Phương pháp tính toán tiêu hao nhiên liệu theo lý thuyết, theo thực nghiệm

22

Nhằm nâng cao chất lượng sử dụng ô tô và giảm tiêu hao nhiên liệu, ta cần phải lưu ý đến việc sử dụng công suất động cơ trong từng điều kiện sử dụng khác nhau của ô tô. Về phương diện này, người ta đưa ra khái niệm “mức độ sử dụng công suất động cơ”

và ký hiệu bằng chữ Yp. Mức độ sử dụng công suất của động cơ là tỷ số giữa công suất

động cơ cần thiết để khắc phục các công suất cản chuyển động với công suất của động cơ phát ra khi đó. Ta có: Yp =(Pf±Pi+Pω±Pj) 1  Pe = P+Pω±Pj Pe (3.12) Trong đó:

 - Hiệu suất truền lực.

Pf, Pi, P, Pj – Công suất các lực cản. (W)

Pe – Công suất của động cơ (W).

Qua biểu thức trên, ta có nhận xét rằng: chất lượng của mặt đường càng tốt (hệ số

cản tổng cộng  càng giảm) và vận tốc của ô tô càng nhỏ thì công suất của động cơ được

sử dụng càng nhỏ khi tỷ số truyền của hộp số càng lớn, do đó làm cho hệ số sử dụng công

suất động cơ Yp càng nhỏ.

Mức độ sử dụng công suất động cơ càng giảm xuống sẽ càng gây nên sự tiêu hao nhiên liệu của ô tô.

Ảnh hưởng của hệ số sử dụng công suất đến suất tiêu hao nhiên liệu động cơ: Theo [3] ta có công thức:

ge = kykckgemin [ g

kWh] (3.13)

Trong đó:

gemin - suất tiêu hao nhiên liệu cực tiểu (g/kWh).

ky - hệ số tính đến ảnh hưởng của mức độ sử dụng công suất.

23

ωep - tốc độ góc động cơ ứng với công suất cực đại Pe.max

Từ công thức (3.8) (3.13) ta có công thức cuối cùng như sau:

qd =0,036kykckgemin(F+F)

n [ 1

100km] (3.14)

3.2.2. Phương pháp tính toán tiêu hao nhiên liệu theo lý thuyết + Đặc tính tiêu hao nhiên liệu của ô tô khi chuyển động ổn định + Đặc tính tiêu hao nhiên liệu của ô tô khi chuyển động ổn định

Sử dụng phương trình để phân tích tính tốn mức tiêu hao nhiên liệu, ta sẽ gặp nhiều

khó khăn vì trị số suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ ge phụ thuộc vào số vòng

quay của trục khuỷu động cơ ne và mức độ sử dụng công suất của động cơ YP. Vì vậy ta

giải quyết vấn đề này bằng phương pháp xây dựng đường đặc tính tiêu hao nhiên liệu của ôtô.

Đầu tiên, dựa vào thí nghiệm động cơ trên bệ thí nghiệm để lập đồ thị suất tiêu hao

nhiên liệu có ích của động cơ theo mức độ sử dụng công suất của động cơ ge = f(YP) tương

ứng với các số vòng quay khác nhau của động cơ (hình 3.2).

Qua đồ thị này ta có nhận xét: mức độ sử dụng công suất của động cơ càng tăng và số vòng quay của trục khuỷu động cơ càng giảm thì mức tiêu hao nhiên liệu càng giảm,

vì ge càng giảm. Vì thế khi mức độ sử dụng công suất động cơ như nhau (ví dụ tại điểm

YP1) thì suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ ge ở số vòng quay 𝑛𝑒′′′ sẽ nhỏ hơn khi

ở số vòng quay 𝑛𝑒′′ và 𝑛𝑒′.

24

Tiếp đó, ta xây dựng đồ thị cân bằng công suất của ôtô khi chuyển động ổn định với các hệ số cản của các loại mặt đường khác nhau để tìm được mức độ sử dụng công

suất khác nhau của động cơ YP (hình 3.3). Ta xây dựng đồ thị Pe = f(v) cho một tỉ số

truyền của hệ thống truyền lực.

