CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ TIÊU HAO NHIÊN LIỆU Ô TÔ
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TIÊU HAO NHIÊN LIỆU Ô TÔ
2.1. ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH TIÊU HAO NHIÊN LIỆU Ô TÔ
2.1.3. Tính kinh tế nhiên liệu của ô tô khi chuyển động không ổn định
Trong điều kiện sử dụng thực tế của ô tô, điều kiện đường sá luôn luôn thay đổi, do đó vận tốc của ô tô cũng luôn luôn thay đổi và chế độ tải của động cơ luôn luôn thay đổi. Vì vậy phần lớn thời gian chuyển động của ô tô là chuyển động không ổn định, lúc thì chuyển động có gia tốc, lúc thì lăn trơn, lúc thì phanh.
20 25 30 35 40 45 50
0 10 20 30 40 50 60 70
Mức tiêu hao nhiên liệu Qnl [lít/100km]
Tốc độ xe V [km/h]
Q1 Q2 Q3
Khi vận tốc chuyển động của ô tô tăng lên sẽ làm tăng lực cản chuyển động và dẫn đến tăng mức tiêu hao nhiên liệu. Mặt khác, khi ô tô tăng tốc độ chuyển động sẽ tận dụng tốt khả năng công suất của động cơ hay nói cách khác, khi tăng tốc độ chuyển động của ô tô sẽ làm tăng mức độ sử dụng công suất của động cơ qua đó nâng cao tính kinh tế nhiên liệu của ô tô.
Lượng tiêu hao nhiên liệu trong thời gian ô tô chuyển động tăng tốc sẽ lớn hơn khi ô tô chuyển động ổn định; vì ngoài phần nhiên liệu để khắc phục các lực cản chuyển động, còn phần nữa dùng để tăng tốc (tăng động năng của ô tô). Nếu như cho ô tô chuyển động tăng tốc đến vận tốc V1 sau đó cho chuyển động lăn trơn đến vận tốc V2 thì một phần động năng này sẽ được trả lại (khi ô tô lăn trơn thì động cơ làm việc ở chế độ không tải) và ô tô chỉ tiêu hao một lượng nhiên liệu rất nhỏ ứng với chế độ chạy không tải của động cơ. Quá trình ô tô chuyển động tăng tốc và lăn trơn gọi là chu kỳ gia tốc-lăn trơn và được minh họa trên đồ thị thể hiện trên Hình 2. 4.
Hình 2. 4. Đồ thị chuyển động gia tốc – lăn trơn.
Chu kỳ gia tốc rồi lăn trơn sẽ được lặp đi lặp lại như trên hình 2.4. Về lý thuyết, năng lượng dùng để tăng tốc từ tốc độ V2 lên tốc độ V1 sẽ được trả lại từ tốc độ V1 về V2 sau quảng đường chạy Slt bằng quảng đường chạy khi tăng tốc Sj. Tuy vậy, trong thực tế điều này không thể xẫy ra do quá trình thực luôn luôn tồn tại tổn thất. Sau đây chúng ta sẽ xác định mức tiêu hao nhiên liệu của ô tô trong quá trính gia tốc – lăn trơn.
2.1.3.1. Lượng tiêu hao nhiên liệu trong quá trình tăng tốc của ô tô.
Lượng nhiên liệu tiêu hao trong quá trình tăng tốc Qj [kg] có thể được tính theo công thức [1]:
Qj = At
!!"#
!".!"! (2. 15)
V [m/s]
0 S [m]
slt sj
V2 V1
t chu k?
Trong đó getb là suất tiêu hao nhiên liệu trung bình của động cơ [kg/kW.h]; At là tổng công tiêu tốn trong quá trình tăng tốc của ô tô có kể đến tổn thất năng lượng cho lực cản trong hệ thống truyền lực được tính theo công thức sau:
At = (Ac + Ad)/ηt (2. 16) Ở đây:
+ Ac là công tiêu tốn của ô tô để khắc phục các lực cản khi ô tô chuyển động tăng tốc, còn Ad là công cần thiết để tăng động năng của ô tô khi chuyển động tăng tốc. Chúng có thể được xác định như sau:
Ac = (Fψ + Fw).Sj (2. 17)
Với Fw, Fψ lần lượt là lực cản gió và lực cản tổng cộng của đường; còn Sj là quảng đường tăng tốc.
