„

„

Metody optymalizacji

Metody optymalizacji

zużycia paliwa w

zużycia paliwa w

samochodzie

samochodzie

osobowym.”

osobowym.”

Promotor:

Promotor:

dr inż. Jacek

dr inż. Jacek

Michalski

Michalski

Małgorzata Miazga

Małgorzata Miazga

CZĘŚĆ TEORETYCZNA

CZĘŚĆ TEORETYCZNA



cel pracy,

cel pracy,



paliwa do tłokowych silników spalinowych,

paliwa do tłokowych silników spalinowych,



systemy zasilania –

systemy zasilania –

paliwa alternatywne

paliwa alternatywne

,

,



Rozwiązania

zwiększające

sprawność

Rozwiązania

zwiększające

sprawność

samochodu,

samochodu,



homologacyjne cykle jezdne,

homologacyjne cykle jezdne,



energochłonność

energochłonność

ruchu a zużycie paliwa,

ruchu a zużycie paliwa,



metody pomiaru

metody pomiaru

zużycia paliwa,

zużycia paliwa,



zużycie paliwa

zużycie paliwa

:

:

o

przy stałej prędkości,

przy stałej prędkości,

o

podczas rozpędzania,

podczas rozpędzania,

o

w czasie eksploatacji pojazdu,

w czasie eksploatacji pojazdu,

•

tendencje rozwojowe

tendencje rozwojowe

.

.

CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

CZĘŚĆ PRAKTYCZNA

•

obliczenia trakcyjne

obliczenia trakcyjne

:

:

o

skrzynia trzybiegowa,

skrzynia trzybiegowa,

o

skrzynia czterobiegowa,

skrzynia czterobiegowa,

o

skrzynia pięciobiegowa,

skrzynia pięciobiegowa,

o

skrzynia sześciobiegowa,

skrzynia sześciobiegowa,

•

charakterystyka ogólna

charakterystyka ogólna

– obliczenia,

– obliczenia,

•

zużycie paliwa

zużycie paliwa

przez pojazd:

przez pojazd:

o

skrzynia trzybiegowa,

skrzynia trzybiegowa,

o

skrzynia czterobiegowa,

skrzynia czterobiegowa,

o

skrzynia pięciobiegowa,

skrzynia pięciobiegowa,

o

skrzynia sześciobiegowa,

skrzynia sześciobiegowa,

•

wnioski.

wnioski.

Parametrami samochodu wpływającymi na zużycie

Parametrami samochodu wpływającymi na zużycie

paliwa są:

paliwa są:

•

przełożenia układu napędowego,

przełożenia układu napędowego,

•

promień ogumienia,

promień ogumienia,

•

ciężar całkowity,

ciężar całkowity,

•

powierzchnia czołowa,

powierzchnia czołowa,

•

współczynnik kształtu,

współczynnik kształtu,

•

stan techniczny układu napędowego,

stan techniczny układu napędowego,

•

stan techniczny układu jezdnego,

stan techniczny układu jezdnego,

•

stan ogumienia,

stan ogumienia,

•

stan układu zawieszenia.

stan układu zawieszenia.

Zarówno kierowca, jak i otoczenie wywierają wpływ na

Zarówno kierowca, jak i otoczenie wywierają wpływ na

zużycie paliwa przez wymuszenie określonej prędkości

zużycie paliwa przez wymuszenie określonej prędkości

jazdy, zarówno stałej i okresowo zmiennej. Ogólnie

jazdy, zarówno stałej i okresowo zmiennej. Ogólnie

rzecz ujmując zużycie paliwa zależy od wszystkich

rzecz ujmując zużycie paliwa zależy od wszystkich

składników systemu:

składników systemu:

KIEROWCA – SAMOCHÓD – OTOCZENIE

KIEROWCA – SAMOCHÓD – OTOCZENIE

Celem pracy

Celem pracy

-jest przedstawienie metod

-jest przedstawienie metod

optymalizacji zużycia paliwa, a także ukazanie jak

optymalizacji zużycia paliwa, a także ukazanie jak

istotny wpływ na jego zmniejszenie ma dobór

istotny wpływ na jego zmniejszenie ma dobór

odpowiedniego układu napędowego.

odpowiedniego układu napędowego.

