Удельный расход топлива на тормозах

Мера топливной эффективности двигателей внутреннего сгорания

Удельный расход топлива для тормозов ( BSFC ) является мерой топливной эффективности любого первичного двигателя, который сжигает топливо и производит вращательную мощность или мощность на валу. Обычно он используется для сравнения эффективности двигателей внутреннего сгорания с мощностью вала.

Это показатель расхода топлива, разделенный на произведенную мощность . В традиционных единицах измерения он измеряет расход топлива в фунтах в час, деленный на тормозную мощность , фунт/(л.с.⋅ч); в единицах СИ это соответствует обратной единице удельной энергии , кг/Дж = с ² /м ² .

По этой причине его также можно рассматривать как удельную мощность потребления топлива. BSFC позволяет напрямую сравнивать топливную эффективность различных двигателей.

Термин «тормоз» здесь, как и « тормозная мощность », относится к историческому методу измерения крутящего момента (см. Тормоз Прони ).

Расчет

Удельный расход топлива для тормозов определяется по формуле:

${\displaystyle {\text{BSFC}}={\frac {r}{P}}}$

где:

${\displaystyle r}$- скорость расхода топлива в граммах в секунду (г/с)

${\displaystyle P}$— производимая мощность в ваттах, где (Вт) ${\displaystyle P=\tau \omega }$

${\displaystyle \omega }$скорость двигателя в радианах в секунду (рад/с)

${\displaystyle \tau }$крутящий момент двигателя в ньютон-метрах (Нм).

Вышеуказанные значения r , , и могут быть легко измерены с помощью приборов с двигателем, установленным на испытательном стенде, и нагрузкой, приложенной к работающему двигателю. Полученные единицы измерения BSFC — граммы на джоуль (г/Дж). ${\displaystyle \omega }$ ${\displaystyle \tau }$

Обычно BSFC выражается в единицах граммов на киловатт-час (г/(кВт⋅ч)). Коэффициент пересчета следующий:

BSFC [г/(кВт⋅ч)] = BSFC [г/Дж] × (3,6 × 10 ⁶ )

Преобразование между метрическими и британскими единицами измерения:

BSFC [г/(кВт⋅ч)] = BSFC [фунт/(л.с.⋅ч)] × 608,277

BSFC [фунт/(л.с.⋅ч)] = BSFC [г/(кВт⋅ч)] × 0,001644

Отношение к эффективности

Для расчета фактического КПД двигателя необходима плотность энергии используемого топлива.

Различные виды топлива имеют разную плотность энергии, определяемую теплотой сгорания топлива. Нижняя теплота сгорания (LHV) используется для расчета эффективности двигателя внутреннего сгорания, поскольку тепло при температуре ниже 150 ° C (300 ° F) невозможно использовать.

Некоторые примеры более низкой теплоты сгорания автомобильного топлива:

Сертификационный бензин = 18 640 БТЕ /фунт (0,01204 кВт⋅ч/г)

Обычный бензин = 18 917 БТЕ/фунт (0,0122222 кВт⋅ч/г)

Дизельное топливо = 18 500 БТЕ/фунт (0,0119531 кВт⋅ч/г)

Таким образом, КПД дизельного двигателя = 1/(BSFC × 0,0119531), а КПД бензинового двигателя = 1/(BSFC × 0,0122225).

Рабочие значения и средняя статистика цикла

Карта BSFC [г/(кВт⋅ч)]

Любой двигатель будет иметь разные значения BSFC на разных скоростях и нагрузках. Например, поршневой двигатель достигает максимальной эффективности, когда всасываемый воздух не дросселируется и двигатель работает с максимальным крутящим моментом. Однако эффективность, часто сообщаемая для конкретного двигателя, представляет собой не его максимальную эффективность, а среднее статистическое значение цикла экономии топлива . Например, среднее значение BSFC за цикл для бензинового двигателя составляет 322 г/(кВт⋅ч), что соответствует эффективности 25% (1/(322 × 0,0122225) = 0,2540). Фактический КПД может быть ниже или выше среднего показателя двигателя из-за различных условий эксплуатации. В случае серийного бензинового двигателя наиболее эффективный BSFC составляет примерно 225 г/(кВт⋅ч), что эквивалентно термодинамическому КПД 36%.