Căn cứ vào phương trình cân bằng công suất của ôtô khi chuyển động ổn định, ta có:

Pe = Fψ+Fω

η (3.15)

Lập đường cong công suất phát ra của động cơ Pe =f(v), xuất phát từ đường cong

này, xây dựng về phía dưới của nó đường cong biểu thị công suất tiêu hao cho lực cản không khí và có kể đến công suất tiêu hao cho ma sát trong hệ thống truyền lực:

Fω

η = Wv3

η = f(v) (3.16) Sau đó lập các đường cong biểu diễn công suất cản của mặt đường với các hệ số

cản khác nhau Fψ

η = f(v) và có kể đến công suất tiêu hao cho ma sát trong hệ thống truyền lực:

Dựa vào đồ thị (hình 3.3), ta có thể xác định được mức độ sử dụng công suất của

động cơ YP ứng với số vòng quay nào đó của động cơ, tức là ứng với một vận tốc v nào

đó ở số truyền đã cho và phụ thuộc vào điều kiện đường xá đã cho.

Chẳn hạn như trên hình 3.3, để đảm bảo cho ôtô có thể chuyển động được với vận

tốc v1 trên loại đường có hệ số cản 1 thì cần phải có công suất được xác định bằng tổng

số hai đoạn (a+c). Còn công suất của động cơ phát ra tại vận tốc này bằng tổng số hai đoạn

(a+b). Từ đó ta xác định được mức độ sử dụng công suất động cơ YP theo tỷ số:

YP = a+c

a+b (3.17)

Nếu tính YP theo phần trăm ta có:

YP% = a+c

a+b. 100 (3.17)

25

cũng tương ứng với vận tốc v và số truyền đã cho, ta xác định được số vòng quay của trục

khuỷu động cơ ne tương ứng theo biểu thức:

ne = 60vitl

2πrb [v/p] (3.18)

Từ trị số YP và ne tìm được, dựa vào đồ thị hình 3.2 hoặc là theo công thức (3.13),

ta xác định được trị số suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ ge.

Hình 3.3: Đồ thị cân bằng công suất của ôtô ứng với các hệ số cản  khác nhau của mặt đường.

Sau khi tính tốn được trị số của các lực cản chuyển động F và F , rồi thay các trị

số vừa tìm được: ge, F , F vào phương trình (3.8), ta xác định được trị số của mức tiêu

hao nhiên liệu và từ đó xây dựng đường cong mức tiêu hao nhiên liệu của ôtô khi chuyển động ổn định.

26

Hình 3.4: Đồ thị đặc tính tiêu hao nhiên liệu của ôtô khi chuyển động ổn định. Đồ thị ở hình 3.4 được gọi là đồ thị đặc tính tiêu hao nhiên liệu của ôtô khi chuyển động ổn định.

Đồ thị hình 3.4 cho phép ta xác định được mức độ tiêu hao nhiên liệu (l/100km) khi

biết các trị số  và v. Qua đồ thị này ta có nhận xét rằng:

Trên mỗi đường cong của đồ thị có hai điểm đặc trưng cơ bản nhất. Điểm thứ nhất

xác định mức tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất qđmin khi ôtô chuyển động trên loại đường có hệ

số cản  (ví dụ qđmin ứng với đường 1 ), vận tốc tại điểm đó được gọi là vận tốc kinh tế

và ký hiệu là vkt. Điểm thứ hai của đường cong (điểm cuối cùng của đường cong) đặc trưng

cho lượng tiêu hao nhiên liệu của động cơ làm việc ở chế độ toàn tải (các điểm a,b,c). Các

điểm này ứng với vận tốc chuyển động lớn nhất của ôtô vmax với các hệ số cản  khác

nhau.

Ngoài ra còn có điểm bất thường trên mỗi đường cong (d,e,f) nằm về phía bên phải

của vkt và lồi lên trên ứng với sự bắt đầu hoạt động của bộ tiết kiệm nhiên liệu, hỗn hợp

hòa khí được làm giàu thêm. Đối với động cơ diêzen thì ở khu vực vận tốc nhỏ, đường cong sẽ thoải hơn so với ôtô có đặt động cơ xăng, vì tính kinh tế nhiên liệu của động cơ diêzen ở khu vực vận tốc nhỏ tốt hơn so với động cơ xăng.

Cần chú ý rằng khi ôtô chuyển động với vận tốc kinh tế vkt thì đạt được mức tiêu

27

chuyển động với vận tốc này, vì tăng vận tốc chuyển động của ôtô sẽ tăng được năng suất vận chuyển và giảm được giá thành chung trong vận tải ôtô. Vì vậy khi chọn vận tốc chuyển động thích hợp, không nhất thiết xuất phát từ điều kiện tính kinh tế của nhiên liệu của ôtô mà cần phải căn cứ vào các điều kiện sau đây:

- Thời gian vận chuyển cần ít.

- Đảm bảo an tồn chuyển động trong điều kiện đã cho.

- Đảm bảo điều kiện thích nghi cho người lái và hành khách.

