EN
Inženirski povezava med regulatorji hitrosti in porabo goriva
Kako se obremenitev motorja, zračni upor in učinkovitost izgorevanja spreminjajo s hitrostjo
Poraba goriva dizelskega motorja je odvisna od treh medsebojno povezanih dejavnikov, ki jih določa hitrost vozila. Prvič, ko se hitrost vozila poveča, postane pomemben pojav, imenovan zračni upor. Ta je posledica hitrosti vozila. Ko se hitrost podvoji, se zračni upor poveča za faktor štiri. Zračni upor predstavlja pomembno obremenitev energetskega proračuna nad hitrostjo 55 mph. Drugič, optimalna učinkovitost motorja je okoli 1200–1800 vrtljajev na minuto. Pogojne razmere glede goriva, zraka in tlaka turbopolinega kompresorja zagotavljajo najboljše izgorevanje in upravljanje tlaka. Pod 40 mph motor doseže stanje slabega izgorevanja, pri čemer nastajata saj in ogljikovodiki. Tretjič, nad 70 mph postane motor neučinkovit in energija, porabljena za premagovanje trenja vozila, postane pomembna.
Količina opravljenega dela motorja se razlikuje glede na to, kako globoko je pritisnjeno pedalo za pospeševanje in koliko goriva se vbrizga v vsak valj. Te dejavnike nadzorujejo regulatorji, ki imajo za cilj nadzorovati delovanje z namenom zmanjšanja prekomernega mehanskega napetja in toplotnih težav. Na primer, če ima tovornjak omejitev najvišje hitrosti 65 namesto največ 75 mph, ima motor približno tretjino manj aerodinamskega upora zraka in lahko dlje deluje pri najvišji učinkovitosti.
Kaj je tako posebnega na točki najvišje gorivne učinkovitosti za dizelske pogonske sisteme?
Vklop dizelskega motorja v najučinkovitejšem območju porabe goriva (50 do 65 milj na uro) zagotavlja najboljši rezultat »specifične porabe goriva pri zaviranju« (BSFC) za motor. To zagotavlja najboljšo porabo goriva z ustvarjanjem najboljšega toplotnega ravnovesja znotraj motorja, optimalnega pretoka zraka okoli karoserije tovornjaka ter učinkovitosti pogonskega sistema. Pri hitrostih pod 50 mph dizelski motor izstopi iz svojega optimalnega močnostnega pasu in pogonski sistem uporablja nižje prestave, kar povzroča povečane trenjske izgube. Pri hitrostih nad 65 mph se gospodarnost v porabi goriva poslabša zaradi povečanega aerodinamskega upora, ki pri 70 mph predstavlja približno dve tretjini moči, potrebne za ohranjanje te hitrosti. Zato dizelska vozila dosežejo najboljšo porabo goriva z obratovanjem v tem »srednjem območju«, ki predstavlja najučinkovitejše območje porabe goriva.
Turbopoline zagotavljajo neprekinjen in učinkovit nadtlak 15–25 psi
Vbrizgovalniki s skupnim visokotlačnim vbrizgalnim vodom delujejo ob mejah prostorske učinkovitosti
Valjna odpornost ostaja predvsem nespremenjena
Prenosi omogočajo neprekinjeno delovanje v najvišji prestavi pri 1200–1800 vrtljajih na minuto
Ta konvergenca omogoča izboljšanje porabe goriva za 30 % v primerjavi z neomejenim vožnjo s hitrostjo 75 mph. Omejevalniki hitrosti to zanesljivo uveljavljajo, zlasti pri težkih vozilih, katerih koeficient upora presega 0,65 zaradi njihove kvadratne oblike in konfiguracije z vlečnim vozilom.
