, Rr, кг — соответственно теплоемкость, газовая постоянная и показатель адиабаты этого же газа.
Политропный КПД ступени η*пол(s) определяется с использованием зависимостей:
Δη*пол = f(Аст), если Аст ≤ 40, Δη*пол = 0, если Аст > 40.
Здесь η*maxпол — максимально возможный политропный КПД, определяемый по зависимости, представленной на рисунке 3, Δη*пол — поправка на политропный КПД ступени в зависимости от величины пропускной способности Аст, определяемая по зависимости на рисунке 4, P*вх(S) — полное давление газа на входе в рабочее колесо ступени. Зависимости для η*maxпол получены при обработке статистических данных, взятых из [3]. Зависимость для η*пол заимствована из работы [4].
Рис. 3. Максимально возможный политропный КПД ступени турбины компрессора
Рис. 4. Поправка на политропный КПД ступени турбины
Aдиабатические параметры за РК и адиабатический КПД ступени η*ад(s) определяются с использованием уравнений:
где i*ст ад(s), T*ст ад(s), S*ст ад(s) — соответственно адиабатическая энтальпия, полная температура и энтропия газа на входе из РК, определяемые с помощью термодинамических функций; Δi*ст ад(s) — адиабатический перепад на РК ступени; π*ст (s) — степень понижения полного давления в РК.
Энтальпия газа на выходе из ступени определяется по теплоперепаду в РК и величине расхода охлаждающего воздуха
где i*ст (s)- энтальпия газа на выходе из РК.
Рис. 5. Охемы ТРДД: а) первая конструктивная схема, б) вторая конструктивная схема 1 — вентилятор (вар. а), двухступенчатый вентилятор (вар. б), 2 — осевая ступень компрессора ВД (вар. а), двухступенчатая подпорная осевая ступень (вар. б), 3 — центробежная ступень компрессора ВД, 4 — камера сгорания, 5 — турбина ВД, 6 — турбина НД (вар. а), двухступенчатая турбина НД (вар. б), 7 — сопло второго контура, 8 — сопло первого контура, CA — сечение на выходе из соплового аппарата, РК — сечение на выходе из рабочего колеса
Полная температура и давление газа на выходе из ступени турбины:
Tст*(s) = f (qт(j), iст*(s), Pст*(s) = Pвх*(s) / πст*(s) . (32)
Поскольку для многоступенчатой турбины имеют место равенства i*вх (s + 1) = iст*(s) и Pвх*(s + 1) = Pст*(s), приведенные выше уравнения позволяют выполнить расчет основных параметров для каждой из z ступеней турбины при их совместном решении.
Далее определяются общие параметры турбины компрессора — степень понижения полного давления в турбине π*тк и адиабатический КПД η*тк:
Турбина низкого давления, связанная вентилятором, рассчитывается аналогичным образом, при этом для определения величин η*maxпол и Δη*пол используются зависимости на рисунках 3, 4. В случае если температура на входе в турбину или ступень T*вх(s) < 1200 К, принимается Δохлс(s) = 0.
Предложенные процедуры расчета адиабатического КПД компрессора и турбины используются в данном случае как составные части термодинамического расчета исходного режима двигателя, выполненные в виде отдельных подпрограмм.
Остальные параметры, характеризующие потери по газовоздушному тракту и полноту сгорания топлива в камере, имеют, как правило, узкие интервалы возможных значений. Их количество и численные значения определяются типом двигателя (ТРД, ТРДД и др.), могут быть заимствованы из [5, 7]. При определении предельно достижимого уровня технического совершенства двигателя с минимально возможным CR параметры, характеризующие потери по газовоздушному тракту, могут быть заданы в виде постоянных величин. Методика термодинамического расчета исходного режима является общеизвестной, поэтому она исключается из рассмотрения. Для расчета термодинамических функций воздуха и газа в диапазоне температур от минус 50 до 1500 °С используются данные [6], для температур свыше 1500 °С — аппроксимирующие зависимости по стандарту NASA sp-273.
Для апробации разработанной методики были выполнены расчеты минимально возможных CR применительно к малоразмерным ТРДД. Расчеты выполнены для стандартных атмосферных условий на входе в двигатель Н = 0, М = 0, TH = 288,15 К. Диапазон варьируемых основных параметров термодинамического цикла выбран исходя из статистических данных для ТРДД производства Teledyne CAE, Williams International [8]: πΣ* = 10-13,8, Тг* = 1150-1400 К, у = 1. Во всех случаях приведенный расход воздуха через первый контур был задан равным СВПР 0 = 2,5 кг/с. Исходя из постановки задачи, вместо значений тяги двигателя для всех вариантов рассчитана величина усредненной удельной тяги двигателя I = (Rуд1 + Rуд2 · y)/ (1 + У), где Rуд1 Rуд2 — удельная тяга сопел первого и второго контура соответственно.
Результаты вариативных расчетов исходного режима ТРДД с максимально возможными КПД узлов представлены на рисунках 6, 7. На рисунке 6 представлены расчетные зависимости CR = (Тг*, πΣ*, I) для первой конструктивной схемы ТРДД с одноступенчатым вентилятором, компрессором высокого давления (ВД), состоящим из осевой и центробежной ступени, кольцевой прямоточной камерой сгорания, одноступенчатой турбиной высокого и низкого давления (НД). Первая схема представлена на рисунке 5 а. Нанесенные линии представляют собой результаты расчетов множества вариантов исходного режима ТРДД при выбранных постоянных величинах термодинамического цикла Тг* = const или πΣ* = const. Каждая точка диаграммы представляет собой минимально возможное значение Cr, достижимое при заданных Tг* , πΣ*, у и внешних условиях.
Аналогичные зависимости по CR представлены на рисунке 7 для второй схемы ТРДД с двухступенчатым вентилятором, двумя подпорными ступенями каскада НД, компрессором ВД, состоящим из центробежной ступени, кольцевой прямоточной камерой сгорания, одноступенчатой турбиной ВД и двухступенчатой турбиной НД. Вторая схема представлена на рисунке 5б. Дополнительно на рисунке 7 нанесены данные по двигателям семейства малоразмерных ТРДД WR-19 компании Williams International и расчетные данные этих двигателей, полученные при тех же параметрах термодинамического цикла с максимально возможными величинами КПД ступеней компрессоров и турбин (точки отмечены одинаковыми маркерами). Анализ представленных данных показывает возможность снижения CR для данных двигателей на 7-10 % при увеличении политропного КПД составляющих ступеней до максимально возможного современного уровня (данные на рис. 1, 3). Необходимо учесть, что линия совместной работы в поле характеристик компрессора, с учетом обеспечения достаточного уровня запасов газодинамической устойчивости, может быть смещена в область, где КПД на 1-2 % ниже линии максимальных значений. Поэтому максимальный потенциал снижения Cr для окончательно спроектированного и изготовленного двигателя в данном случае следует уменьшить до 5-8 %.
