CC BY
171
УДК 656.135
МЕТОДИКА НОРМИРОВАНИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА АВТОМОБИЛЕЙ С ОТКЛЮЧАЕМЫМИ ЦИЛИНДРАМИ ДВИГАТЕЛЯ
В.А. Зеер, А.А. Мартынов
Сибирский федеральный университет, г. Красноярск Е-таУ; muromcev_aleksei@mail.ru
Предложена методика расчета и нормирования расхода топлива автомобилей-такси с отключаемыми цилиндрами двигателя на холостом ходу. Представлены результаты расчетов топливно-экономических показателей автомобиля ГАЗ-3110.
Себестоимость перевозок во многом зависит от технического состояния подвижного состава и соответствующих затрат на топливо, шины, техническое обслуживание и ремонт автомобилей [1]. Затраты на приобретение топлива вносят значительный вклад в себестоимость перевозок (табл. 1), особенно в настоящее время с учетом роста стоимости топлива. Поэтому автотранспортным предприятиям необходимо решать задачи, связанные с экономией топлива автотранспортных средств (АТС) в условиях эксплуатации: осуществление контроля за расходованием горюче-смазочных материалов (ГСМ); обновление автопарка более современными и экономичными автомобилями; внедрение мероприятий и технических решений, позволяющих снизить расход топлива и др.
Таблица 1. Распределение статей затрат в себестоимости перевозок, %
Себестоимость по видам
№ Элементы себестоимости перевозок
п/п Грузо- Авто- Таксомо-
вые бусные торные
1 Топливо 18,5 13,7 11,0
2 Смазочные материалы 1,6 1,0 0,92
3 Шины 8,6 4,5 4,65
4 Техническое обслуживание и текущий ремонт 22,2 11,4 9,63
5 Амортизационные отчисления 9,1 14,5 20,5
6 Зарплата водителей 21,7 41,2 32,9
7 Накладные расходы 18,3 13,7 20,4
ИТОГО; 100 100 100
Для исследования влияния отключения цилиндров (ОЦ) двигателя на топливную экономичность автомобиля расчетно-экспериментальным путем были найдены значения абсолютного циклового расхода топлива Оц при различных алгоритмах ОЦ [2].
Городские условия эксплуатации достаточно точно описываются европейским испытательным циклом [3], который для АТС массой до 3,5 т включает в себя 16 режимов работы автомобиля. Результирующими являются 6-9 режимы, табл. 2.
Абсолютные расходы топлива по составляющим цикла определяются по формулам, см3:
• холостой ход
Qх=Gtxx\J3,6Pш,
• разгон
Q^=п(Gя+GйXrA"к/'íг+Q(«2-«l)/216pш,
• переключение передачи
• постоянная скорость
• замедление с включенным сцеплением
Qз=0,
• замедление с выключенным сцеплением
где Ош - часовой расход топлива двигателя, работающего на холостом ходу, кг/ч, Ой, Оа - начальный и конечный часовые расходы топлива в расчетном интервале, кг/ч, п1, п2 - начальная и конечная частоты вращения коленчатого вала двигателя в расчетном интервале, мин-1, гк - кинематический радиус качения ведущего колеса, м, ы0, ик - передаточные числа главной передачи и коробки передач, ]ср - среднее ускорение при разгоне автомобиля в расчетном интервале, м/с2, С - коэффициент, учитывающий увеличение расхода топлива в зависимости от углового ускорения коленчатого вала, с2, т,, тпп, ту, т3, тх - время режимов холостого хода, переключения передач, постоянной скорости, замедления при включенном сцеплении и передачи, замедления при выключенном сцеплении, с; рш -плотность топлива, г/см3.
Таблица 2. Фрагмент операционной карты имитации городского цикла на стенде для АТС массой до 3,5 т
№ пп Наименование режима работы Ускорение, м/с2 Скорость, км/ч Время, с Используемая передача
1 Холостой ход - - 21 Н
Разгон 0,83 0...15 5 К1
2 Переключение передач - - 2 -
Разгон 0,94 15.32 5 К2
3 Постоянная скорость - 32 24 К2
Замедление -0,75 32.10 8 К2
4 Замедление с выключенным сцеплением -0,92 10.0 3 Н
Для учета влияния ОЦ двигателя на холостом ходу на часовой расход топлива в выше представленные зависимости введен экспериментально полученный коэффициент Ксш:
Ксш I ^¡хх 1/ ^¡хх,
где (Сгха - часовой расход топлива двигателем без ОЦ, кг/ч, (Сгххс г - часовой расход топлива двигателем с ОЦ по /-му алгоритму.
Результаты расчетов Оц автомобиля с ОЦ двигателя на холостом ходу приведены на рис. 1.
Для количественной оценки влияния ОЦ двигателя на цикловой расход топлива автомобиля введем коэффициент Кцц, соответственно /-му алгоритму ОЦ:
КцГОц^Оц.