Показана карта iso-BSFC (участок топливного острова) дизельного двигателя. Золотая середина 206 BSFC имеет эффективность 40,6%. Ось X — об/мин; По оси Y указано значение BMEP в барах (bMEP пропорционально крутящему моменту ).

Конструкция и класс двигателя

Числа BSFC сильно меняются в зависимости от конструкции двигателя, а также степени сжатия и номинальной мощности. Двигатели разных классов, такие как дизели и бензиновые двигатели, будут иметь очень разные значения BSFC: от менее 200 г/(кВт⋅ч) (дизель на низких оборотах и ​​с высоким крутящим моментом) до более 1000 г/(кВт⋅ч) (турбовинтовой двигатель). на низком уровне мощности).

Примеры для валовых двигателей

В следующей таблице в качестве примера приведены значения удельного расхода топлива нескольких типов двигателей. Для конкретных двигателей значения могут отличаться и часто отличаются от значений, приведенных в таблице ниже. Энергоэффективность основана на более низкой теплоте сгорания 42,7 МДж/кг (84,3 г/(кВт⋅ч)) для дизельного топлива и реактивного топлива , 43,9 МДж/кг (82 г/(кВт⋅ч)) для бензина.

Эффективность турбовинтового двигателя хороша только при большой мощности; SFC резко увеличивается при заходе на посадку на низкой мощности (30% Pmax ₎ и особенно на холостом ходу (7% Pmax ₎ :

Смотрите также

• Экономия топлива в автомобилях
• Энергоэффективное вождение
• Системы управления топливом
• Управление судовым топливом
• Удельный расход топлива тяги

