POLITECHNIKA ÅšL
SKA
WYDZIAA
TRANSPORTU
SILNIKI POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH
LABORATORIUM
OBLICZANIE PRZEBIEGOWEGO ZUŻYCIA PALIWA
PRZEZ SAMOCHÓD NA PODSTAWIE
CHARAKTERYSTYKI OGÓLNEJ SILNIKA
Grupa TzK 41 ES
Sekcja 1
Rok 2013/2014
Spis treści
1. Cel ćwiczenia. .................................................. 3
2. Obliczenia. ....................................................... 5
3. Wyniki............................................................... 8
4. Wnioski............................................................. 9
5. Użyte wzory.................................................... 10
Strona | 2
1. Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z metodyką obliczeń dla europejskich cykli
jezdnych sprawności ogólnej silnika samochodu osobowego, z możliwością weryfikacji
wyników w oparciu o przebiegowe zużycie paliwa.
1.1. Wybór pojazdu do analizy i jego dane techniczne.
Z tabeli pojazdów zamieszczonej w załącznikach instrukcji1, wybrano pojazd z kolumny
numer 209  Audi A6 Avant 2.5 TDI. Dane techniczne pojazdu przedstawia tabela 1.
Tabela 1. Dane techniczne wybranego do analizy pojazdu.
Zużycie paliwa
Max.
Moc
Pojemność miejskie/
moment Przełożenia Przełożenie Prędkość Pojemność Masa Wymiary
max. Przyśpieszenie Rozmiar
silnika pozamiejskie/
obrotowy biegów przekładni max. zbiornika własna dł/szer/wys
[kW/obr. 0-100 km/h [s] opon
Å‚Ä…czone
[Nm/obr. I/II/III/IV/V/VI głównej [km/h] paliwa [l] [kg] [mm]
[cm3]
min]
min]
[dm3/100km]
3,75/2,06/1,32/ 4796/
2496 132/4000 370/1500 3,89 221 8,8 205/55R16 70 1680 12,9/6,6/8,9
0,93/0,71/0,56 1810/1479
Do uzupełnienia tabeli DANE zawartej w instrukcji przyjęto ponadto:
= 1803 [ ] = 0,30 = 0,306 [ ] = 1 [ D !]
mb - masa badawcza (testowa) = masa własna + 75kg kierowca + masa 90% paliwa w
zbiorniku przy założeniu gęstości 0,83 kg/dm3 dla oleju napędowego,
Cx  współczynnik oporów aerodynamicznych,
rd  promień dynamiczny koła = 0,97rn,
Gj  godzinowe zużycie paliwa, dobrano na podstawie wykresu 1.
Wykres 1. Godzinowe zużycie paliwa silników ZI i ZS przy pracy na biegu jałowym w funkcji pojemności
skokowej.
W tym momencie możemy w całości wypełnić zawartą w instrukcji tabele DANE (tabela 2).
1
Aleksander Ubysz: Ćwiczenia laboratoryjne z silników spalinowych i ochrony środowiska.
Wydawnictwo Politechniki ÅšlÄ…skiej 2009.
Strona | 3
Tabela 2. Dane do analizy zgodnie z pierwszÄ… z Tabeli II.9 zawartych w instrukcji.
Dane silnika Audi A4 2,5 TDI Przełożenia Czasy faz [s]
wielkość jednostka wartość wartość ic=ib*ig faza cykl m. cykl d.
Vss cm3 2496 ig 3,89 b.j.+ b.l. 102 88
Ne/nN kW/min-1 132/4000 i1 3,75 14,5875 t 36 103
przyśp.