Из опыта проектирования известно, что при модернизации существующего двигателя без существенных изменений газовоздушного тракта технические риски успешного завершения ОКР считаются минимальными. Однако заказчик может поставить перед разработчиком ТРДД задачу снизить удельный расход топлива на величину δCR > 7-10 % с условием сохранения параметров термоди-намического цикла y, Tг*, π*Σ и неизменными габаритно-массовыми характеристиками. В рассмотренном случае задача будет практически не выполнимой, так как существующие методы проектирования и технологические возможности производства не позволят достичь требуемого уровня политропного КПД компрессора и турбины. Потребуются длительные НИР по улучшению характеристик основных узлов двигателя. Таким образом, результаты расчета по данной методике могут быть важным дополнительным критерием оценки задаваемых в ТЗ требований по экономичности ТРДД при выполнении поисковых НИР для перспективных ЛА.
Методика может также использоваться для сравнения ТРДД различных схем и с различными параметрами термодинамического цикла. Зависимости, показанные на рисунках 6 и 7, могут быть представлены в виде области с ограничивающими линиями для фиксированного диапазона значений Tг*, π*Σ. В этом случае наложение двух таких областей, полученных для ТРДД первой и второй схемы с одинаковыми диапазонами значений Tг*, π*Σ, у, позволяет наглядно их сопоставить по минимально достижимым значениям Cr, как показано на рисунке 8.
Может быть выполнен также количественный анализ. Например переход от первой ко второй схеме ТРДД (см. рис. 8) при одинаковых значениях Тг* = 1300 К, πΣ* = 12,25, у = 1 позволяет снизить удельный расход топлива на величину δCR = -1,2 % с одновременным увеличением суммарного удельного импульса δΐ = 1,0 %. Снижение Cr связано в основном с увеличением КПД турбины НД при переходе от одноступенчатой к двухступенчатой схеме.
Другим примером может быть сравнение ТРДД одной схемы (первая схема), но с различной степенью двухконтурности у, представленное на рисунке 9. Увеличение степени двухконтурности на 35 % при одинаковых значениях Тг* = 1300 К, πΣ* = 12,25 позволяет снизить минимально достижимый уровень удельного расхода топлива на величину δCR = -6,8 %. Однако данное снижение величины Cr сопровождается значительным снижением суммарного удельного импульса δI = -8,6 %.
Такое изменение оправдано в случае оптимизации двигателя на крейсерский режим работы при снижении числа М полета. Примером использования ТРДД с увеличенной степенью двухконтурности можно считать JT15D-5C с у = 2 производства Pratt&Whitney, устанавливаемый на БПЛA “Barracuda” и X-47A. В обоих случаях можно заранее оценить, насколько потенциал снижения δCr оправдывает затраты, необходимые на проведение ОКР по разработке двигателя новой конструктивной схемы.
Преимуществом разработанной методики, в сравнении с традиционным термодинамическим расчетом исходного режима, является возможность выполнять расчет минимально достижимых значений Cr двигателя с учетом взаимосвязи между изменением основных параметров термодинамического цикла π*Σ и T*г , изменением КПД узлов и величины отбираемого на охлаждение воздуха. Методика позволяет выполнить оценку имеющегося потенциала улучшения экономичности существующего ТРДД, ограниченного достигнутыми техническими характеристиками основных узлов. Для двигателя новой конструктивной схемы на начальном этапе проектирования можно выявить наличие или отсутствие преимущества по величине минимально возможного удельного расхода топлива с двигателями-аналогами в ожидаемых условиях эксплуатации.
Расход топлива автомобиля | Автомобильный справочник
Расход топлива автомобиля, а если сказать точнее, удельный расход топлива автомобиля, это количество израсходованного автомобилем топлива. Как правило, он приводится к пройденному расстоянию, но для специальной техники на автомобильной базе он может определяться как часовой расход топлива. В настоящее время расход топлива автомобиля является одной из важнейших характеристик автомобиля и его двигателя. Вот о том, из каких показателей складывается расход топлива автомобиля, мы и поговорим в этой статье.
Содержание
Определение расхода топлива автомобиля
Официальные данные для стандартного расхода топлива получены в ходе динамометрических испытаний, проводимых на специальных стендах для определения количества выбросов, на которых выполняются предписанные нормами испытательные циклы (например, MNEDC для Европы, FTP 75 и Highway для США и JC08 для Японии). Отработавшие газы собираются в специальные мешки для сбора образцов, и затем, для определения расхода топлива, определяется содержание в них таких составляющих, как НС, СО и СО2 (см. «Техника измерения содержания выбросов в отработавших газах»). Содержание СО2 в отработавших газах пропорционально расходу топлива.
Для Европы действительны следующие справочные значения:
Дизельное топливо: 1l/100 км ≈26,5 г СO2/км.
Бензин (Евро-4): 1l/100 км ≈ 24,0 г СO2/км.
Бензин (Евро-5): 1l/100 км ≈ 23,4 г СO2/км.
Переход со стандарта Евро-4 на Евро-5 связан с добавлением к бензину 5 % этилового спирта.
Масса автомобилей моделируются на испытательных стендах, как контрольная масса, которая, в зависимости от страны и собственной массы автомобиля, распределяется по категориям с инкрементами 55-120 кг. При отнесении автомобиля к тому или иному классу массы имеется в виду масса автомобиля в снаряженном состоянии (включая все эксплуатационные жидкости и заполненный на 90 % топливный бак), а также дополнительные 100 кг в качестве эквивалента массы водителя и багажа. Разница в расходе топлива между двумя соседними классами массы, в зависимости от типа автомобиля, составляет от 0,15 до 0,25 л/ 100 км.
Единицы расхода топлива автомобиля
Стандартный расход топлива автомобиля, в зависимости от страны и цикла испытаний, выражается в различных единицах. Например, в Европе этот параметр выражается в граммах СО2/км или в литрах на 100 км, в США — в mpg (милях на галлон), а в Японии — в км/л.
Примеры перевода:
30 mpg → 235,215/30 → 7,8 л/100 км,
22,2 км/л → 100/22,2 → 4,5 л/100 км.
