EN
Technický vzťah medzi regulátormi otáčok a spotrebou paliva
Ako sa záťaž motora, aerodynamický odpor a účinnosť spaľovania menia v závislosti od rýchlosti
Spotreba paliva dieselového motora závisí od troch navzájom prepojených faktorov, ktoré sú určené rýchlosťou vozidla. Po prvé, keď sa rýchlosť vozidla zvyšuje, začína byť významný jav známy ako aerodynamický odpor. Tento jav je dôsledkom rýchlosti vozidla. Keď sa rýchlosť zdvojnásobí, aerodynamický odpor sa zvýši štyrnásobne. Odpor vzduchu predstavuje významnú stratu energie pri rýchlostiach vyšších než 55 mph. Po druhé, optimálna účinnosť motora sa dosahuje pri otáčkach približne 1200–1800 otáčok za minútu. Podmienky týkajúce sa paliva, vzduchu a tlaku turbodúchadla zabezpečujú najlepšie spaľovanie a riadenie tlaku. Pri rýchlostiach nižších než 40 mph motor dosahuje stav neúplného spaľovania, pri ktorom vzniká sadza a uhľovodíky. Po tretie, pri rýchlostiach vyšších než 70 mph sa motor stáva menej účinným a energia vynakladaná na prekonávanie trenia vozidla sa stáva významnou.
Množstvo práce vykonanej motorom sa mení v závislosti od toho, ako ďaleko je stlačený pedál akcelerátora a koľko paliva sa vstrekuje do každého valca. Tieto faktory riadia regulátory, ktorých cieľom je kontrola týchto parametrov s ohľadom na minimalizáciu nadmerného mechanického namáhania a tepelných problémov. Napríklad ak má nákladné vozidlo obmedzenie maximálnej rýchlosti na 65 míľ za hodinu namiesto maximálnej rýchlosti 75 míľ za hodinu, motor pociťuje približne o tretinu nižší aerodynamický odpor vzduchu a môže dlhšie pracovať pri maximálnej účinnosti.
Čo je také špeciálne na „sladkom bode“ spotreby paliva pre dieselové pohonné jednotky?
Aktivácia optimálneho režimu spotreby paliva dieselového motora v rozsahu rýchlostí 50 až 65 míľ za hodinu poskytuje najlepší výsledok tzv. „spotreby paliva na jednotku brzdovej práce“ (BSFC) pre motor. Tento režim zabezpečuje najlepšiu spotrebu paliva vytvorením optimálnej tepelnej rovnováhy vo vnútri motora, optimálneho prúdenia vzduchu okolo karosérie nákladného vozidla a maximálnej účinnosti pohonnej sústavy. Pri rýchlostiach pod 50 míľ za hodinu dieselový motor opúšťa svoje optimálne výkonové pásmo a pohonná sústava využíva nižšie prevodové stupne, čo spôsobuje zvýšené trenie. Pri rýchlostiach vyšších ako 65 míľ za hodinu sa spotreba paliva zhoršuje kvôli zvýšenému aerodynamickému odporu, ktorý pri rýchlosti 70 míľ za hodinu predstavuje približne dve tretiny výkonu potrebného na udržanie tejto rýchlosti. Preto dieselové vozidlá dosahujú optimálnu spotrebu paliva prevádzkou v tomto „strednom rozsahu“, ktorý je označovaný ako ekonomický „sladký bod“ pre spotrebu paliva.
Turbodúšičky poskytujú spojitý a účinný nadtlak 15–25 psi
Vstrekovače s vysokotlakovou spoločnou vstrekovacou lištou pracujú na hraniciach objemovej účinnosti
Odpor valenia sa väčšinou nemení
Prevodovky umožňujú nepretržitý chod v najvyššom prevodovom stupni pri 1200–1800 otáčkach za minútu
Toto zosúladené nastavenie umožňuje zlepšenie spotreby paliva o 30 % v porovnaní s neobmedzeným režimom jazdy rýchlosťou 75 mph. Rýchlostné obmedzovače tento režim spoľahlivo zabezpečujú, najmä u ťažkých vozidiel, ktoré majú kvôli svojmu štvorcovitému tvaru a konfigurácii s prívesom aerodynamický odpor vyšší ako 0,65.