Mo/nM Nm/min-1 370/1500 i2 2,06 8,0134 t Vconst 57 209
Dane samochodu i3 1,32 5,1348 t Å‚Ä…czny 195 400
mw kg 1680 i4 0,93 3,6177 Długość dróg [m]
mb kg 1803 i5 0,71 2,7619 Droga Cykl m. cykl d.
cx 0,3 i6 0,56 2,1784 Lr 218,7 2096
B*H m 2,67699 Lc 539,7 4069,3
Vmax km/h 221
t100 s 8,8 gdzie: Lr - droga rozpędzania
ogumienie 205/55R16 Lc - droga stałej prędkości
rd mm 306
Gj dm3/h 1
Do obliczeń niezbędna jest charakterystyka ogólna silnika. Ponieważ są rzadko podawane
w materiałach charakteryzujących silniki i pojazdy, wykorzystując ich podobieństwa można
posłużyć się charakterystyką innego silnika tego samego typu, nanosząc w odpowiedniej
podziałce skalę momentu obrotowego, tak aby jego wartość szczytowa odpowiadała
momentowi maksymalnemu naszego silnika. Charakterystykę ogólną silnika ZS
samochodu osobowego z naniesionym momentem wybranego przez nas pojazdu
przedstawia wykres 2.
Wykres 2. Charakterystyka ogólna silnika ZS samochodu osobowego z naniesioną w odpowiedniej
podziałce skalą momentu obrotowego wybranego do analizy pojazdu.
Z uwagi na przeskalowanie na wykresie momentu obrotowego a co za tym idzie również
wartości ciśnienia efektywnego wyznaczono współczynnik korekcji o wartości 1,25
przez który pomnożono odczytane wartości chwilowego zużycia paliwa.
Strona | 4
2. Obliczenia.
2.1. Cykl miejski.
Do wypełnienia arkusza obliczeniowego cyklu miejskiego (załącznik 1) przyjęto wartości
pomocnicze zawarte w tab.3. Wartość współczynnika mas wirujÄ…cych ´ wybrano na
podstawie wykresu 3.
Tabela 3. Wartości pomocnicze użyte w rachunkach do wypełnienia arkusza obliczeniowego cyklu
miejskiego.
Nr fazy
v [km/h] a [m/s2] przeÅ‚ożenie ic ´ Li [m]
2 7,5 1,04 1 14,5875 1,35 8,32
3(15) 15 0 1 14,5875 1,35 33,3
7,14 7,5 0,83 1 14,5875 1,35 10,4
9 23,5 0,94 2 8,0134 1,15 32,6
10(32) 32 0 2 8,0134 1,15 213
16 25 0,62 2 8,0134 1,15 62,6
18 42,5 0,52 3 5,1348 1,075 94,4
19(50) 50 0 3 5,1348 1,075 167
21(35) 35 0 3 5,1348 1,075 126
Do obliczeÅ„, Å›redniej wartoÅ›ci sprawnoÅ›ci napÄ™du ·n skorzystano z danych zawartych w
tabeli 4. Dla faz cykli, w których w przypadku skrzyni 6-biegowej włączony jest bieg VI,
przyjęto sprawność 0,97.
Tabela 4. Sprawność układu przeniesienia napędu na Wykres 3. Zakresy wartości wsp.mas
poszczególnych przeÅ‚ożeniach dla obu cykli. wirujÄ…cych ´ zależnoÅ›ci od przeÅ‚ożenia
całkowitego układu napędowego.
Do wypełnienia tabeli 5 skorzystano z wykresu 2 , tabeli 4 oraz przyjęto :
[ D ] [ D ]
= 30 = 0,015 = 0,36 = 0,0283 [!]
Wdv  objętościowa wartość opałowa paliwa,
ft  współczynnik oporów toczenia,
k  współczynnik do obliczenia sił oporów aerodynamicznych, gdzie A = 0,75 * B * H,
Tj  łączny czas pracy silnika w czasie testu bez obciążenia (bieg luzem).
