Вопрос

Существуют ли таблицы топливной эффективности для обычных двигателей?

Я наткнулся на эту страницу, которая показалась мне слишком математизированной, и я думаю, что она носит чисто теоретический характер (т. е. не основана на экспериментальных данных о конкретном двигателе). На ней представлены следующие графики. Если я правильно понимаю, у этого конкретного двигателя оптимальный уровень топливной эффективности составляет более трети при 70 % открытия дроссельной заслонки и 1500–3500 оборотах в минуту.


Если бы у моей машины была такая «зона комфорта», я бы хотел её знать. В частности, я мог бы выбрать оптимальную передачу/положение дроссельной заслонки для ускорения. Есть ли способ найти такую таблицу для двигателей популярных автомобилей?


Таблица эффективности преобразования топлива


Карта эффективности преобразования топлива



Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/97812/are-fuel-efficiency-charts-available-for-mainstream-engines

8 Комментариев

  1. Это не топливная экономичность, а эффективность двигателя, которую вы бы получили, если бы он не был установлен в автомобиле.


    Большинство бензиновых двигателей в обычных автомобилях имеют аналогичную диаграмму, поскольку она наиболее эффективна для среднего режима использования и позволяет автомобилям проходить тесты на выбросы.


    У спортивного автомобиля может быть более высокий показатель VE на высоких оборотах, что означает, что на низких оборотах и при меньшей нагрузке его эффективность ниже.


    Гоночные двигатели для трековых автомобилей не обязаны соответствовать строгим дорожным нормам, и их максимальная эффективность обычно достигается на более высоких оборотах.


    VE — это КПД двигателя; он показывает, какой крутящий момент может выдавать двигатель и при каких условиях. Это полезно для производителя, так как позволяет подобрать подходящую коробку передач; но для конечного потребителя это практически бесполезно.


    На самом деле ваш вопрос состоит из двух частей, в зависимости от того, хотите ли вы оптимизировать расход топлива или производительность. Но в обоих случаях эта таблица не нужна, главным образом потому, что крутящий момент двигателя — не единственный фактор, влияющий на расход топлива и производительность.


    Для оптимизации расхода топлива на галлон коробка передач играет очень важную роль. Как вы заметили, расход топлива выше при большей нагрузке, а не при большем положении дроссельной заслонки, но в большинстве случаев движение происходит в крейсерском режиме, то есть при низкой нагрузке. Вы можете увеличить нагрузку с помощью дроссельной заслонки, но это будет лишь временным решением, и при этом будет расходоваться топливо. Увеличьте нагрузку, переключившись на более высокую передачу, как только автомобиль отреагирует на это — не допускайте рывков — и слегка приоткройте дроссельную заслонку. Это справедливо для любого автомобиля. Автомобиль будет расходовать меньше всего топлива на самой высокой передаче при самой низкой скорости.


    Для оптимизации производительности необходимы следующие данные: мощность, а мощность = крутящий момент x число оборотов в минуту. Производители всегда указывают максимальную мощность и число оборотов в минуту, при которых она достигается. За исключением дизельных двигателей, максимальная мощность часто намного превышает пиковую эффективную мощность, поскольку увеличение числа оборотов в минуту компенсирует потери эффективной мощности до тех пор, пока она не упадёт.


    Таким образом, чтобы добиться максимальной производительности двигателя, полностью откройте дроссельную заслонку и переключитесь на более высокую передачу при достижении максимальной мощности на оборотах.


    И последнее: MEP и дроссельная заслонка — это разные вещи. По ряду причин MEP следует рассматривать как нагрузку на двигатель, а не как положение дроссельной заслонки:



    • Зависимость между углом открытия дроссельной заслонки и проходящей через неё воздушной массой нелинейна. На первых градусах в двигатель поступает много воздуха. При положении заслонки на 50 % обычно проходит 80 % максимального потока воздуха. В современных автомобилях с электронной педалью газа также нет линейной зависимости между положением педали и положением дроссельной заслонки...