Nadmierne zużycie paliwa wpływa negatywnie

Nadmierne zużycie paliwa wpływa negatywnie

zarówno na ekonomię transportu jak i na

zarówno na ekonomię transportu jak i na

środowisko naturalne. Zbyt duże zużycie paliwa

środowisko naturalne. Zbyt duże zużycie paliwa

przez silnik w porównaniu z wartościami

przez silnik w porównaniu z wartościami

nominalnymi, może być ponadto

nominalnymi, może być ponadto

informacją

informacją

diagnostyczną

diagnostyczną

, mogącą pomóc w określeniu

, mogącą pomóc w określeniu

aktualnego stanu technicznego silnika i jego

aktualnego stanu technicznego silnika i jego

układów. Inna równie istotna przesłanka

układów. Inna równie istotna przesłanka

określająca konieczność kontroli zużycia paliwa to

określająca konieczność kontroli zużycia paliwa to

ograniczenie emisji szkodliwych

ograniczenie emisji szkodliwych

związków

związków

powstałych w wyniku funkcjonowania

powstałych w wyniku funkcjonowania

silnika. Zmniejszenie emisji substancji toksycznych

silnika. Zmniejszenie emisji substancji toksycznych

możliwe jest poprzez ciągły rozwój konstrukcji

możliwe jest poprzez ciągły rozwój konstrukcji

silników.

silników.

paliwa alternatywne (LPG

paliwa alternatywne (LPG

i CNG)

i CNG)

Pierwszy rozdział części teoretycznej to przegląd

Pierwszy rozdział części teoretycznej to przegląd

paliw stosowanych w pojazdach samochodowych.

paliw stosowanych w pojazdach samochodowych.

Szczegółowo opisane zostały w nim

Szczegółowo opisane zostały w nim

paliwa

paliwa

alternatywne (LPG i CNG)

alternatywne (LPG i CNG)

oraz wpływ

oraz wpływ

zasilania nimi samochodów na zmniejszenie zużycia

zasilania nimi samochodów na zmniejszenie zużycia

paliwa, a także porównanie z zasilaniem benzyną.

paliwa, a także porównanie z zasilaniem benzyną.

Głównym powodem zainteresowania paliwami

Głównym powodem zainteresowania paliwami

zastępczymi są niższe ceny ich zakupu oraz

zastępczymi są niższe ceny ich zakupu oraz

uzyskanie niższej toksyczności spalin, przy jak

uzyskanie niższej toksyczności spalin, przy jak

najmniejszym spadku parametrów silnika.

najmniejszym spadku parametrów silnika.

Samochody, w których zastosowane zostały

Samochody, w których zastosowane zostały

odpowiednie układy zasilania gazem oraz sterujące

odpowiednie układy zasilania gazem oraz sterujące

praca silnika, emitują

praca silnika, emitują

mniejsze ilości związków

mniejsze ilości związków

toksycznych

toksycznych

: CO, HC, NOx oraz szkodliwego CO2

: CO, HC, NOx oraz szkodliwego CO2

niż jednostki zasilane benzyną lub ON.

niż jednostki zasilane benzyną lub ON.

Wielkościami decydującymi o zużyciu

Wielkościami decydującymi o zużyciu

paliwa

paliwa

(główny miernik jakości energetycznej

(główny miernik jakości energetycznej

konstrukcji i eksploatacji pojazdu)

konstrukcji i eksploatacji pojazdu)

są

są

energochłonność ruchu oraz

energochłonność ruchu oraz

sprawność napędu

sprawność napędu

.

.

Energochłonność ruchu pojazdu jest ważnym

Energochłonność ruchu pojazdu jest ważnym

instrumentem przy bezpośrednim określaniu

instrumentem przy bezpośrednim określaniu

zużycia paliwa w różnego rodzaju testach

zużycia paliwa w różnego rodzaju testach

jezdnych (także

jezdnych (także

homologacyjne cykle

homologacyjne cykle

jezdne – miejski i drogowy

jezdne – miejski i drogowy

), przy

), przy

optymalizacji profili prędkości w modułach

optymalizacji profili prędkości w modułach

wykorzystujących wszelkie możliwe fazy ruchu

wykorzystujących wszelkie możliwe fazy ruchu

jak:

jak:

rozpędzanie, stałą prędkość i

rozpędzanie, stałą prędkość i

zwalnianie poprzez hamowanie lub

zwalnianie poprzez hamowanie lub

jazdę wybiegiem.

jazdę wybiegiem.

Metody pomiaru zużycia paliwa:

Metody pomiaru zużycia paliwa:



trakcyjne,

trakcyjne,



laboratoryjne.

laboratoryjne.

Sposoby określania zużycia paliwa:

Sposoby określania zużycia paliwa:



metoda objętościowa,

metoda objętościowa,



bilans węglowy,

bilans węglowy,



przepływomierze pomiarowe,

przepływomierze pomiarowe,



linie Willansa.

linie Willansa.