Vplyv rôznych rýchlostných obmedzovačov na skutočnú účinnosť spotreby paliva
Umiestnenie rýchlostného obmedzovača môže byť buď pevné alebo mäkké obmedzenie, čo znamená, že môže buď obmedzovať, alebo uvoľňovať polohu škrtiacej klapky a spôsob, akým ECU riadi prívod paliva
Dodávka paliva do motora je úplne uzavretá, keď sa aktivujú tvrdé obmedzovače, čo má za následok oneskorenie otvárania škrtiacej klapky, ktoré vodič môže pocítiť, a je obzvlášť zreteľné pri jazde vozidla na diaľnici. Toto náhle prerušenie dodávky paliva ovplyvňuje stabilitu motora, čo má za následok neefektívne spotrebovanie väčšieho množstva paliva. Spotreba paliva sa môže zhoršiť až o 12 % až 8 % v porovnaní so systémom, ktorý funguje podľa návrhu. Presne tu sa funkcia mäkkých obmedzovačov líši. Tieto systémy využívajú mechanizmus, pri ktorom je ECU prediktívne nastavená na mapovanie dodávky paliva s cieľom zabrániť jej zvyšovaniu. Tento mechanizmus zachováva prevádzkovú integritu vozidla a jeho účinnosť využitia paliva v porovnaní s agresívnymi obmedzeniami počas predbiehacích manévrov a zároveň aktívne udržiava účinnosť využitia paliva pri intenzívnom zrýchľovaní, aby sa znížila celková otáčková rýchlosť motora.
Údaje o požiadavke na krútiaci moment, stúpaní vozovky a nosnosti pre prispôsobivé ladenie regulátora rýchlosti.
Ako príklad možno uviesť, moderné systémy obmedzenia rýchlosti využívajú údaje z IMU (inerciálnych meracích jednotiek) a údaje o zaťažení nápravy na dynamické prispôsobenie obmedzenia rýchlosti na základe požiadavky na krútiaci moment vozidla. Tieto inteligentné systémy napríklad vedia, že pri prechode stúpaním s náklonom 5 % hore by mali predĺžiť dobu pôsobenia konkrétneho prevodového stupňa, aby sa minimalizovalo nadmerné prepínanie do nižších prevodov a prekročenie maximálnej otáčok motora. Prevádzkovatelia flotíl empiricky pozorovali zapojenie týchto systémov aj v opačnom prípade: na základe zaťaženia, ktoré nákladné vozidlá nesú, systém obmedzenia rýchlosti zníži maximálnu povolenú rýchlosť. Po analýze telematických údajov z niekoľkých veľkých severoamerických nákladných flotíl sa ukázalo, že tento prístup znížil celkovú spotrebu paliva o 3,1 galóna na každých 1 000 míľ prejdených. Naopak, tradičný prístup, ktorý ukladá obmedzenie rýchlosti pre daný úsek cesty na základe historických údajov bez ohľadu na sklon tohto úseku alebo na zaťaženie nákladného vozidla, je nadmierne zjednodušený. Tieto nové adaptívne systémy transformovali reguláciu rýchlosti z jednoduchého prístupu na dynamické splnenie výkonových požiadaviek na základe skutočných podmienok v teréne. Úspory paliva v dôsledku použitia systému obmedzenia rýchlosti.
Kalibrované obmedzovače rýchlosti preukázali, že úspory paliva sú dosiahnuteľné počas prevádzky komerčných vozových flotíl. Obmedzenie rýchlosti na rozsah optimálnej spotreby nafty (80 – 105 km/h) umožňuje znížiť spotrebu paliva o 10 – 15 % v porovnaní s neobmedzeným jazdným režimom. Tieto úspory vznikajú jednak znížením aerodynamického odporu, jednak stabilizáciou spaľovacieho procesu.
Úspory paliva pri používaní obmedzovačov rýchlosti v komerčných flotilách možno pripísať nasledujúcim faktorom:
- Úspory spôsobené odporom: čím vyššia je jazdná rýchlosť, tým výraznejšie sú úspory paliva [v rozsahu 80–105 km/h].
- Udržiavanie ustáleného stavu: Udržiavanie kontrolovanej jazdnej rýchlosti zabraňuje zmenám polohy škrtiacej klapky a zachováva optimálny časový okamih pre vstrekovanie paliva cez vstrekovací tryskovač a optimálnu odpoveď turbodúchadla.
- Pri flotilách 100 nákladných automobilov s priemernou ročnou vzdialenosťou 100 000 míľ možno dosiahnuť úsporu paliva vo výške 150 000 galónov nafty ročne. Keď sa táto technológia používa spoločne s výučbou šoférov a optimalizáciou trás, úspory možno dosiahnuť bez predĺženia času jazdy a súčasne znížiť emisie CO₂.
