„
„
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
„
„
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 –
,
Rozwiązania
zwiększające
sprawność
Rozwiązania
zwiększające
sprawność
samochodu,
samochodu,
homologacyjne cykle jezdne,
homologacyjne cykle jezdne,
ruchu a zużycie paliwa,
ruchu a zużycie paliwa,
zużycia paliwa,
zużycia paliwa,
:
o
przy stałej prędkości,
przy stałej prędkości,
o
podczas rozpędzania,
podczas rozpędzania,
o
w czasie eksploatacji pojazdu,
w czasie eksploatacji pojazdu,
•
.
.
CZĘŚĆ PRAKTYCZNA
CZĘŚĆ PRAKTYCZNA
•
:
o
skrzynia trzybiegowa,
skrzynia trzybiegowa,
o
skrzynia czterobiegowa,
skrzynia czterobiegowa,
o
skrzynia pięciobiegowa,
skrzynia pięciobiegowa,
o
skrzynia sześciobiegowa,
skrzynia sześciobiegowa,
•
– obliczenia,
– obliczenia,
•
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
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.