Jedną z metod zmniejszenia zużycia paliwa jest

Jedną z metod zmniejszenia zużycia paliwa jest

również zastosowanie w samochodzie

również zastosowanie w samochodzie

przekładni bezstopniowej CVT

przekładni bezstopniowej CVT

, gdzie

, gdzie

czynnikiem warunkującym osiągnięcie celu jest

czynnikiem warunkującym osiągnięcie celu jest

sprawność mechaniczna owej przekładni.

sprawność mechaniczna owej przekładni.

Natomiast

Natomiast

koncepcja nowego testu

koncepcja nowego testu

energetycznego

energetycznego

bazuje na spostrzeżeniu, iż

bazuje na spostrzeżeniu, iż

dla danego egzemplarza samochodu przebiegowe

dla danego egzemplarza samochodu przebiegowe

zużycie paliwa ściśle związane jest z energią

zużycie paliwa ściśle związane jest z energią

mechaniczną dostarczaną do kół napędowych w

mechaniczną dostarczaną do kół napędowych w

czasie cyklu pomiarowego, odniesioną do

czasie cyklu pomiarowego, odniesioną do

przejechanej drogi i masy pojazdu. Najważniejszą

przejechanej drogi i masy pojazdu. Najważniejszą

zaleta tego testu jest możliwość obiektywnej

zaleta tego testu jest możliwość obiektywnej

oceny efektywności energetycznej danego

oceny efektywności energetycznej danego

pojazdu, dzięki długoterminowej rejestracji

pojazdu, dzięki długoterminowej rejestracji

parametrów pracy silnika i pojazdu w czasie jego

parametrów pracy silnika i pojazdu w czasie jego

codziennej eksploatacji.

codziennej eksploatacji.

Wszystkie metody służące zmniejszaniu

Wszystkie metody służące zmniejszaniu

zużycia paliwa prowadzą do stworzenia

zużycia paliwa prowadzą do stworzenia

samochodu przyszłości, który jest przyjazny

samochodu przyszłości, który jest przyjazny

dla środowiska naturalnego człowieka i

dla środowiska naturalnego człowieka i

posiada cechy inteligencji.

posiada cechy inteligencji.

Dlatego też ciągle powstają nowe rozwiązania

Dlatego też ciągle powstają nowe rozwiązania

dotyczące sposobu napędzania pojazdu:

dotyczące sposobu napędzania pojazdu:

napędy hybrydowe

napędy hybrydowe

(najczęściej stosowane to

(najczęściej stosowane to

połączenie silnika spalinowego z elektrycznym)

połączenie silnika spalinowego z elektrycznym)

czy

czy

paliwa ogniwowe

paliwa ogniwowe

(urządzenia

(urządzenia

zamieniające energię chemiczną paliwa i

zamieniające energię chemiczną paliwa i

utleniacza bezpośrednio w energię elektryczną).

utleniacza bezpośrednio w energię elektryczną).

OBLICZENIA

OBLICZENIA

TRAKCYJNE

TRAKCYJNE

Praktyczna część pracy to

Praktyczna część pracy to

obliczenia trakcyjne

obliczenia trakcyjne

niezbędne do

niezbędne do

wyboru odpowiedniego układu napędowego, gdyż ma on

wyboru odpowiedniego układu napędowego, gdyż ma on

zasadniczy wpływ zarówno na dynamikę pojazdu, jak i na zużycie

zasadniczy wpływ zarówno na dynamikę pojazdu, jak i na zużycie

paliwa. Zastosowanie różnych skrzyń biegów sprawia, że

paliwa. Zastosowanie różnych skrzyń biegów sprawia, że

samochody o jednakowych silnikach mają różne charakterystyki

samochody o jednakowych silnikach mają różne charakterystyki

podaży mocy na kołach, które są mniej lub bardziej zbliżone do

podaży mocy na kołach, które są mniej lub bardziej zbliżone do

charakterystyki idealnej. W celu uwidocznienia wyżej

charakterystyki idealnej. W celu uwidocznienia wyżej

omówionego problemu dokonano porównania właściwości skrzyń:

omówionego problemu dokonano porównania właściwości skrzyń:

trzy-, cztero-, pięcio- i sześciobiegowej.

trzy-, cztero-, pięcio- i sześciobiegowej.

Obliczenia te zostały wykonane w

Obliczenia te zostały wykonane w

oparciu

oparciu

o dane dotyczące silnika 2.0 dCi

o dane dotyczące silnika 2.0 dCi

Renault

Renault

Laguna

Laguna

.

.

Wskaźnik dynamiczny

dla skrzyni trzy- i

czterobiegowej

Wskaźnik dynamiczny dla

skrzyni pięcio- i

sześciobiegowej

Wskaźnik dynamiczny dla

skrzyni cztero- i

pięciobiegowej

Przyspieszenia dla

skrzyni trzy- i

czterobiegowej

Przyspieszenia dla

skrzyni cztero- i

pięciobiegowej

Przyspieszenia dla

skrzyni pięcio- i

sześciobiegowej

Porównanie wskaźnika dynamicznego na poszczególnych

biegach dla skrzynki trzybiegowej i dla skrzynki

czterobiegowej (oznaczenie a na wykresie).

