Consumul specific efectiv de combustibil

    Motoarele cu ardere internă transformă energia chimică a combustibilului în energie mecanică, disponibilă la arborele cotit. Procesul de transformare a energiei nu este ideal, energia de ieșire fiind afectată de pierderi. În cazul motoarelor termice pentru automobile, pierderile sunt considerabile, randamentul total fiind undeva în jurul a 20%.

Bilanțul energetic al motorului cu ardere internă

Foto: Bilanțul energetic al motorului cu ardere internă
Sursa: e-automobile.ro

    Considerând energia disponibilă în amestecul aer-combustibil ca fiind 100%, numai 20% din acesta ajunge să fie utilizată pentru propulsia automobilului. Restul, de aproximativ 80%, se pierde prin transfer termic, frecare mecanică și antrenarea echipamentelor auxiliare.

    Caracterizarea performanțelor dinamice și de consum ale unui motor termic se poate face cu ajutorul curbelor de cuplu, putere și consum specific efectiv, la regim de sarcină maximă.

Caracteristicile de ieșire ale unui motor termic pe benzină (PME, putere, CSE), la sarcină maximă

Foto: Caracteristicile de ieșire ale unui motor termic pe benzină (PME, putere, CSE), la sarcină maximă

PME – Presiune Medie Efectivă
CSE – Consum Specific Efectiv

    Puterea unui motor cu ardere internă cu piston se măsoară în kW sau CP și reprezintă produsul dintre turația motorului și cuplul motor.

    Cuplul motor este direct proporțional cu presiunea medie efectivă (PME) din cilindri. Variația cuplului și a PME pentru un motor dat, în funcție de turație, este identică.

    Consumul specific efectiv (CSE) reprezintă consumul orar de combustibil al motorului raportat la puterea acestuia. Unitatea de măsură a CSE este g/kWh (gram/kiloWatt oră) sau g/CPh (gram/CalPutere oră):

Consumul specific efectiv de combustibil

Ch – consumul orar de combustibil [g/h]
Pm – puterea motorului [CP]

    În cazul în care dorim să evaluăm sau să comparăm eficiența unui motor cu ardere internă utilizam reprezentarea grafica a consumului specific efectiv.

    Din analiza graficului de mai sus reiese ca CSE are valoarea minimă, aproximativ 265 g/kWh, în jurul turației de 2000 rot/min. În general, motoarele cu ardere internă sunt concepute să funcționeze cu randament maxim în jurul turațiilor medii, de 2000 – 3000 rot/min.

    La turații mai mari, datorită creșterii pierderilor prin frecare, crește și consumul specific de combustibil. Similar, la turații mici, sub 1400 rot/min, timpul între două cicluri de ardere este mai mare, ceea ce determină creșterea CSE, deoarece timpul în care se realizează transferul de căldură către pereții cilindrilor este mai mare.

    Pentru a avea o imagine completă a randamentului motorului, deci a consumului specific de combustibil, analizăm CSE în funcție de cuplul motor (sau PME) și de turația motorului. Acesta „hartă” este specifică fiecărui motor și se ridică ca urmare a măsurătorilor efectuate pe stand.

CSE pentru motorul 1.9 TDI de la VW

Foto: CSE pentru motorul 1.9 TDI de la VW
Sursa: B. Georgi, s.a, SAE 972686, 1997

    Pe axa orizonatală este reprezentată turația motorului iar pe axa verticală presiunea medie efectivă (PME). Curba de PME este imaginea cuplului motor maxim în funcție de turația motorului. Zonele colorate reprezintă zonele de consum specific efectiv constant. De exemplu, zona colorată în verde corespunde CSE de 200 g/kWh. Astfel, dacă punctul de funcționare al motorului (cuplu/PME, turație motor) se află în acesta zonă, consumul de combustibil efectiv va fi apropiat de cel minim posibil.

    Punctul de consum specific efectiv minim este de 197 g/kWh și se obține la o turație a motorului în jur de 1500 rot/min și la o presiune medie efectivă de aproximativ 13 bari (~ cuplul maxim).

    Peste „harta” de consum specific efectiv de combustibil s-au suprapus și curbele de putere motor constantă. Aceste curbe sunt deosebit de utile deoarece ne ajută să determinăm consumul minim de combustibil, pentru aceeași putere a motorului, dar în puncte diferite de funcționare ale acestuia.

    În exemplul de mai sus dacă analizam curba de 40 CP putem observa că acesta putere a motorului se poate obține atât la 3500 rot/min cât și la 2000 rot/min (punctele marcate cu pătrățele roșii). Diferența este dată de presiunea medie în cilindru, adică de cuplul motor.

Exemplu de „hartă” a consumului specific efectiv de combustibil

Foto: Exemplu de „hartă” a consumului specific efectiv de combustibil

    Raportul treptei din cutia de viteze poate fi utilizat ca un mod de a reduce consumul de combustibil, deoarece schimbă punctul de funcționare al motorului. De exemplu, în graficul de mai sus, putem observa că aceeași putere a motorului (110 CP) se poate obține la valori diferite ale turației și a cuplului motor.

Putere motor
[CP]
Turație motor
[rot/min]
Cuplu motor
[Nm]
Treapta de
viteză [-]
CSE
[g/CPh]
Diferența de
consum [%]
110 5700 80 2 455 referința
110 2600 140 4 410 - 9.89
110 1800 235 5 365 - 19.78

Observație: Valorile sunt date ca exemplu, orientativ, nu sunt valori reale.

    Astfel, aceeași putere a motorului o putem obține cu consum de combustibil mai mic sau mai mare. Diferența constă în punctul de funcționare al motorului (turatie, cuplu) care poate fi modificat schimbând treapta cutiei de viteze.

    Pentru a obține un consum mai mic de combustibil se recomandă utilizarea motorului în zona de turații medii, evitându-se pe cât posibil funcționarea la turații înalte. În majoritatea cazurilor, în funcție de tipul motorului (benzină sau diesel) consumul minim de combustibil se obține la turații relativ mai mici decât turația de cuplu maxim. Utilizând optim rapoartele cutie de viteze se poate reduce semnificativ consumul de combustibil al motorului, ținând cont în același timp de constrângerile legate de zgomot, vibrații și capacitatea de demarare a automobilului.

Pentru a comenta articolul trebuie să vă înregistrați!

Comentarii

Alexandra1104
Miercuri, 28 Septembrie 2016 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
gbonteanu
Joi, 04 Septembrie 2014 Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5Votează 5 / 5
Foarte interesant si foarte util. Bravo!

Raportează comentariul

Login

Logo motorul anului