Сопротивление движению автомобиля
Если пренебречь влиянием, которое оказывает на расход топлива стиль вождения (которое может достигать 30 %), можно выделить три группы факторов, оказывающих влияние на расход топлива (см. рис. «Влияние конструкции автомобиля на расход топлива» ):
Внешнее сопротивление движению автомобиля
Внешнее сопротивление движению определяет минимальную энергию автомобиля, требуемую при том или ином режиме движения. Внешнее сопротивление движению автомобиля может быть уменьшено путем снижения массы автомобиля, улучшения его аэродинамики и внедрения мер по уменьшению сопротивления качению. В среднем уменьшение на 10 % массы автомобиля, аэродинамического сопротивления и сопротивления качению приводит к снижению расхода топлива примерно на 6,3 и 2 %, соответственно.
Формула, приведенная на рис. «Влияние конструкции автомобиля на расход топлива», проводит различие между сопротивлением разгону и сопротивлением замедлению. Она ясно показывает, что расход топлива на единицу расстояния возрастает, прежде всего, при частом использовании тормозов и отсутствии системы отсечки подачи топлива, даже при наличии гибридной системы, используемой для рекуперации некоторой части энергии торможения.
Внутреннее сопротивление движению автомобиля
Внутреннее сопротивление движению автомобиля включает потери в кинематической цепи привода, от коленчатого вала до колес. На рис. «Диаграмм расхода топлива двигателя» суммы внутреннего и внешнего сопротивлений движению представлены кривыми с и d, где автомобиль А демонстрирует значительно более низкое сопротивление движению, чем автомобиль В.
Так же как потери мощности в цепи привода, на расход топлива оказывает влияние общее передаточное отношение. Оно вычисляется как произведение передаточных отношений трансмиссии и дифференциала. Выбор общего передаточного отношения определяет различные рабочие точки на диаграмме расхода топлива для данной скорости движения. Более «длинное» передаточное отношение, т.е. меньшее общее передаточное отношение в общем случае сдвигает рабочую точку в область более низкого расхода топлива. В то же время следует отметить, что это приводит к ухудшению характеристик разгона автомобиля и характеристики NVH («Шум — Вибрация — Резкость»), оказывающего влияние на уровень комфорта водителя. Отсюда следует, что разумный выбор передаточного отношения возможен только в определенных пределах.
Самым распространенным способом представления диаграмм расхода топлива является «график», на котором среднее эффективное давление и, как семейство параметров, линии постоянного удельного расхода топлива автомобиля (расход топлива, отнесенный к выходной мощности, в г/кВт⋅ч), строятся в зависимости от величины оборотов двигателя (см. рис. «Диаграмм расхода топлива автомобиля» ). Это дает возможность сравнить эффективность двигателей различных размеров и типов.
Другим способом представления является установление как семейства параметров, расхода топлива или массового расхода (например, в кг/ч). Эта форма представления особенно удобна в качестве входной переменной для программ автоматизированного конструирования (САЕ), которые могут быть использованы для моделирования расхода топлива (исходя из количества выбросов СO2).
В обоих представлениях в качестве дополнительной информации вводятся кривая крутящего момента при полной нагрузке, в качестве верхней ограничительной линии, обороты холостого хода и предельно допустимые обороты, как ограничивающие частоты вращения, а также линии постоянной мощности (гиперболы мощности в соответствии с равенством Р ∼ рme ⋅ n).
РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:
(PDF) Методика определения расхода топлива транспортным средством на заданном маршруте
Методика определения расхода топлива транспортным средством на заданном маршруте
Владислав Кравец a, Роман Мусарскийb, Антон Тумасов
Институт транспортных систем, Нижний Новгородский государственный технический университет им. R.E. Алексеев (ННГТУ), Нижний Новгород,
Российская Федерация
[email protected], [email protected], [email protected]
Аннотация — В статье представлены результаты расчетов и
экспериментальных определение расхода топлива легкового автомобиля
на заданном загородном маршруте движения, а также структура методики расчета расхода топлива
.
Ключевые слова: расход топлива, легкий коммерческий транспорт, трафик
и характеристики маршрута, динамические характеристики автомобиля, топливо —
экономические характеристики
I. ВВЕДЕНИЕ
Целью данного исследования является теоретическое и экспериментальное
определение расхода топлива легковых коммерческих автомобилей
(LCV) на заданном загородном маршруте движения. Объектом исследования
являются легкие коммерческие автомобили российского производителя ГАЗель «Next»,
, относящиеся к автомобилям категории N1.Конструктивные параметры
опытного автомобиля представлены авторами [1].
Экономия топлива автомобиля и связанная с этим
охрана окружающей среды очень часто привлекает внимание
автомобильных инженеров [2, 3]. Базовая аналитическая методика
расчета расхода топлива при эксплуатации ТС
на заданном маршруте с помощью определения графика
, предложенного Г.В. Зимелевым и описан в [4].График
Аналитическое определение расхода топлива производится по
с использованием:
1) Характеристики маршрута проезда;
2) Динамические характеристики автомобиля;
3) Топливно-экономические характеристики автомобиля.
В статье представлена структура методологии прогнозирования расхода топлива
, которая основана на известных теоретических
уравнениях с некоторыми практическими корректировками и подтверждена экспериментальными исследованиями
, проведенными в реальном дорожном движении.
II. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Описание маршрута движения представляет собой совокупность участков дороги
с постоянным по всей длине
коэффициентом сопротивлениядороги. Параметры тестового маршрута
Нижний Новгород — Павлово (проселочная дорога в Нижнем
Новгородская область — протяженность 71,3 км) определялись обработкой спутниковых данных
по методике, описанной в [1],
по Системой ГЛОНАСС / GPS измерена протяженность
отдельных участков маршрута с постоянными значениями продольных уклонов
.Результаты измерений показаны на
Рис. 1.
Для описания характеристик маршрута для каждого значения
продольного уклона дороги было рассчитано несколько параметров
:
Угол продольного уклона arctg (i ) и коэффициент сопротивления
дороги = fcos ± sin где, f = 0,012 —
коэффициент сопротивления качению [4];
Угол продольного уклона дороги. «+» — на подъеме
, «-» — на спуске.Для i = 0; 1; 2; 3; 4% от = 0,012;
0,022; 0,032; 0,042; 0,052.
Рисунок 1. Распределение длин участков маршрута в зависимости от
значений их продольного уклона.
В соответствии с процедурой, описанной в [4],
вычисляются последовательно:
Динамические характеристики LCV;
Топливно-экономические характеристики установившегося транспортного средства
.