+ Đặc tính tiêu hao nhiên liệu khi xe chuyển động không ổn định:

Trong điều kiện sử dụng thực tế của ôtô, tình trạng mặt đường luôn thay đổi và chế độ tải của động cơ cũng luôn luôn thay đổi. Vì vậy phần lớn thời gian hoạt động của ôtô là chuyển động không ổn định, lúc thì chuyển động có gia tốc lúc thì lăn trơn, lúc thì phanh ôtô.

Khi ôtô chuyển động tăng tốc thì tốc độ của ôtô tăng lên, làm tăng lực cản chuyển động và dẫn đến làm tăng mức tiêu hao nhiên liệu. Tuy nhiên lúc đó lại sử dụng tốt nhất công suất của động cơ và dẫn đến giảm suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ.

Lượng tiêu hao nhiên liệu trong thời gian ôtô chuyển động tăng tốc sẽ lớn hơn so với khi ôtô chuyển động với vận tốc không đổi ( v = const; j = 0 ) vì ngoài phần nhiên liệu tiêu hao để khắc phục các lực cản chuyển động, còn phần nữa phải sử dụng để tăng tốc ( tăng động năng của ôtô ).

Nếu như cho ôtô chuyển động tăng tốc đến vận tốc v1, rồi sau đó cho ô tô chuyển

động lăn trơn đến khi vận tốc giảm đến v2 thì phần động năng này được trả lại (khi ô tô

lăn trơn trơn thì động cơ làm việc ở chế độ không tải hoặc tắt máy) lượng tiêu hao nhiên liệu rất nhỏ. Vì vậy, mức tiêu hao nhiên liệu chung có thể giảm hơn so với khi chuyển động với vận tốc không đổi. Quá trình ô tô chuyển động tăng tốc và lăn trơn gọi là chu kì gia tốc-lăn trơn và được minh họa trên đồ thị 3.5. Chu kì này được lặp đi lặp lại. Sau đây chúng ta sẽ xác định mức tiêu hao nhiên liệu của ô tô trong quá trình gia tốc – lăn trơn.

Lượng tiêu hao nhiên liệu trong quá trình tăng tốc của ô tô:

28 g etb Q = A . j t 36.105 Ở đây:

+ Q j - Lượng tiêu hao nhiên liệu của ôtô trong quá trình tăng tốc (kg).

+ getb - Suất tiêu hao nhiên liệu có ích trung bình của động cơ trong khoảng vận tốc

từ v1 đến v2 [kg/kWh].

+ At - Tổng số công tiêu tốn trong quá trình tăng tốc ôtô có kể đến tổn thất năng

lượng cho lực cản trong hệ thống truyền lực

c d t t A + A A = h Trong đó:

Ac - Công tiêu tốn để khắc phục các lực cản khi ôtô chuyển động tăng tốc.

c y w j

A = (F + F )S Sj - Quãng đường ôtô chuyển động tăng tốc (m).

Fω - Lực cản không khí:

2

w tb

F = W . v

v tb - Vận tốc trung bình của ôtô.

1 2 tb v + v v » 2 Fψ - Lực cản tổng cộng của đường. y F y.G

Ad - Công cần thiết để tăng động năng của ôtô khi chuyển động tăng tốc (Nm):

 2 2  2 2 

d 1 2 b b1 b 2

G 1

A = v - v + J w - w

2 g 2

Jb – tổng momen quán tính của các bánh xe

b1, b2 – vận tốc góc của bánh xe ứng với lúc cuối và lúc đầu của quá trình tăng

29

Hình 3.5: Đồ thị ô tô chuyển động gia tốc – lăn trơn.

3.2.3. Phương pháp tính toán tiêu hao nhiên liệu theo thực tế

Hiện nay, có rất nhiều cách tính mức tiêu hao nhiên liệu cho xe được chia sẻ rộng rãi trên cộng đồng mạng hay dân gian truyền miệng. Vậy đâu là cách tính mức tiêu hao nhiên liệu cho xe chuẩn nhất?

Phương pháp sau đây đã có tổng hợp và tham khảo ý kiến của các chuyên gia trong

nghề để đưa ra một cách tính mức tiêu hao nhiên liệu cho xe gần đúng nhất hiện nay.

Cách tính này gồm có 6 bước đơn giản như sau:

30

Bước 1: Đổ đầy xăng lần 1

Bước đầu tiên, bạn phải thực hiện là đổ đầy bình xăng mới có thể tính chính xác mức tiêu hao năng lượng của xe ô tô cũ hay mới đang trong quá trình sử dụng.