Учитывая значения коэффициентов Кщ и Кст для автомобиля ГАЗ-3110 с двигателем ЗМЗ-406.2, а также результаты исследований других авторов, путем экстраполяции получены обобщающие зависимости Кст (рис. 2, а)и Кцц (рис. 2, б) от алгоритма ОЦ двигателя:
Км=0,6х+0,4,
Кцц=0,154х+0,846, где х - алгоритм отключения цилиндров, х=(/-к)//,
где / - суммарное число цилиндров за период, к -число отключаемых цилиндров за период.
Путевой расход топлива автомобиля в городском цикле движения находится по формулам, л/100 км:
• без отключения цилиндров
О^ц=100Оц/Бц=100(О^+Ор+Оу+О3+Озс)/(Бр+Бу+Б3+Бзс),
так как £ц=сош11, то
• с отключением цилиндров по различным алгоритмам
(2бц ГКцц &ц,
где - путь, пройденный за время составляющих цикла, м.
30 40
Время, с
Рис. 1. Зависимость абсолютного расхода топлива от времени при стандартизованном городском цикле движения автомобиля с ОЦ двигателя на холостом ходу: 1) без ОЦ; 2) с ОЦ по алгоритму «1 через 1»; 3) с ОЦ по алгоритму «1 через 2»
1
2/5 1/2 2/3 3/4 7/8 1
Алгоритмы отключения цилиндров, X а
Рис. 2. Зависимости коэффициентов Коц (а) и Кст (б) от алгоритма ОЦ
2/5 1/2 3/5 5/7 4/5 8/9 1 Алгоритмы отключения цилиндров, X б
Путь, пройденный за время режима работы автомобиля по составляющим цикла можно определить, м:
• холостой ход
4х=0,
• разгон
Sр=jсрTр2/2,
• переключение передачи
• постоянная скорость
Sy=тyVy/3,6,
• замедление с включенным сцеплением
S3=j3т32/2,
• замедление с выключенным сцеплением
sx=jxtx /2,
где /ъ и /ж - ускорения замедления автомобиля с включенным и выключенным сцеплением, м/с2, ¥пп и ¥у -средние скорости движения автомобиля при переключении передач и установившемся режиме, м/с.
На рис. 3 представлена зависимость путевого расхода топлива автомобиля ГАЗ-3110 в городских условиях эксплуатации от алгоритма ОЦ двигателя на холостом ходу. 13,2
Рис. 3.
12
2/5 1/2 3/5 5/7 4/5 8/9 1 Алгоритм отключения цилиндров
Зависимость Qsц от алгоритма ОЦ
Цикловой расход топлива автомобиля отличается от эксплуатационного на величину неучтенных расходов топлива, не связанных с движением автомобиля. Доля таких режимов особенно ощутима для автомобилей-такси, работающих в зимнее время года в городе (для поддерживания комфортной для человека температуры воздуха в салоне автомобиля).
В этой связи абсолютный эксплуатационный расход топлива <2Э определяется, см3:
<=0+ Ост,
где Ост - абсолютный расход топлива во время стоянок, см3.
Абсолютный расход топлива на стоянках Ост определяется, см3:
<2ст ^1ххТст/3,6Рт,
где тст - общее время стоянок с работающем двигателем, с.
Эксплуатационный расход топлива автомобиля с учетом ОЦ двигателя на холостом ходу будет равен, см3:
Оэо Коц Оц+Кст Ост'
На практике в условиях автотранспортных предприятий для учета потребления ГСМ используется нормативный расход топлива.
В общем случае нормативный расход топлива Он зависит от базовой нормы расхода топлива автомобиля, выполняемой им работы и условий эксплуатации. Норма расхода топлива автомобиля-такси за смену с применением ОЦ двигателя на холостом ходу в зимний период времени с длительными стоянками будет находиться из выражения, л:
Он=0,01КоцНА1+0,01Д)+КСтОю где Нл — базовая норма, л/100 км, Ь - пробег автомобиля за смену, км, Д - поправочный коэффициент (суммарная относительная надбавка или снижение) к норме, %, Онхх - расход топлива за время непроизводительных стоянок, л.
Базовая (линейная) норма расхода топлива Нл устанавливается для каждой модели эксплуатируемых автомобилей при стандартизованных условиях движения. Для учета реальных условий эксплуатации относительно стандартизованных, норма корректируется с помощью поправочного коэффициента:
Д = ±к.,
0
где К - коэффициенты, учитывающие отличия реальных условий эксплуатации от стандартизованных, % (например, согласно [4]: К:=15 - для Красноярского края в зимнее время года, К2=15 - для г. Красноярска, и другие).