Strona | 5
Tabela 5. Arkusz pomocniczy cyklu miejskiego.
mb [kg]
1803 Nr fazy ·p ge [g/kWh] ·e ·n=·p*·e
Wdv [MJ/dm3] 30 2 0,63 412,5 0,20 0,13
ft 0,015 3(15) 0,63 875 0,10 0,06
k [kg/m] 0,36 7,14 0,63 437,5 0,19 0,12
gęstość [g/dm3] 0,83 9 0,93 325 0,26 0,24
Gj [dm3/h] 1 10(32) 0,93 687,5 0,12 0,11
Tj [h] 0,028 16 0,93 337,5 0,25 0,23
18 0,94 350 0,24 0,23
19(50) 0,94 700 0,12 0,11
21(35) 0,94 662,5 0,13 0,12
Nr fazy
Q [ l/100km] Udziały [%]
2 4,13 Et/E 0,50
3(15) 1,00 Ep/E 0,07
7,14 3,35 Eb/E 0,43
9 1,18
10(32) 0,22
16 0,68
18 0,50
19(50) 0,27
21(35) 0,31
Po wykonaniu rachunków, których przebieg i wyniki zawarto w arkuszu obliczeniowym
cyklu miejskiego (załącznik 1) wypełniono tabelę 6.
Tabela 6. Obliczone przebiegowe zużycie paliwa dla cyklu miejskiego.
Przebiegowe zużycie
paliwa Q [dm3/100km]
Qcałk 12,8
Qt 7,7
Qp 3,4
Qb 0,7
Qj 0,5
Strona | 6
2.2. Cykl drogowy.
Do wypełnienia arkusza obliczeniowego cyklu drogowego (załącznik 2) przyjęto
wartoÅ›ci pomocnicze zawarte w tab.7. Wartość współczynnika mas wirujÄ…cych ´
wybrano na podstawie wykresu 3. Dla przeÅ‚ożenia V i VI współczynnik ´ przyjÄ™to 1.
Tabela 7. Wartości pomocnicze użyte do wypełnienia arkusza obliczeniowego cyklu drogowego.
Nr fazy
v [km/h] a [m/s2] przeÅ‚ożenie ic ´ Li [m]
2 7,5 0,83 1 14,5875 1,35 10,4
4 25 0,62 2 8,0134 1,15 62,6
6 42,5 0,52 3 5,1348 1,075 94,4
8,12 60 0,43 4 3,6177 1,05 217
9,13,(70) 70 0 5 2,7619 1 973
11(50) 50 0 4 3,6177 1,05 958
14 85 0,24 5 2,7619 1 828
15(100) 100 0 6 2,1784 1 833
16 110 0,62 6 2,1784 1 612
17(120)
120 0 6 2,1784 1 334
Korzystając z danych tabeli 4 i wykresu 3, przyjętych wcześniej wartości WdV, ft, k i
obliczeniu dla cyklu drogowego wartości Tj wypełniono arkusz pomocniczy cyklu
drogowego (tabela 8). Wartości ge odczytane z wykresu 2 również jak poprzednio
pomnożono przez współczynnik korekcji o wartości 1,25.
Tabela 8. Arkusz pomocniczy cyklu drogowego.
mb [kg] 1803 Nr fazy ·p ge [g/kWh] ·e ·n=·p*·e
Wdv [MJ/dm3] 30 2 0,71 437,5 0,19 0,14
ft 0,015 4 0,93 412,5 0,20 0,19
k [kg/m] 0,36 6 0,94 337,5 0,25 0,23
gęstość [g/dm3] 0,83 8,12 0,95 312,5 0,27 0,26
Gj [dm3/h] 1 9,13,(70) 0,96 462,5 0,18 0,17
Tj [h] 0,024 11(50) 0,95 525 0,16 0,15
14 0,96 312,5 0,27 0,26
15(100) 0,97 362,5 0,23 0,22
16 0,97 253,8 0,33 0,32
17(120) 0,97 318,8 0,26 0,26
Udziały [%]
Et/E 0,40
Ep/E 0,27
Eb/E 0,33
Strona | 7
Po wykonaniu rachunków, których przebieg i wyniki zawarto w arkuszu obliczeniowym
cyklu drogowego (załącznik 2) wypełniono tabelę 9.