    • В двигателе с принудительной подачей воздуха при одинаковом положении дроссельной заслонки может подаваться разное количество воздуха


  1. Я думаю, что в поисках оптимального положения коробки передач/дроссельной заслонки для ускорения вы, возможно, слишком углубляетесь в таблицы BSFC или топливные карты. Если вы описываете переключение передач в механической коробке и вас интересует максимальная эффективность, поищите в интернете форумы, посвященные гипермильтингу.
  1. Трехмерная диаграмма и таблица - это одна и та же информация, просто представленная по-разному. Данные представляют собой объемную эффективность (VE) двигателя. Это модный термин, обозначающий "вот как дышит этот двигатель". Его также обычно называют диаграммой плотности частоты вращения, которая представляет собой соотношение оборотов двигателя и показаний датчика MAP. MAP - это датчик абсолютного прижатия коллектора. Простой датчик, подключенный к впускному коллектору двигателя. Двигатели с датчиком MAP имеют таблицу определения скорости в компьютере двигателя. Эту таблицу можно просмотреть, если у вас есть «специальный» инструмент для считывания данных с компьютера (ODB2). Инструменты различаются в зависимости от производителя автомобиля.



  1. Есть ли способ найти такую таблицу для двигателей популярных автомобилей?



    Только в том случае, если производитель двигателя увидит смысл в публикации этой таблицы. В большинстве случаев у них, вероятно, нет стимула публиковать эту таблицу, потому что она просто показывает, насколько неэффективно двигатель расходует топливо.


    Но есть и исключения. Например, двигатели Toyota Prius всегда были экономичными. Так что поиск по картинкам в Google выдаст графики BSFC для нескольких двигателей Toyota Prius, таких как 1NZ-FXE и 2ZR-FXE. На этих графиках указаны граммы на киловатт-час, а не эффективность в процентах, но, учитывая, что плотность энергии бензина составляет 46 МДж/кг, эффективность двигателя в 100 % составила бы 78,3 г/кВт·ч. Таким образом, эффективность 2ZR-FXE, способного вырабатывать 220 г/кВт·ч, составляет около 36 %. Обратите внимание, что 220 г/кВт·ч — это большая площадь, поэтому, скорее всего, оптимальная рабочая точка имеет несколько более высокий тепловой КПД, чем 36 %.


  1. Короткий ответ: минимальное открытие дроссельной заслонки при самых низких оборотах, которые вам подходят. Двигатель может быть более эффективным при более высокой нагрузке / открытии дроссельной заслонки, однако для этого требуется больше топлива. По очевидным причинам он не может работать на таких оборотах и с такой нагрузкой (если только вы не используете вариатор, который позволяет работать на заданных оборотах), а более сильное ускорение означает большие потери на трение везде (в двигателе, шинах, аэродинамике). Эти потери значительно снижают эффективность двигателя. Также обратите внимание, что повышение эффективности двигателя означает увеличение КПД с 15–20 % до 30 %.
  1. Это отличный ответ, и ваш совет полезен. Однако главный вопрос, на который я хотел ответить, заключается в том, при каком положении дроссельной заслонки и частоте вращения двигателя достигается наилучший расход топлива при ускорении. Я думал, что в бензиновых автомобилях при полном открытии дроссельной заслонки на оборотах ~3000–4000 по графикам таким, как этот достигается наилучший расход топлива. Возможно, мне стоит открывать дроссельную заслонку не так сильно, если я не тороплюсь.
  1. @FDryer Я не совсем понимаю, что вы имеете в виду. Если вы имеете в виду, что я мог бы использовать его метод для создания пригодных для использования карт для моего собственного двигателя, то это был бы отличный ответ. Если на вопрос «как минимизировать расход топлива» можно ответить с помощью топливных карт (настроек ЭБУ?), то это тоже было бы ответом. Я использовал слово «теоретический» в смысле «не экспериментальный».
  1. Удельный расход топлива и математические формулы хорошо изучены и вовсе не являются теорией. Инженерный анализ позволяет рассчитать сгорание идеальной воздушно-бензиновой смеси в соотношении 14,7:1 практически в каждом двигателе с системой впрыска топлива и контролем выбросов. Возможно, вас больше заинтересуют топливные карты, которые запрограммированы в ЭБУ каждого двигателя для обеспечения сочетания производительности и экономии топлива в рамках норм по выбросам. Ознакомьтесь с топливными картами и способами их настройки.
Вы уже ответили на этот вопрос