Porównanie wskaźnika dynamicznego na poszczególnych

biegach dla skrzynki czterobiegowej i dla skrzynki

pięciobiegowej (oznaczenie a na wykresie).

Porównanie wskaźnika dynamicznego na poszczególnych

biegach dla skrzynki pięciobiegowej i dla skrzynki

sześciobiegowej (oznaczenie a na wykresie).

Porównanie przyspieszeń na poszczególnych biegach dla

skrzynki trzybiegowej i dla skrzynki czterobiegowej

(oznaczenie a na wykresie).

Porównanie przyspieszeń na poszczególnych biegach dla

skrzynki czterobiegowej i dla skrzynki pięciobiegowej

(oznaczenie a na wykresie).

Porównanie przyspieszeń na poszczególnych biegach dla

skrzynki pięciobiegowej i dla skrzynki sześciobiegowej

(oznaczenie a na wykresie).

Dalsza część to obliczenia (na podstawie charakterystyki

Dalsza część to obliczenia (na podstawie charakterystyki

ogólnej silnika) wartości zużycia paliwa przez pojazd dla

ogólnej silnika) wartości zużycia paliwa przez pojazd dla

poszczególnych skrzyń biegów oraz porównanie

poszczególnych skrzyń biegów oraz porównanie

otrzymanych wartości w celu określenia, która ze skrzyń

otrzymanych wartości w celu określenia, która ze skrzyń

jest właściwym rozwiązaniem dla pojazdu pod względem

jest właściwym rozwiązaniem dla pojazdu pod względem

zużycia paliwa. Spośród zaprezentowanych skrzynek

zużycia paliwa. Spośród zaprezentowanych skrzynek

biegów najbardziej optymalna pod względem

biegów najbardziej optymalna pod względem

ekonomiczności i dynamiki dla badanego układu

ekonomiczności i dynamiki dla badanego układu

napędowego jest skrzynia sześciobiegowa.

napędowego jest skrzynia sześciobiegowa.

CHATAKTRYSTYKA OGÓLNA -

OBLICZENIA

Charakterystyka ogólna dla badanego silnika

Charakterystyka ogólna – ciśnienie użyteczne a

prędkość obrotowa

Zużycie paliwa - porównanie

Porównanie zużycia paliwa skrzyni trzybiegowej (kolor

czerwony) i skrzyni czterobiegowej ( kolor niebieski)

Porównanie zużycia paliwa skrzyni czterobiegowej

(kolor czerwony) i skrzyni pięciobiegowej ( kolor

niebieski)

Porównanie zużycia paliwa skrzyni pięciobiegowej (kolor

czerwony) i skrzyni sześciobiegowej ( kolor niebieski)

WNIOSKI

WNIOSKI

Najistotniejszy wpływ na zużycie paliwa, jak i na

Najistotniejszy wpływ na zużycie paliwa, jak i na

dynamikę pojazdu, ma dobór odpowiedniego układu

dynamikę pojazdu, ma dobór odpowiedniego układu

napędowego. Co można łatwo zaobserwować na

napędowego. Co można łatwo zaobserwować na

podstawie wykresów obliczeń trakcyjnych dla

podstawie wykresów obliczeń trakcyjnych dla

poszczególnych skrzynek biegów badanego pojazdu

poszczególnych skrzynek biegów badanego pojazdu

Renault Laguna 2.0 dCi

Renault Laguna 2.0 dCi

.

.

Na podstawie charakterystyki ogólnej silnika

Na podstawie charakterystyki ogólnej silnika

wyliczone zostały wartości zużycia paliwa przez

wyliczone zostały wartości zużycia paliwa przez

silnik dla poszczególnych skrzyń biegów oraz

silnik dla poszczególnych skrzyń biegów oraz

porównanie otrzymanych wartości w celu

porównanie otrzymanych wartości w celu

określenia, która ze skrzyń jest właściwym

określenia, która ze skrzyń jest właściwym

rozwiązaniem dla pojazdu pod względem zużycia

rozwiązaniem dla pojazdu pod względem zużycia

paliwa.

paliwa.

Spośród zaprezentowanych skrzyń biegów

Spośród zaprezentowanych skrzyń biegów

najbardziej optymalna pod względem

najbardziej optymalna pod względem

ekonomiczności i dynamiki dla badanego układu

ekonomiczności i dynamiki dla badanego układu

napędowego jest skrzynia sześciobiegowa.

napędowego jest skrzynia sześciobiegowa.