Динамическая характеристика LCV — это зависимость
между коэффициентом динамичности и скоростью движения для
каждой передачи трансмиссии (рис.2). Эта диаграмма также имеет
числовых значений коэффициента сопротивления дороги для
всех значений продольного уклона, взятых из рисунка 1. В точках пересечения кривых
можно определить максимальную скорость автомобиля
. Отсюда следует, что для данного маршрута
с относительно небольшим уклоном, не превышающим 4%, LCV имеет
для движения на высшей (5-й) коробке передач, максимальный динамический коэффициент
равен 0,07.
Топливно-экономические характеристики установившегося движения ТС
зависят от скорости установившегося движения на дорогах
с разными коэффициентами сопротивления. Удельный расход топлива
в зависимости от ограничения скорости и нагрузки двигателя
рассчитывается по приблизительной аналитической методике
, разработанной И.С. Шлиппе [4]. Поправочные коэффициенты
рассчитаны по аналитической зависимости, описанной в [4] и [5]. Мощность сопротивления дороги
рассчитывается при значениях =
0,012; 0,022; 0,032; 0,042; 0,052.Топливно-экономическая
2-я Международная конференция по моделированию, идентификации и контролю (MIC 2015)
© 2015. Авторы — Опубликовано Atlantis Press
Анализ расхода топлива и выбросов загрязняющих веществ регулируемых и альтернативных ездовых циклов на основе реальных мировые измерения
В 1970 году Европейское экономическое сообщество начало определять меры по снижению загрязнения воздуха от транспортных средств с принудительным зажиганием. Регламент определяет несколько типов испытаний для количественной оценки выбросов выхлопных газов, а также методы и спецификации для их выполнения (Европейское экономическое сообщество, 1970).В целях гармонизации законодательства, направленного против загрязнения воздуха автотранспортными средствами, была заложена основа для введения в 1991 году стандартов выбросов Евро (Европейское экономическое сообщество, 1991), которые вступили в силу с Евро 1 в июле 1992 года.
Текущий стандартный ездовой цикл где каждое транспортное средство испытывается в заранее определенных условиях — Новый европейский ездовой цикл (NEDC) — был введен в 1998 году и состоит из четырех городских переходных циклов — ECE-15 — и одного профиля скорости за пределами города — EUDC — общей протяженностью около 11 км. (Дизельнет, 2013а).Этот скоростной цикл выполняется на динамометрическом стенде в соответствии со строгой процедурой переключения передач и допусками скорости и ускорения. Перед испытанием автомобиль проходит предварительную подготовку при температуре окружающей среды от 20 до 30 ° C в течение не менее 6 часов, чтобы гарантировать, что охлаждающая вода и моторное масло находятся в диапазоне от 20 до 30 ° C. Во время эксплуатации автомобиля выбросы из выхлопной трубы собираются с помощью отбора проб постоянного объема (CVS) в один или несколько мешков. Собранные выбросы выхлопных газов анализируются в соответствии со строгими процедурами (European Community, 1998).Используя этот цикл, рассчитываются CO, HC, NO x и твердые частицы, выбрасываемые на километр (г / км), и сравниваются со стандартами EURO.
Информация о сертификационном расходе топлива и регулируемых загрязняющих веществах для каждого транспортного средства является общедоступной и используется для определения экологической маркировки транспортных средств для целей выбора потребителя (Европейское сообщество, 1999). Однако в некоторых исследованиях сообщается о постоянных различиях между реальным использованием топлива и значениями выбросов и разрешений. При выполнении NEDC типичный автомобиль с бензиновым двигателем проводит 90% времени при оборотах ниже 2500 об / мин и на 85% ниже 10 кВт мощности, необходимой на колесах (Farnlund and Engstrom, 2002).Следовательно, эффективно проверяется только небольшая часть доступного рабочего диапазона двигателя / автомобиля. Таким образом, NEDC признан как цикл с низкой нагрузкой, при котором эффективно проверяется только узкий диапазон работы (Kageson, 1998).
Было представлено несколько работ по сравнению NEDC с реальными ездовыми циклами, которые являются репрезентативными для данного города, страны и т. Д. Исследование, проведенное Tzirakis et al. (2006) сравнение типичного ездового цикла в Афинах (ADC) показывает увеличение расхода топлива от 56% до 79% по сравнению с NEDC. Такая же тенденция расхода топлива наблюдалась для CO 2 . Что касается выбросов загрязняющих веществ, NO x в граммах на километр может возрасти до 300% по сравнению с ADC и NEDC. Для исследованных транспортных средств наблюдалось увеличение до 132% в NEDC. Углеводороды не претерпели значительных изменений (Tzirakis et al., 2006).
Исследование, проведенное на трех транспортных средствах (одно EURO 2, одно EURO 3 и одно EURO 4), привело к аналогичному выводу, сравнив измерения на динамометре шасси для ездовых циклов ECE и EUDC и ездового цикла Бельгии MOL (Pelkmans and Debal, 2006).При выполнении ездового цикла MOL автомобили EURO 3 и EURO 4 показали увеличение расхода топлива, а CO 2 — от 15% до 25%. Значительно разные результаты представлены также для CO и NO x .
В исследовании, проведенном Объединенным исследовательским центром Европейской комиссии, рассматривались различия между сертификационными испытаниями и дорожными выбросами с использованием портативных систем измерения выбросов (PEMS) на транспортных средствах от 12 евро 3 до 5 евро (Weiss et al., 2011).В этом исследовании дорожные испытания проводились на сельских и автомагистралях, и выбросы CO 2 составили более 21 ± 9% по сравнению с одобрением типа NEDC. При выполнении NEDC в лабораторных условиях было обнаружено, что CO 2 превышает 15 ± 10% относительно значений сертификации. Выяснилось, что в дорожных условиях выбросы на типичных сельских и автомобильных трассах NO x превышали сертификацию в 2–4 раза. При лабораторных испытаниях на динамометре шасси выбросы NO x не соответствовали применимым ограничениям выбросов в дизельных транспортных средствах, но двигатели с искровым зажиганием были признаны соответствующими.Было установлено, что выбросы углеводородов в дорожных условиях ниже, чем при выполнении цикла сертификации, и всегда ниже пределов сертификации.
Объединенный исследовательский центр Европейской комиссии опубликовал исследование, сравнивающее данные сертификации одобрения типа и реальное потребление топлива из нескольких источников, включая конкретные исследования организации ADAC в Германии, проекта Artemis, автомобильных журналов и данных владельцев транспортных средств, чтобы установить корреляцию между этими двумя показателями (Keller et al., 2011). Это исследование также показывает, что сертификация занижает расход топлива на 10–15% для автомобилей с бензиновым двигателем и на 12–20% для автомобилей с дизельным двигателем.