Vpliv različnih omejevalnikov hitrosti na dejansko učinkovitost porabe goriva
Namestitev omejevalnika hitrosti lahko predstavlja trdo ali mehko mejo in zato glede na položaj plinovega pedala ter način, kako ECU nadzoruje pretok goriva, lahko omejuje ali olajšuje delovanje
Dostava goriva za motor se popolnoma prekine, ko se aktivirajo trdi omejevalniki, kar povzroči zaznavno zmanjšanje zaklepanja plinastega pedala, ki ga voznik občuti, in je še posebej opazno, ko se vozilo vozi na avtocesti. Ta nenadna prekinitev dovoda goriva vpliva na stabilnost motorja, kar pomeni, da vozilo neucinkovito porabi več goriva. Učinkovitost porabe goriva se lahko zmanjša za 12 % do 8 % v primerjavi s sistemom, ki deluje kot predvideno. To je ravno tisto področje, kjer se mehki omejevalniki razlikujejo. Ti sistemi uporabljajo mehanizem, pri katerem ECU napovedno prilagaja kartografsko porazdelitev goriva, da prepreči povečanje dovoda goriva. Ta mehanizem ohranja operativno celovitost vozila in učinkovitost porabe goriva v primerjavi z omejitvami pri prehitevanju (ofenzivne omejitve) ter zagotavlja varnostno ohranjanje učinkovitosti porabe goriva med agresivnem pospeševanju, s čimer se zmanjša skupna vrtilna frekvencija motorja.
Podatki o zahtevanem navoru, naklonu ceste in nosilnosti za prilagodljivo nastavitev regulatorja hitrosti.
Na primer sodobni sistemi za omejevanje hitrosti uporabljajo podatke s senzorjev IMU in podatke o obremenitvi osi za dinamično prilagajanje omejitev hitrosti glede na zahteve po navoru za vozilo. Ti pametni sistemi, na primer, vedo, da morajo pri prehodu po naklonu 5 % navzgor podaljšati čas delovanja določene prestave, da se zmanjša prekomerno prestavljanje v nižje prestave in prekomerna vrtilna frekvenci motorja. Operatorji flot so empirično opazili vključevanje teh sistemov tudi v obratni smeri: glede na obremenitev, ki jo tovornjaki prevažajo, sistem za omejevanje hitrosti zmanjša najvišjo dovoljeno hitrost. Po analizi telematskih podatkov iz več večjih severnoameriških tovornjakarskih flot je bilo ugotovljeno, da ta pristop zmanjša skupno porabo goriva za 3,1 galona na vsakih 1.000 milj vožnje. Nasproti temu je tradicionalni pristop, ki določa omejitev hitrosti za dani odsek ceste na podlagi zgodovinskih podatkov, ne glede na naklon tega odseka ali obremenitev tovornjaka, preveč preprost. Ti novi prilagodljivi sistemi so spremenili nadzor hitrosti iz preprostega pristopa v dinamičen odziv na dejanske potrebe po zmogljivosti glede na dejanske razmere na terenu. Varčevanje z gorivom zaradi uporabe sistema za omejevanje hitrosti.
Kalibrirani omejevalniki hitrosti so dokazali, da je pri obratovanju komercialnih vozil mogoče doseči varčevanje z gorivom. Nadzorovanje hitrosti v območju največje učinkovitosti dizelskega goriva (50–65 mph) omogoča zmanjšanje porabe goriva za 10–15 % v primerjavi z neomejenim vožnjo v operativnih pogojih. To varčevanje izhaja tako iz zmanjšanja aerodinamskega upora kot tudi iz stabilizacije zgorevanja.
Varčevanje z gorivom zaradi uporabe omejevalnikov hitrosti pri komercialnih vozilskih flotah je posledica naslednjega:
- Varčevanje zaradi zmanjšanja upora: večja vožnja hitrost omogoča večje varčevanje z gorivom [znotraj območja 50–65 mph].
- Ohranjanje stalnega stanja: ohranjanje nadzorovane vožnje hitrosti preprečuje spremembe položaja plinove ročice in ohranja optimalno časovno nastavitev za vbrizg goriva s strani vbrizgalne črpalke ter optimalen odziv turbokompresorja.
- Pri flotah 100 tovornjakov, ki vsakopravijo povprečno 160.934 km, se letno lahko dosežejo varčevanja za 567.811 litrov dizelskega goriva. Če se te rešitve uporabljajo skupaj z usposabljanjem voznikov in optimizacijo poti, se varčevanja lahko doseže brez podaljšanja časa vožnje ter zmanjšanja emisij CO₂.