Bước 2: Ghi nhớ con số cụ thể quãng đường đi trước đó

Bạn cần ghi lại con số hiển thị trên thiết bị đo quãng đường trước khi bắt đầu quá trình tính mức tiêu hao nhiên liệu (quãng đường 1). Cụ thể là sau khi đổ đầy bình xăng, bạn phải ghi lại số km đã đi trước khi lái xe rời khỏi trạm xăng.

Bước 3: Chạy xe đến khi bình xăng còn 1/2

Nếu muốn lấy được số liệu đúng nhất thì bạn cứ lái xe chạy cho đến khi bình xăng chỉ còn một nửa. Khi chưa hết ½ bình xăng mà số km chạy được càng nhiều thì càng tốt.

Bước 4: Đổ đầy bình xăng lần thứ 2

Sau khi đi hết ½ bình xăng thì bạn tiếp tục đổ đầy xăng lần 2. Để đảm bảo cách tính mức tiêu hao nhiên liệu cho xe chuẩn nhất, bạn nên đổ xăng ở cây xăng đã đổ lần 1. Lần đổ xăng này, bạn cần lưu ý đến số lượng xăng đã đổ.

31

Bước 5: Ghi lại quãng đường vừa đi

Bạn lặp lại thao tác ghi lại quãng đường cụ thể vừa đi được (quãng đường 2) để bước tính tiêu hao nhiên liệu cho cả xe hơi cũ và mới được thuận tiện và chính xác.

Bước 6: Thực hiện phép tính đơn giản

Cách tính mức tiêu hao nhiên liệu cho xe sẽ được tính theo cách sau:

Mức tiêu hao nhiên liệu trung bình (lít/100km) = (quãng đường 1 – quãng đường 2)/ số lít xăng đã đổ.

Gợi ý: Qua trải nghiệm của giới chuyên mua bán xe ô tô và nhiều lái xe đã rút ra kết luận, tốc độ chạy xe từ 48-100km/h thì mức tiêu hao nhiên liệu đạt ở mức lý tưởng. Nếu bạn chưa thật sự tin tưởng vào kết quả cách tính lần 1 thì có thể tính lại mức tiêu hao nhiên liệu nhiều lần để cho kết quả đúng nhất.

Bên cạnh việc tính tiêu hao nhiên liệu để từ đó xây dựng lộ trình lái xe tiết kiệm nhiên liệu thì bạn còn một cách có thể tiết kiệm nhiên liệu chính là khi lái xe.

32

Chương 4.

TÍNH TOÁN TIÊU HAO NHIÊN LIỆU THEO LÝ THUYẾT CHO MỘT MẪU XE THỰC TẾ

4.1. Phương pháp thực hiện tính toán tiêu hao nhiên liệu cho ô tô

Lựa chọn ô tô để tính toán có đầy đủ: Thông số động cơ, thông số hệ thống truyền lực, thông số lốp, thông số thân võ, khoản tải trọng.

Bước 1: Đưa ra các giả thuyết để tính toán.

Ô tô chuyển động trên đường phụ thuộc vào nhiều yếu tố thay đổi như điều kiện bên bên ngoài (điều kiện mặt đường, môi trường) và bên trong ( động cơ, hệ thống truyền lực). Do chịu sự tác động của nhiều yếu tố nên tiêu hao nhiên liệu thay đổi, rất khó tính toán với nhiều giá trị thay đổi nên ta phải cố định các yếu tố khác để tính tiêu hao nhiên liệu theo sự thay đổi của yếu tố còn lại. Tiêu hao nhiên liệu tính với trường hợp xe chạy không gia tốc(j) tức v = const.

⇒ Fj = 0

Lúc này phương trình cân bằng lực kéo là: Fk = Ff∓ Fi+ Fω+ Fm. Phương trình cân bằng công suất là: Pk = Pf ± Pi+ Pω+ Pm

- Chọn giá trị tỉ trọng nhiên liêu (ρnl): Động cơ xăng = 0,75 kg/lít.

Động cơ Diêzen = 0,832 kg/lít.

Các giá trị biến đổi là:

- Giá trị hiệu suất hệ thống truyền lực (ηtl ) = 0,85 ÷ 0,98.

- Tải trọng xe m1, tải trọng hàng hoá m2.

- Hệ số cản lăn fo với giá trị không dổi của k = 7.10-6 (S2/m2).

- Hệ số cản không khí Cx (Ns2/m4).

- Diện tích cản gió S (m2).

- Điều kiện áp suất lốp cao có λ.

33

- Tay số và tỉ số truyền hộp số ih.

Tỉ số truyền vi sai io.

- Góc dốc mặt đường α.