Большинство исследований имеют тенденцию сравнивать реальные ездовые циклы и сертификаты, но большинство из них на разных маршрутах, поэтому в условиях вне цикла. Важность ездового цикла в выбросах загрязняющих веществ можно найти, например, в проекте Artemis (André, 2004, André and Rapone, 2009).
В качестве ответа на проблему ездового цикла в 2008 году было проведено исследование с использованием данных дистанционного зондирования для моделирования нового европейского ездового цикла с использованием методологии удельной мощности транспортного средства (VSP) (Rhys-Tyler and Bell, 2012).Данные дистанционного зондирования использовались в качестве входных данных для заполнения модальных бункеров ВСП уровнями выбросов загрязняющих веществ, разделенными на бензиновые и дизельные автомобили и объем двигателя. Цикл сертификации также классифицировался по времени, проведенному в каждом бункере ВСП. Комбинируя модальные уровни выбросов и модальное временное распределение VSP цикла сертификации, было обнаружено, что как для бензиновых, так и для дизельных транспортных средств, а также для исследованных диапазонов рабочего объема двигателя дистанционное зондирование обеспечивает более высокие выбросы, чем сертификация. Наибольшие расхождения были обнаружены для NO x в транспортных средствах с воспламенением от сжатия (CI) и CO в транспортных средствах с искровым зажиганием (SI). Для автомобилей CI выбросы NO x оказались на 50% выше сертификационных значений для автомобилей EURO 4 и на 30% для автомобилей EURO 3 (с учетом рабочего объема двигателя ниже и более 2 литров). Для автомобилей SI дистанционное зондирование показало увеличение выбросов CO из выхлопной трубы на 34% по сравнению с сертификацией для автомобилей EURO 4 для всех диапазонов рабочего объема двигателя. Транспортные средства EURO 3 показали увеличение по сравнению с сертификацией в 2 раза. Также на транспортных средствах SI выбросы углеводородов, собранные с помощью дистанционного зондирования, были ниже сертификационных значений для EURO 4, но не для автомобилей EURO 3.
Недавно были предприняты попытки разработать ездовой цикл, который мог бы заменить NEDC. Согласованные во всем мире процедуры испытаний для легковых автомобилей (WLTP) включают в себя ездовые циклы динамометрического стенда, которые были разработаны Европейской экономической комиссией Организации Объединенных Наций для оценки выбросов и расхода топлива для легковых автомобилей (Dieselnet, 2013b, UNECE, 2008). Настоящая статья посвящена предложению цикла WLTP класса 3 для транспортных средств с мощностью более 34 кВт / т.
Рабочий документ Международного совета по чистому транспорту (ICCT) (Mock et al., 2014) оценили, как введение процедур испытаний WLTP (особенно ездового цикла, графика переключения передач и испытательной массы) может повлиять на выбросы CO 2 . Эта проблема имеет экономические и финансовые последствия, поскольку производители транспортных средств должны не только соблюдать целевые показатели выбросов CO 2 , но также и выбросы CO 2 , которые используются при расчете транспортных и дорожных налогов. В документе делается вывод о том, что при прямом сравнении NEDC и WLTP влияние холодного запуска меньше на WLTP (из-за большей продолжительности), более высокие скорости и нагрузки на WLTP имеют обратный эффект: КПД двигателя обычно увеличивается с нагрузкой, т. е. новый график переключения передач на WLTP может помочь снизить частоту вращения двигателя (следовательно, эффект трения), а более низкая доля остановок на WLTP может ухудшить работу усовершенствованных систем, таких как останов / старт (Mock et al., 2014). Для сравнения выбросов CO 2 в обоих циклах использовались численные методы и измерения на испытательном стенде. Разница между обоими циклами находится в диапазоне ± 10%, при этом автомобили без остановочного старта имеют более низкие выбросы по WLTP, а автомобили с остановленным запуском и гибриды демонстрируют увеличение выбросов CO 2 по WLTP.
В идеале, чтобы сравнить NEDC с WLTP, ездовые циклы должны выполняться на испытательном стенде с использованием предписанных процедур. Что касается NEDC, данные о расходе топлива и выбросах загрязняющих веществ доступны для всех транспортных средств, но для WLTP это не так.Основное внимание в этой статье уделяется ездовым циклам NEDC и WLTP, а не результату полного процесса сертификации. В отсутствие данных испытательного стенда для WLTP авторы решили использовать данные реальных измерений для нескольких транспортных средств для расчета расхода топлива и выбросов, используя подход VSP для получения сопоставимых результатов. В качестве первого необходимого шага эти результаты были сопоставлены с данными сертификации для NEDC, чтобы установить общий базовый уровень для сравнения транспортных средств и проверки подхода VSP.
Принимая во внимание все вышеупомянутые проблемы, цель этого документа — использовать данные о транспортных средствах, собранные на дороге с помощью PEMS и методологии удельной мощности транспортного средства (VSP) (Jimenez-Palacios, 1999), для оценки использования топлива и регулируемых выбросов загрязняющих веществ для те же автомобили, выполняющие цикл NEDC и WLTP класса 3.
Что определяет топливную экономичность? | Subaru Австралия
Факторы, определяющие эффективность использования топлива, можно разделить на две большие категории.
Первая категория касается того, насколько эффективно энергия топлива превращается в полезную работу, которая продвигает автомобиль вперед. Вторая категория связана с типом нагрузки, которую должен выполнять водитель.
Топливная экономичность автомобиля
Топливная эффективность транспортного средства определяется производителем транспортного средства и включает широкий спектр инженерных решений и критериев проектирования.
Во-первых, все дело в удельном расходе топлива.Другими словами, максимальное увеличение количества движущей силы на поверхности дороги в широком диапазоне условий движения для заданного количества потребляемого топлива.
Это известно как удельный расход топлива при торможении (BSFC) и определяется отношением расхода топлива к произведенной мощности, выражается в граммах на киловатт-час и является мерой топливной эффективности двигателя. Это включает в себя сгорание и механический КПД двигателя по преобразованию топлива во вращающую силу с минимальными потерями на трение и тепло.
Во-вторых, речь идет о передаче этой силы через коробку передач, трансмиссию и шины на дорожное покрытие, опять же с минимальными потерями на трение, при этом поддерживая частоту вращения двигателя в ее наиболее эффективном рабочем диапазоне с изменениями скорости автомобиля и нагрузки.