Nad rámec základného obmedzovania: inteligentná pomoc pri udržiavaní rýchlosti ako pokročilá forma obmedzovača rýchlosti
Od reaktívneho riadenia rýchlosti po prediktívny ekokrúzovací režim napájaný prostredníctvom GNSS, HD máp a technológie V2X
Inteligentná pomoc pri udržiavaní rýchlosti je prediktívna alternatíva k staromódnym obmedzovačom rýchlosti a ich reaktívnym režimom prevádzky. Staromódne obmedzovače zasahujú až POTOM, čo boli prekročené obmedzenia rýchlosti, a to spôsobom, ktorý je rušivý a neefektívny, čo spôsobuje náhle zníženie výkonu a kolísanie rýchlosti. Systém inteligentnej pomoci pri udržiavaní rýchlosti umožňuje prediktívne ekologické jazdenie vďaka integrácii systému GNSS, podrobných cestných máp a komunikácie vozidlo–infraštruktúra. Prediktívne ekologické jazdenie umožňuje týmto systémom zaujať proaktívny postoj, takže dokážu predvídať prekážky na ceste na základe terénu (kopce, zákruty), intenzity cestnej premávky a obmedzení rýchlosti až do vzdialenosti 3 km. To umožňuje optimálnu reguláciu výkonu dodávaného kolesám a predchádza problémom namiesto toho, aby na ne reagoval.
Algoritmy zrýchlenia, adaptívny tempomat a integrované systémy riadenia premávky viedli k vyrovnaniu profilov rýchlosti vozidiel a optimalizácii celého jazdného cyklu z hľadiska spotreby energie. Výsledkom kombinácie týchto technológií je zníženie rozptylu rýchlosti o 15–20 %, ktorý sa tradične považuje za plýtvanie palivom v dôsledku týchto reaktívnych systémov, a zároveň zvýšenie podielu technológií na úsporu paliva, ktoré využívajú inteligentný prístup namiesto mechanického prístupu založeného len na obmedzovači rýchlosti.
Často kladené otázky (FAQ)
Aké faktory ovplyvňujú spotrebu paliva v dieselových motroch?
Tieto premenné závisia od kombinácie rýchlosti vozidla, aerodynamického odporu a otáčok motora. Vzťah medzi týmito premennými je taký, že pri veľkých rýchlostiach sa aerodynamický odpor zvyšuje exponenciálne, zatiaľ čo pri nízkych rýchlostiach môžu otáčky motora viesť k vyššej účinnosti.
Aký je dôvod, prečo sa rozsah rýchlostí 50–65 mph považuje za optimálny pre spotrebu paliva u dieselových motorov?
Práve v tomto rozsahu rýchlostí sa dosahuje dokonalá rovnováha medzi motorom a mechanickými súčasťami prevodového ústrojenstva, čo zabezpečuje optimálnu hospodárnosť v spotrebe paliva.
Čo sú tvrdé a mäkké limity v súvislosti s obmedzovačmi rýchlosti?
Tvrdo nastavené limity spôsobujú náhle prerušenie prívodu paliva, čo vedie k nepravidelnému správaniu motora a stratám v hospodárnosti spotreby paliva, zatiaľ čo mäkko nastavené limity dokážu optimalizovať prívod paliva a zabezpečiť trvalý prevádzkový režim na efektívnej úrovni s minimálnymi stratami paliva, pretože predikčne mapujú zmeny v prívode paliva.
Ako môžu adaptívne obmedzovače rýchlosti zlepšiť hospodárnosť v spotrebe paliva?
Adaptívny typ systému mení svoje rýchlostné limity v závislosti od sa meniacich podmienok na ceste a hmotnosti nákladu, čo umožňuje optimálny a prispôsobený výkon systému a zníženie odpadu paliva, keďže sa systém prispôsobuje požadovaným výkonovým potrebám vozidla.
Čo je inteligentná pomoc pri udržiavaní rýchlosti (ISA) a ako sa líši od tradičných obmedzovačov rýchlosti?
ISA kombinuje reguláciu rýchlosti s predchádzaním udalostiam, ktoré plýtvajú palivom, a celkovým zlepšením energetickej účinnosti nad rámec jednoduchého obmedzenia rýchlosti s využitím pokročilých technológií, ako sú cudzie mapy, satelitné polohovanie a komunikácia medzi vozidlami.