+ Ad là công cần thiết để tăng động năng của ô tô khi chuyển động tăng tốc được tính theo công thức:
Ad = !
!! 𝑉!!− 𝑉!! +!
!𝐽!" 𝜔!"!! − 𝜔!"!! (2. 18)
Với Jbx là tổng mô men quán tính của bánh xe chủ động; 𝜔!"!, 𝜔!"! vận tốc góc của các bánh xe chủ động ứng với các vận tốc V1 và V2
Thay tất cả vào phương trình (2.11) ta được lượng tiêu hao nhiên liệu Qj [kg]
trong quá trình chuyển động tăng tốc của ô tô được xác định như sau:
Q!= ψG +k. A. V!+ V! !
4 S!+ G
2g V!!− V!! +1
2J!" ω!"#! − ω!"#! η!
g!"#
36.10! (2. 19) Từ phương trình 2.14 ta có nhận xét:
Lượng tiêu hao nhiên liệu của ô tô trong quá trình tăng tốc sẽ tăng lên khi:
+ Tốc độ cuối quá trình tăng tốc càng lớn (khi V1 tăng) thì tiêu hao nhiên liệu càng tăng;
+ Chênh lệch vận tốc của quá trình tăng tốc càng cao (hiệu (V1 – V2) càng lớn) sẽ làm tăng tiêu hao nhiêu liệu;
+ Đồng thời suất tiêu hao nhiên liệu trung bình của động cơ trong quá trình tăng tốc cao cũng sẽ là tăng tiêu hao nhiên liệu ô tô;
+ Ngoài ra, hệ số cản tổng cộng của đường ψtrong quá trình tăng tốc càng lớn cũng sẽ làm cho tiêu hao nhiên liệu trong quá trình tăng tốc càng tăng lên.
2.1.3.2. Lượng tiêu hao nhiên liệu trong thời gian chuyển động lăn trơn
Nếu trong thời gian một giờ lượng tiêu hao nhiên liệu là Gh, thì với thời gian lăn trơn tlt [s] nào đó, lượng tiêu hao nhiên liệu lăn trơn được xác đinh theo biểu thức:
Qlt = !!.!!"
!"## (2. 20)
Thời gian chuyển động lăn trơn tlt có thể được tính theo biểu thức:
tlt = (V1 – V2)/Jtb (2. 21) Trong đó Jtb là gia tốc chuyển động chậm dần trung bình khi ô tô chuyển động lăn trơn.
Vậy lượng tiêu hao nhiên liệu trong thời gian lăn trơn có thể được tính bằng:
Qlt = !!
!"##
!!!!!
!!" (2. 22)
Như vậy lượng tiêu hao nhiên liệu cho một chu kỳ tăng tốc –lăn trơn Qt sẽ là:
Qt = At.
!!"#
!".!"! + !!
!"##
!!!!!
!!" (2. 23)
Với việc xác định được quãng đường khi ô tô chuyển động tăng tốc Sj và khi chuyển động lăn trơn Slt ta có thể tìm được mức tiêu hao nhiên liệu trung bình Qnl(lt)
[lít/100km] khi chuyển động gia tốc – lăn trơn như sau:
Qnl(lt) = !"" !!
!!!!!" !!" (2. 24)
Trong phương trình (2.24) không kể tới nhiên liệu tiêu hao cho sự gia tốc của bánh đà và các chi tiết quay khác trong động cơ và hệ thống truyền lực. Ngoài ra, các tiêu hao nhiên liệu phụ cho các tổn thất khác cũng chưa tính đến.