Далее значительную роль играют вес и аэродинамика автомобиля. Очевидно, что чем тяжелее транспортное средство и чем больше сопротивление его движению вперед, тем больше силы и, следовательно, топлива требуется для прохождения заданного расстояния.
Наконец, приложение для проектирования играет очень важную роль в топливной экономичности транспортного средства, потому что не все автомобильные конструкции направлены на минимизацию расхода топлива.
Некоторые транспортные средства рассчитаны на скорость, ускорение или несение нагрузки в качестве основных характеристик. Поэтому для достижения этих целей оправданно жертвовать количеством пройденных километров на литр топлива. Другими словами, каждый литр топлива имеет определенное количество энергии, и это зависит от приоритетов, к которым эта энергия применяется.
Что делает автомобиль экономичным?
Технологии инженерного проектирования, обеспечивающие экономичное потребление топлива, настолько многочисленны, что перечислить их все было бы практически невозможно, и в любом случае для большинства людей они были бы непонятными и малоинтересными.
К счастью для подавляющего большинства из нас, существует очень полезный и независимый инструмент топливной эффективности, который мы можем использовать для измерения относительного расхода топлива и экологических характеристик транспортных средств, доступных в настоящее время в Австралии: Руководство правительства Австралии по экологически чистым автомобилям.
Этот инструмент использует звездную систему оценки для классификации транспортных средств в соответствии с данными о расходе топлива и выбросах в окружающую среду. Однако он не классифицирует транспортные средства в соответствии с их конструктивным назначением, то есть малыми и большими, характеристиками транспортного средства или грузоподъемностью.
Итак, первая задача — решить, какой тип транспортного средства соответствует вашим конкретным требованиям, потому что, как указывалось ранее, проектное приложение играет очень важную роль в чистом расходе топлива транспортного средства. Дело в том, что часто автомобиль, который является лучшим с точки зрения расхода топлива, часто не является лучшим с точки зрения производительности или грузоподъемности.
Справочник по экологическим автомобилям / данные о расходе топлива ADR получены в результате реальных испытаний транспортного средства, проведенных в лабораторных условиях на «динамометрическом стенде» с соблюдением очень специфических параметров цикла движения.
Он обеспечивает равные условия, на которых все автомобили (независимо от марки) могут сравниваться по расходу топлива и экологическим характеристикам. Однако следует отметить, что, хотя параметры ездового цикла разработаны, чтобы попытаться воспроизвести реальный ездовой цикл, результаты отражают только результат, достигнутый в отношении этих конкретных параметров.Любое отклонение от параметров в реальном мире может означать совсем другие результаты. Таким образом, это всего лишь «справочник» по фактическому расходу топлива, которого вы достигнете в реальном мире, но, что более важно, он действует как основа для истинного сравнения топливной эффективности между автомобилями.
NB: Лучшие участники в Руководстве по экологическим автомобилям состоят в основном из электрических или гибридных транспортных средств, и следует понимать, что эти рейтинги не принимают во внимание такие вещи, как стоимость электроэнергии, необходимой для подзарядки, высокая стоимость сменных батарей или первоначальная стоимость покупки и стоимость перепродажи.Общая стоимость владения — это фактор, который также следует учитывать при принятии решений о топливной эффективности и покупке транспортных средств.
Вождение в целях экономии топлива
Как указывалось ранее, литр топлива имеет определенное количество энергии, и чем быстрее мы едем, ускоряемся, замедляемся, снова ускоряемся или просто «агрессивно» едем и используем эту энергию, тем больше топлива требуется для преодоления определенного расстояния. .
Аналогичным образом, чем тяжелее груз, который должен нести автомобиль, тем выше расход топлива.Сама дорога также оказывает значительное влияние — такие факторы, как количество подъемов, спусков и качество дорожного покрытия, могут отрицательно сказаться на расходе топлива.
Это не ракетостроение, чтобы понять, что для достижения минимально возможного расхода топлива стиль вождения должен быть как можно более плавным и прогрессивным, при разумных скоростях и на самых ровных и гладких дорогах.
Труднее понять, что выбор транспортного средства, не подходящего для предполагаемой цели, или вождение, не подходящее для этого транспортного средства, приведет к неблагоприятному результату расхода топлива. Это означает, например, что перегрузка или агрессивное вождение легкого транспортного средства, рассчитанного на низкий расход топлива, может означать, что достигнутый расход топлива на самом деле хуже, чем у транспортного средства, более подходящего для этой цели. Как указывалось ранее, очень тщательный выбор подходящего транспортного средства по назначению имеет первостепенное значение.
с использованием OBD-II и модели машины опорных векторов
В этом документе представлен метод оценки расхода бензина с использованием бортовой информационной системы транспортного средства OBD-II (Бортовые диагностики-II).На испытательном маршруте использовалось несколько транспортных средств, чтобы можно было сравнить их расход. Взаимосвязь между расходом топлива и скоростью двигателя измеряется в оборотах в минуту (обороты в минуту) и датчике положения дроссельной заслонки (TPS). Отношения выражаются в виде полиномиальных уравнений. Метод, состоящий из классификатора SVM (машина опорных векторов) в сочетании с интерполяцией Лагранжа, используется для определения взаимосвязи между двумя параметрами двигателя и общим расходом топлива.Модель отношений строится с помощью инструмента аппроксимации поверхности. В экспериментальной части предлагаемый метод тестируется на транспортных средствах на крупной автомагистрали между двумя городами Иордании. Предлагаемая модель получает свои выборочные данные из оборотов двигателя, TPS и расхода топлива. Метод успешно дал точный расход топлива со средней разницей в 2,43, и эти цифры сравниваются со значениями, рассчитанными обычным методом.
1. Введение
В последние несколько лет производители автомобилей были озабочены сокращением выбросов и общим использованием топливных ресурсов, связанных с транспортной отраслью.Эта развивающаяся проблема побудила правительственные учреждения и лиц, принимающих решения, установить правила и стандарты по эффективности и низкому уровню выбросов [1]. Более того, высокая стоимость масла вместе с растущим беспокойством по поводу загрязнения окружающей среды и атмосферы вынудили производителей автомобилей разрабатывать и продавать энергоэффективные автомобили, принимая такие стратегии, как (i) разработка более эффективных двигателей малого рабочего объема, (ii ) уменьшение веса и коэффициента лобового сопротивления транспортного средства, (iii) использование низкопрофильных шин для минимизации сопротивления качению, (iv) добавление электрической трансмиссии вместе с обычным топливным двигателем и т. д.[2]. Во всем мире правительства требуют более эффективных транспортных средств; поэтому были достигнуты выдающиеся успехи в использовании альтернативных видов топлива с низким уровнем выбросов, таких как водородные камеры сгорания. В течение последнего десятилетия японское правительство настоятельно призывало японских производителей автомобилей увеличить объем работ по разработке электромобилей (электромобилей) с батарейным питанием и гибридных электромобилей (HEV). Электромобили на топливных элементах (FCV), такие как водородные элементы, являются еще одним типом, который либо используется для выработки энергии с помощью водородного двигателя внутреннего сгорания, который перемещает транспортное средство, либо косвенно генерирует электричество для питания электродвигателя [3].