Tabela 9. Obliczone przebiegowe zużycie paliwa dla cyklu drogowego.
Przebiegowe zużycie
paliwa Q [dm3/100km]
Qcałk 7,8
Qt 3,4
Qp 2,3
Qb 2,8
Qj 0,1
3. Wyniki.
Wyniki w postaci zestawienia jednostkowego zużycia paliwa i sprawności oraz
energochłonności i przebiegowego zużycia paliwa przedstawiają tabele 10 i 11.
Tabela 10. Zestawienie obliczonych jednostkowych zużyć paliwa i sprawności.
Jednostkowe zużycie paliwa i sprawność
Cykl miejski Cykl drogowy
ge ·e ·p ·n ge ·e ·p ·n
g2 412,5 0,20 0,63 0,13 g2 437,5 0,19 0,71 0,14
g7 437,5 0,19 0,63 0,12 g4 412,5 0,20 0,93 0,19
g9 325 0,26 0,93 0,24 g6 337,5 0,25 0,94 0,23
g14 437,5 0,19 0,63 0,12 g8 312,5 0,27 0,95 0,26
g16 337,5 0,25 0,93 0,23 g12 312,5 0,27 0,95 0,26
g18 350 0,24 0,94 0,23 g14 312,5 0,27 0,96 0,26
g3 875 0,10 0,63 0,06 g16 253,8 0,33 0,97 0,32
g10 687,5 0,12 0,93 0,11 g9 462,5 0,18 0,96 0,17
g19 700 0,12 0,94 0,11 g11 525 0,16 0,95 0,15
g21 662,5 0,13 0,94 0,12 g13 462,5 0,18 0,96 0,17
g15 362,5 0,23 0,97 0,22
g17 318,8 0,26 0,97 0,26
Strona | 8
Tabela 11. Zestawienie energochłonności i przebiegowego zużycia paliwa.
Zestawienie energochłonności i przebiegowego
zużycia paliwa
cykl m. cykl d. Qobl Qkat
2732 20736 12,8 12,9
Er [kJ] QmN
647 9566 7,8 6,6
Ec [kJ] Qd
80,9 68,4 9,7 8,9
Er/E [%] Qważ
19,1 31,6 12,81 b.d.
Ec/E [%] Qm
49,7 40,2 8,88 b.d.
Et/E [%] Q90
7,1 26,6 8,87 b.d.
Ep/E [%] Q120
43,2 33,2 10,19 b.d.
Eb/E [%] QEuromix
Qr [l/100km] 11,75 15,34
Qc [l/100km] 9,35 7,77
Qbj. [%] 4,18 1,28
4. Wnioski.
Ćwiczenie wykazało, że liczby podane w katalogach odbiegają od wartości obliczonych.
Trudno jednak mówić o zamierzonym zaniżaniu danych przez producentów ponieważ w
trakcie obliczeń uśredniono kilka znaczących dla wyników wartości.
Odbiegając jednak od porównania wyników z danymi producenta i analizując same
obliczenia widać wyraz
nie jak zmieniają się udziały energochłonności w obu cyklach. W
cyklu miejskim procentowy stosunek energochłonności związanej z oporami
aerodynamicznymi do energochłonności całkowitej cyklu jest znacznie mniejszy niż w
cyklu drogowym co wynika bezpośrednio z wyższych prędkości w trakcie drugiego testu.
Prędkość w obliczeniach siły oporu aerodynamicznego a co za tym idzie energochłonności
związanej z tymi oporami, jest w drugiej potędze.
W cyklu drogowym widać również nieznaczny spadek udziału energochłonności związanej
z bezwładnością elementów wirujących. Myślę, że odpowiedzialnym za taki stan rzeczy
jest między innymi fakt, że w tym cyklu pojazd po ruszeniu nie zatrzymuję się tyle razy ile
w przypadku cyklu miejskiego i dodatkowo porusza się z większą średnią prędkością.