Дифференцированную оценку поправочного коэффициента от температуры воздуха к линейной норме расхода топлива, согласно результатам исследований [5], можно найти, %:
К1=(1-(1,045-0,0030)100,
где / - температура воздуха, °С.
Расход топлива во время длительных остановок в ожидании пассажиров с работающим двигателем находится, л:
Онхх ^1ххТст 5/рт,
где 0ха - часовой расход топлива на холостом ходу, кг/ч, тотщ - общее время стоянок за смену, ч, рт -плотность топлива, г/см3, 5 - доля времени стоянок автомобиля с работающим двигателем:
5=Тст/ТстЩ .
Доля времени стоянок автомобиля-такси с работающим двигателем 5 от общего времени стоянок ттТЩ зависит от температуры воздуха и марки автомобиля. Зависимость 5 от / для автомобиля ГАЗ-3110, согласно экспертным оценкам, представлена на рис. 4. Полученная зависимость с достаточной точностью описывается уравнением: 5=(15-)/45.
На рис. 5 представлены расчетные зависимости нормы расхода топлива за смену автомобилем-такси (ГАЗ-3110) в городе от температуры окружающей среды с различными алгоритмами ОЦ двигателя на холостом ходу. Отсюда следует, что:
разработанная методика позволяет уменьшить норму расхода топлива автомобиля-такси в зимний период года относительно нормы полученной по руководящему документу (на 4...8 %); применение ОЧЦ двигателя на холостом ходу снижает норму расхода топлива автомобиля-такси на 11...13 %, причем с понижением температуры воздуха эффект увеличивается.
0,8 0,6 0,4 0,2 0
-30 -25 -20 -15 -10 -5 0
Температура воздуха, °С
Рис. 4. Доля времени стоянок автомобиля-такси с работающим двигателем от температуры окружающей среды
10 15
1 ___^
^ к ^
_, —1
__
__
__
27 26
в
^ 25 | 24 8 23 § 22 I 21
я 20 §• 19
а
18 17
О -15 -30
Температура окружающей среды, "С
Рис. 5. Зависимость нормативного расхода топлива автомобиля ГАЗ-3110 от температуры воздуха и алгоритма ОЦ двигателя: 1) по руководящему документу без ОЦ; 2) по предлагаемой методике без ОЦ; 3) с ОЦ по алгоритму «1 через 1»; 4) с ОЦ по алгоритму «1 через 2»
Применение предлагаемой методики нормирования расхода топлива и метода ОЦ двигателя на холостом ходу позволило таксомоторному предприятию ООО «Авангард» сберечь более 3,5 тыс. р на 1 автомобиль за декабрь 2007 г.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аринин И.Н. Техническая эксплуатация автомобилей. - Ростов н/Д.: Феникс, 2004. - 320 с.
2. Пат. 2227838 РФ. МПК7 F02D 17/04. Способ управления двигателем внутреннего сгорания с отключаемыми цилиндрами / А.А. Мартынов, Ю.В. Краснобаев, В.А. Зеер. КГТУ. Заявлено 19.06.2002; Опубл. 27.04.2004, Бюл. № 12. - 6 с.: ил.
3. ГОСТ 20306-90. Автотранспортные средства. Топливная экономичность. Методы испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 1991. - 32 с.
4. Нормы расхода топлив и смазочных материалов на автомобильном транспорте. Руководящий документ Р 3112194-0366-03. -М.: Минтранс России, 2004. - 80 с.
5. Говорущенко Н.Я. Экономия топлива и снижение токсичности на автомобильном транспорте. - М.: Транспорт, 1990. - 135 с.
Поступила 19.02.2008 г.
УДК 621.311
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ГАЗОВЫХ ТУРБИН НА ТЭС ДЛЯ ПРИВОДА СОБСТВЕННЫХ НУЖД
Н.Н. Галашов
Томский политехнический университет E-mail: gal@tpu.ru
Показаны условия эффективности замены электропривода механизмов собственных нужд ТЭС газовыми турбинами. Определено влияние на экономический эффект тепловых и стоимостных показателей газовых турбин и стоимости электроэнергии и топлива. Приведены уравнения, позволяющие при проектировании ТЭС определить экономическую целесообразность замены электропривода ряда механизмов собственных нужд газовыми турбинами.
Большинство механизмов собственных нужд ТЭС и АЭС в качестве привода имеют асинхронные электродвигатели. Основным недостатком такого электропривода является постоянное число оборотов, что затрудняет регулирование производительности механизмов и приводит к перерасходу мощности на собственные нужды электростанции в переменных режимах.
В настоящее время на мощных энергоблоках для привода питательных насосов эффективнее электропривода показал себя паровой турбопривод [1]. Имея много достоинств, паровой турбопривод имеет и недостатки, главным из которых является сложность пуска и обслуживания.
Достоинства, которые дает паровой турбопри-вод, обеспечивает также газовая турбина, но она