Ранее двигатели без искрового зажигания (дизельные) были известны своей слабостью с точки зрения выбросов и надежности. Однако лишь совсем недавно современные технологии позволили значительно улучшить такие двигатели. В целом, дизельные двигатели имеют лучший расход топлива по сравнению с бензиновыми двигателями. Несмотря на это, в этой работе изучаются автомобили с бензиновым двигателем, потому что они производят меньше вредных выбросов и потому, что в настоящее время общая тенденция смещается в сторону бензиновых и гибридных / электрических транспортных средств.В этой статье обсуждается расход топлива в режиме реального времени с использованием мгновенных параметров транспортного средства и делается попытка оценить такой расход с помощью SVM. Эта работа не обязательно предлагает лучший стиль вождения или способы экономии топлива, но она пытается смоделировать расход топлива на определенной местности для трех транспортных средств, каждый из которых имеет разные объемы двигателя, используя прогнозирование машинного обучения. При оценке транспортных средств также стоит сравнить их с точки зрения топливной экономичности, чтобы попытаться ответить на вопрос, «поможет ли тип транспортного средства сократить расход топлива на определенной местности?» Другими словами, «будет ли автомобиль с двигателем большего объема быть более эффективным, чем автомобили с относительно меньшими двигателями, при движении в тех же условиях?»
В этом документе представлен обзор соответствующей работы и вклада в Разделе 2.Обсуждение системы OBD-II представлено в разделе 3, за которым следует краткое описание PID, обнаруженных в разъеме OBD-II. В разделе 4 показаны детали эксперимента и обсуждается экономия топлива для тестовых автомобилей. В разделе 5.1 дается обзор предлагаемого метода. В Разделе 5.2 представлены результаты уравнений прогнозирования и проверки расхода топлива для транспортных средств, за которыми следует вывод в Разделе 6.
2. Обзор литературы и вклад
Между тем, пока не начнется массовое производство транспортных средств с альтернативной мощностью, эффективное использование топлива будет текущее беспокойство [4].Принимая это во внимание, экономичное вождение (или эко-вождение) является одним из эффективных методов, которые могут быть очень полезны. Как упоминалось ранее, экономичное вождение можно определить как стиль вождения, не создающий излишней нагрузки на двигатель. Хотя большинство современных автомобилей оснащены бортовой функцией экономичного режима, многие манеры вождения могут иметь большое значение для минимизации расхода топлива во время вождения. Исследователи, специализирующиеся в области автомобильной техники, проявили особый интерес к разработке методов определения выбросов топлива в течение ездового цикла. Алессандрини и др. [5], например, были заинтересованы в создании нового метода, который дает более точное описание взаимосвязи между потреблением топлива и дорожной сетью или конкретными пользователями. Эрикссон [6] объясняет, что топливо можно сэкономить, избегая резких изменений ускорения, а при движении на высокой скорости определенно расходуется больше топлива. Вместо этого стиль вождения должен включать переключение на более высокую скорость в нужное время, избегание скоростей, превышающих 100 км / ч, прогнозирование транспортного потока, плавное ускорение и замедление с минимальным использованием тормозов и поддержание транспортного средства в хорошем механическом состоянии.Meseguer et al. [7] предлагают поддерживать менее частую тенденцию к замедлению с последующим ускорением, свести к минимуму использование пониженных передач и попытаться как можно скорее перейти на самые высокие доступные передачи, избегая при этом непрерывного переключения передач. Были внедрены различные мобильные приложения для экологичного вождения, которые помогают повысить экономию топлива [8–10]. С другой стороны, на расход топлива в значительной степени влияет характер маршрута, по которому автомобиль ежедневно ездит на работу.
С точки зрения информатики, в этой работе делается попытка разработать новый метод расчета расхода топлива в реальном времени на основе двух параметров OBD и проверки результатов по сравнению с традиционным методом, который ограничивается показаниями MAF (массового расхода воздуха) и скорости транспортного средства. Только.В предыдущем абзаце резюмируются темы исследований по расходу топлива в целом; однако также важно указать, какие фактические параметры и методы были введены разными авторами, исследовавшими расход топлива в транспортных средствах.
Было опубликовано несколько современных документов, в которых предлагается набор параметров, которые можно использовать для расчета расхода топлива. Одна из основных категорий — определение таких переменных. Xaio et al. [11] представили формулу для вычисления функции коэффициента расхода топлива (FCR) путем анализа данных по различным факторам, а затем представили примеры, показывающие различные результаты, без учета TPS как фактора, влияющего на расход топлива.Другие авторы, такие как Сяхпутра [12] и Лангари и Вон [13], увеличили количество параметров и представили нейронечеткие методы, чтобы улучшить полученные результаты. Помимо этих исследований, которые имеют дело с переменными для оценки расхода топлива, современные современные модели предлагают оценку расхода топлива на основе типичного поведения при вождении в городе. Более того, большинство этих моделей представляют собой упрощенные математические уравнения [12, 14]. Другие представленные подходы к расчету расхода топлива и выбросов основаны на средних скоростях канала [15, 16].
Вторая категория — подходы, использующие машинное обучение. Chen et al. [17] интересовались анализом поведения за рулем с помощью классификатора машинного обучения. Они использовали классический алгоритм AdaBoost вместе с информацией от блока управления двигателем, чтобы определить, способствует ли поведение при вождении экономии топлива. Wong et al. [18] также использовали классификатор машинного обучения, но только для прогнозирования оптимальной топливно-воздушной смеси для лучшей экономии топлива. Различные инструменты предназначены для сбора данных в режиме реального времени с OBD-II.Вместе с анализатором выхлопных газов Ортенци и Костальола [19] создали модели потребления и выбросов, разработанные для автомобилей с бензиновыми двигателями. Также стоит упомянуть, что доступно несколько мобильных приложений в сочетании со специальными устройствами, которые могут считывать и контролировать несколько значений, таких как расход топлива и параметры двигателя, с помощью OBD-II. Помимо таких устройств, некоторые программы работают, измеряя мгновенное потребление с использованием различных подходов, таких как нейронные сети [20], в то время как другие фокусируются на установлении стандартов для выбросов, таких как Copert III [21].