Wartość współczynnika mas wirujÄ…cych ´ na wiÄ™kszych przeÅ‚ożeniach jest wyższa stÄ…d
energochłonność wprawionych w ruch i niezatrzymywanych mas stanowi mniejszy udział
w całym zapotrzebowaniu na energię.
Strona | 9
5. Użyte wzory.
= " " [ ] = 0,6 " " " [ ] = " " [ ]
= " " [ ]
= " [ ]
" 1 "
= = "

0,377 " 60 0,377 "

= " [ ]
= [ ]
2
1 1 "
= + =


Tabela 12. Tabela pomocnicza do obliczeń zużycia Q90 i Q120.
Ft [N] Fp [N] Fb [N] Fn [N] Ne [W] n [min-1] n [s-1] Mo [Nm]
90km/h 265 226 0 491 12279 2151 36 55
120km/h 265 402 0 667 22228 2262 38 94
·p ge [g/kWh] ·e ·n=·p*·e
90km/h 0,96 437,5 0,19 0,18
120km/h 0,97 325 0,26 0,25
Q dm3/100km
90km/h 8,88
120km/h 8,87
Strona | 10
Załącznik 1. Arkusz obliczeniowy cyklu miejskiego.
Nr fazy Ft [N] Fp [N] Fb [N] Fn [N] Ne [W] n [min-1] n [s-1] Mo [Nm] E [J] E/·n [J] Et/·n [J] Ep/·n [J] Eb/·n [J] (Et+Ep)/·n [J]
2 265 2 2531 2798 5829 947 16 59 23279 181457 17204 102 164151 17306
3(15) 265 6 0 272 1131 1894 32 6 9043 149518 146064 3455 0 149518
7,14 265 2 2020 2287 4764 947 16 48 23784 196625 22809 135 173681 22944
9 265 15 1949 2230 14554 1630 27 85 72682 302378 35979 2089 264310 38068
10(32) 265 29 0 294 2612 2219 37 11 62587 550805 497279 53526 0 550805
16 265 17 1285 1568 10890 1734 29 60 98164 424095 71746 4713 347636 76459
18 265 50 1008 1323 15624 1889 31 79 124931 553772 111005 21076 421691 132081
19(50) 265 70 0 335 4653 2222 37 20 55944 495961 392751 103210 0 495961
21(35) 265 34 0 299 2911 1555 26 18 37730 316565 280452 36113 0 316565
Suma: 3171176 1575288 224418 1371470 1799706
Załącznik 2. Arkusz obliczeniowy cyklu drogowego.
Nr fazy Ft [N] Fp [N] Fb [N] Fn [N] Ne [W] n [min-1] n [s-1] Mo [Nm] E [J] E/·n [J] Et/·n [J] Ep/·n [J] Eb/·n [J] (Et+Ep)/·n [J]
2 265 2 2020 2287 4764 947 16 48 23784 174470 20239 120 154112 20358
4 265 17 1285 1568 10890 1734 29 60 98164 518339 87689 5761 424889 93450
6 265 50 1008 1323 15624 1889 31 79 124931 533994 107041 20323 406630 127364
8,12 265 100 814 1180 19661 1879 31 100 255981 1002434 225433 85307 691694 310740
9,13,(70) 265 137 0 402 7815 1673 28 45 391069 2242926 1480416 762510 0 2242926
11(50) 265 70 0 335 4653 1566 26 28 320927 2111359 1671982 439377 0 2111359
14 265 201 433 899 21237 2032 34 100 744727 2886001 851216 646462 1388323 1497678
15(100) 265 279 0 544 15115 1885 31 77 453266 2016553 983132 1033422 0 2016553
16 265 337 1118 1720 52569 2074 35 242 1052907 3279028 505611 643083 2130334 1148694
17(120) 265 402 0 667 22228 2262 38 94 222722 871288 346621 524667 0 871288
Suma: 15636393 6279379 4161032 5195981 10440411
Grupa TzK 41 ES
Sekcja 1
Rok 2013/2014