Nad osnovno omejevanje: pametna pomoč pri omejevanju hitrosti kot napredna oblika omejevalnika hitrosti
Od reaktivnega nadzora hitrosti do predvidljivega ekološkega krožnega vožnje, ki ga omogočajo GNSS, visokoločne karte in V2X
Inteligentna pomoč pri omejevanju hitrosti je napovedna alternativa tradicionalnim omejevalnikom hitrosti in njihovim reaktivnim načinom delovanja. Tradicionalni omejevalniki posežejo šele POTEM, ko so prekoračene omejitve hitrosti, in to storijo na moten način ter neustrezno, kar povzroča nenadne zmanjšanja moči in nihanja hitrosti. Sistem inteligentne pomoči pri omejevanju hitrosti omogoča napovedno ekološko vožnjo z integracijo GNSS-tehnologije, podrobnih cestnih kart in komunikacije med vozilom in infrastrukturo. Napovedna ekološka vožnja omogoča tem sistemom proaktivno obravnavo, s čimer lahko napovedujejo ovire na cesti glede na relief (klanci, ovinki), promet na cesti in omejitve hitrosti do razdalje 3 km. To omogoča optimalno nadzorovanje moči na kolesih in preprečevanje težav namesto reagiranja na njih.
Algoritmi za pospeševanje, prilagodljivo tempomat in integrirani sistemi za nadzor prometa povzročajo izravnavo profilov hitrosti vozil ter optimizacijo celotnega voznega cikla z vidika porabe energije. Rezultat kombinacije teh tehnologij je zmanjšanje variance hitrosti za 15–20 %, kar se tradicionalno šteje za izgubo goriva zaradi takšnih reaktivnih sistemov, ter povečanje uporabe tehnologij za varčevanje z gorivom, ki temeljijo na inteligentnem pristopu namesto na mehanskem pristopu s preprosto uporabo omejevalnika hitrosti.
Pogosta vprašanja (FAQ)
Kateri dejavniki vplivajo na porabo goriva pri dizelskih motorjih?
Te spremenljivke so odvisne od kombinacije hitrosti vozila, aerodinamskega upora in vrtilne frekvence motorja. Razmerje med temi spremenljivkami je takšno, da pri visokih hitrostih aerodinamski upor narašča eksponentno, medtem ko pri nizkih hitrostih lahko vrtilna frekvenci motorja zagotovi večjo učinkovitost.
Zakaj se območje 50–65 mph šteje za najbolj učinkovito območje porabe goriva za dizelske motorje?
To območje hitrosti omogoča popolno ravnovesje med motorjem in mehanskimi komponentami pogonskega sistema za optimalno učinkovitost porabe goriva.
Kaj so trde in mehke omejitve v zvezi s hitrostnimi omejevalniki?
Trde omejitve povzročijo nenadne prekinitve dovoda goriva, kar vodi do nepravilnega delovanja motorja in izgub pri učinkovitosti porabe goriva, medtem ko mehke omejitve omogočajo optimizacijo vnosov goriva ter zagotavljajo trajno obratovanje na učinkoviti ravni z minimalnimi izgubami goriva, saj napovedno načrtujejo spremembe v dovodu goriva.
Na kakšne načine lahko prilagodljivi hitrostni omejevalniki izboljšajo učinkovitost porabe goriva?
Prilagodljivi sistem spreminja svoje hitrostne omejitve glede na spreminjajoče se razmere na cesti in težo tovora, kar omogoča optimalno in prilagojeno delovanje sistema ter zmanjša izgubo goriva, saj se prilagaja dejanski potrebi po moči vozila.
Kaj je inteligentna pomoč pri omejevanju hitrosti (ISA) in kako se razlikuje od tradicionalnih omejevalnikov hitrosti?
ISA združuje nadzor nad hitrostjo z izogibanjem dogodkom, ki povzročajo izgubo goriva, ter splošno izboljšano energetsko učinkovitost, kar gre dlje kot le omejevanje hitrosti z uporabo naprednih tehnologij, kot so tuji zemljevidi, satelitsko pozicioniranje in komunikacija med vozili.