Консенсус в большинстве предыдущих предложений состоит в том, что они включают показания MAF в свои методы. Простое использование таких значений имеет недостаток в случаях, когда движение педали газа влияет на соотношение воздух-топливо, но оно остается стабильным около фиксированного значения, когда педаль акселератора слегка нажимается, но оно изменяется с резким ускорением. , MAF остается неизменным, когда положение дроссельной заслонки поворачивается на небольшие углы и иногда остается неподвижным, несмотря на то, что нагрузка двигателя изменяется в больших количествах, которые обязательно совпадают с изменениями положения дроссельной заслонки.Еще одно отличие состоит в том, что большинство исследований в области автомобильных технологий сосредоточено на анализе переменных данных от ECU для создания программ / мобильных приложений, которые информируют водителя о том, является ли его стиль вождения экономичным. Эта работа, однако, не создает программу, а пытается предложить новый метод расхода топлива на основе комбинации набора обучающих данных.
3. Стандарт OBD-II
Стандарт бортовой диагностики (OBD) был разработан в США в основном для помощи в обнаружении неисправностей двигателя.Основная цель наличия такой системы — обнаруживать любое увеличение выбросов вредных газов, превышающее некоторые допустимые пределы. Система работает, непрерывно отслеживая различные датчики, предназначенные для отправки электрических сигналов в качестве обратной связи на главный ЭБУ автомобиля. Такие датчики контролируют функции управления двигателем; более конкретно, эти датчики отвечают за определение объема воздуха / топлива, поэтому ЭБУ может точно определять точную смесь в режиме реального времени. Другие датчики, такие как датчик кислорода и датчик массового расхода воздуха, также влияют на состав смеси воздух / топливо.Сканер OBD используется для связи с ЭБУ автомобиля. Сканер OBD — это инструмент для диагностики проблем в электрических и выхлопных системах транспортных средств. При обнаружении неисправности ЭБУ сохраняет код неисправности в памяти, чтобы его мог прочитать сканер.
Первый стандарт OBD, известный как OBD-I, был разработан для контроля относительно меньшего количества параметров по сравнению с OBD-II. Когда в автомобильной промышленности появились системы впрыска топлива, OBD-I была в основном сосредоточена на обнаружении неисправных ошибок в системах зажигания, выбросов и впрыска двигателей.Тогда метод диагностики был базовым, и OBD-I не устанавливал стандарта приемлемого уровня выбросов для транспортных средств. Следовательно, ситуация слишком богатой или обедненной смеси, которая увеличивает расход топлива, не будет обнаружена. Системы зажигания тогда не были такими сложными и продвинутыми, как сегодня. Многие другие коды электрических ошибок, не относящиеся к двигателю, не были включены в стандарт. Сбои были просто выражены как визуальное предупреждение водителю, а ошибка сохраняется в памяти ЭБУ.Второе поколение OBD, известное как OBD-II, установило стандарты для большего количества компонентов, таких как вилка и разъем, используемые для диагностики, диагностические коды неисправностей (DTC) и протоколы сигнализации на шине сети контроллеров (CAN). . Кроме того, в стандарте определен подробный список кодов неисправности (диагностических кодов неисправностей). Стандарт OBD-II также определяет параметры, которые можно отслеживать, и каждому параметру (PID) присваивается код (идентификатор идентификации). Стандарт OBD-II также устанавливает несколько режимов взаимодействия подсистем, чтобы обеспечить прямое взаимодействие с системами автомобиля, такими как системы отопления и вентиляции, система трансмиссии и система двигателя / шасси, что позволяет проводить более точную диагностику в зависимости от ситуации. по функциональности.Известные производители автомобилей, такие как Daimler Mercedes и BMW, ввели дополнительные режимы взаимодействия, характерные для их автомобилей, тем самым предлагая полный контроль над их функциями. Европейские правила, эквивалентные стандарту OBD-II, известному как EOBD, устанавливают стандарт для кодов неисправностей, который состоит из пяти символов: буквы, за которой следуют четыре цифры. EOBD и OBD-II имеют одинаковые разъемы и интерфейсы. На рисунке 1 показан пример обоих разъемов OBD-II — штекера и розетки.В этом конкретном сканирующем устройстве гнездовой разъем является частью устройства CDP AutoCom OBD-II [22], которое обеспечивает соединение между внутренней шиной автомобиля и персональным компьютером с помощью соединения Bluetooth.
A Схематическое описание контактов разъема «мама» OBD-II показано в таблице 1 [23].
|
В таблице 2 показан список некоторых PID OBD-II, определенных стандартом SAE J1979, которые можно использовать в эксперименте.Дается описание каждого PID вместе с информацией о количестве байтов и единицах измерения каждого PID [24].
|
Сканеры Experiment 4. доступны на рынке. Некоторые из них оснащены Bluetooth-соединением, которое позволяет сканеру осуществлять беспроводную связь с соответствующим программным обеспечением, установленным на ПК или мобильным приложением. Как упоминалось в разделе 3, диагностический прибор CDP Autocom является одним из доступных сканеров OBD-II.CDP Autocom производится шведской компанией Delphi, занимающейся автомобильными технологиями и решениями. Сканер Autocom поддерживает все транспортные средства, совместимые с OBD-II; однако он несовместим с диагностическим программным обеспечением, написанным для интерфейсов на базе ELM327. ELM327 — это интерфейс, установленный на адаптере, предназначенный для работы в качестве моста между портом OBD-II и стандартным интерфейсом RS-232.
Испытываются три тестовых автомобиля: Ford Fusion 2017 года, Toyota Camry LX 2016 года и Mercedes-Benz e280 2006 года.Все эти автомобили представляют собой седаны среднего размера, а их двигатели безнаддувные, что означает, что они не имеют турбонаддува. В этом эксперименте мы старались избегать турбомоторов. Двигатели с турбонаддувом, как правило, потребляют больше топлива из-за последующего турбо-лага. Также интересно отметить, что почти все легковые автомобили, используемые в Иордании, работают на бензине. В таблице 3 показаны некоторые из их характеристик, которые напрямую влияют на общий расход газа, такие как вес, габаритные размеры и объем двигателя.Мощность каждого двигателя также является ключевым фактором в этом контексте. Все три автомобиля имеют автоматическую коробку передач и работают на бензине.
|
|