Рекомендации

1. «Руководство оператора 447/503/582» (PDF) . Ротакс. Сентябрь 2010 г. Архивировано из оригинала (PDF) 22 июля 2017 г. Проверено 8 июня 2018 г.
2. «Газотурбинные двигатели» (PDF) . Авиационная неделя . Январь 2008 года.
3. Гюнтер Мау: Handbuch Dieselmotoren im Kraftwerks- und Schiffsbetrieb, Vieweg (Springer), Брауншвейг/Висбаден, 1984, ISBN 978-3-528-14889-8 , стр. 7 
4. Симидзу, Рицухару; Тадокоро, Томоо; Наканиси, Тору; Фунамото, Дзюнъити (1 февраля 1992 г.). «4-роторный роторный двигатель Mazda для 24-часовой гонки на выносливость в Ле-Мане». Серия технических документов SAE . Том. 1. САЭ Интернэшнл. п. 4. дои : 10.4271/920309. ISSN  0148-7191.
5. «Руководство по эксплуатации серии 914» (PDF) . Ротакс. Апрель 2010 г. Архивировано из оригинала (PDF) 11 июня 2017 г. Проверено 8 июня 2018 г.
6. Руководство оператора O-235 и O-290 (PDF) , Lycoming, январь 2007 г., стр. 3–8, версия - L.
7. Отобе, Ютака; Гото, Осаму; Мияно, Хидэё; Кавамото, Мичио; Аоки, Акио; Огава, Тору (01 февраля 1989 г.), «Двигатель Honda Formula One с турбонаддувом V-6 объемом 1,5 л», Серия технических документов SAE , том. 1, SAE, номер документа : 10.4271/890877
8. Питер деБок (18 сентября 2019 г.). Обзор турбин и двигателей малой мощности GE (PDF) . Встреча ARPA-e INTEGRATE. Глобальные исследования . Дженерал Электрик .
9. Майкл Сорока (26 марта 2014 г.). «Являются ли авиационные двигатели неэффективными?».
10. «Разработка усовершенствованного бензинового двигателя с прямым впрыском с турбонаддувом (GTDI)» (PDF) . Исследования и передовые разработки Форда. 13 мая 2011 г.
11. Руководство оператора IO-720 (PDF) , Lycoming, октябрь 2006 г., стр. 3–8.
12. «Брошюра MT7» (PDF) . Rolls-Royce. 2012. Архивировано из оригинала (PDF) 20 апреля 2017 г. Проверено 9 июля 2018 г.
13. Кимбл Д. Маккатчеон (27 октября 2014 г.). «Райт Р-3350 «Циклон 18»» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 1 августа 2016 года.
14. Мута, Коитиро; Ямадзаки, Макото; Токиэда, Дзюнджи (8 марта 2004 г.). «Разработка гибридной системы нового поколения THS II - радикальное улучшение энергетических характеристик и экономии топлива». Серия технических документов SAE . Том. 1. Общество инженеров автомобильной промышленности . дои : 10.4271/2004-01-0064.
15. Кайзер, Саша; Доннерхак, Стефан; Лундблад, Андерс; Зейтц, Арне (27–29 июля 2015 г.). Концепция двигателя составного цикла с соотношением гекта-давления. Совместная конференция AIAA/SAE/ASEE по двигательной установке (51-е изд.). дои : 10.2514/6.2015-4028.
16. Ассоциация взаимодействия, 1987 г.
17. "Морской Трент". Справочник по гражданскому строительству. 19 марта 2015 г.
18. "Нэпьер Кочевник". Полет. 30 апреля 1954 года.
19. «Новый Audi A8 3.3 TDI quattro: лучший TDI для класса люкс» (пресс-релиз). Ауди АГ. 10 июля 2000 г.
20. "Боевой самолет Джейн времен Второй мировой войны" . Лондон, Великобритания: Bracken Books. 1989.
21. «Морская газовая турбина LM6000» (PDF) . Дженерал Электрик. 2016. Архивировано из оригинала (PDF) 19 ноября 2016 г.
22. «BMW 2.0d (N47)» (на французском языке). Автоинновации. Июнь 2007.
23. Сток, Дитер; Баудер, Ричард (1 февраля 1990 г.). «Новый 5-цилиндровый турбодизельный двигатель Audi: первый дизельный двигатель для легковых автомобилей с непосредственным впрыском второго поколения». Серия технических документов SAE . Том. 1. Общество инженеров автомобильной промышленности . дои : 10.4271/900648.
24. «Реализация будущих тенденций в разработке дизельных двигателей» (PDF) . Общество инженеров автомобильной промышленности/VAG.
25. «MAN TGX 2019» (PDF) . МАН Грузовик и Автобус.
26. "DC16 078A" (PDF) . Скания АБ.
27. «Руководство по продукции Wärtsilä 20» (PDF) . Вяртсиля. 14 февраля 2017 г.
28. «MAN TGX 2019» (PDF) . МАН Грузовик и Автобус.
29. «Четырехтактные двигатели» (PDF) . Человек Дизель. 2015. Архивировано из оригинала (PDF) 17 апреля 2016 г.
30. «Новый двигатель Wärtsilä 31» . Технический журнал Wärtsilä . 20 октября 2015 г.
31. «Обзор технологии RTA-C» (PDF) . Вяртсиля. 2004. Архивировано из оригинала (PDF) 26 декабря 2005 года.
32. «Руководство по проекту MAN B&W S80ME-C9.4-TII» (PDF) . Человек Дизель. Май 2014 г. Архивировано из оригинала (PDF) 9 августа 2016 г. Проверено 15 июня 2016 г.
33. «Руководство по проекту MAN B&W G95ME-C9.2-TII» (PDF) . Человек Дизель. Май 2014. с. 16.
34. Томас Келлнер (17 июня 2016 г.). «Вот почему последний мировой рекорд Гиннеса будет продолжать освещать Францию ​​еще долго после того, как футбольные фанаты уйдут» (пресс-релиз). Дженерал Электрик . Архивировано из оригинала 16 июня 2017 года . Проверено 14 апреля 2017 г.
35. «GE представляет новую газовую турбину H-класса и уже получила первый заказ» . 2 октября 2019 г.
36. «ATR: оптимальный выбор для дружественной среды» (PDF) . Avions de Transport Regional . Июнь 2001. с. Газообразные выбросы двигателя PW127F. Архивировано из оригинала (PDF) 8 августа 2016 г.

дальнейшее чтение

• Типы поршневых двигателей
• HowStuffWorks: Как работают автомобильные двигатели
• Поршневые двигатели на infoplease
• Комиссия по поршневым двигателям к 100-летию полетов США
• Влияние EGR на температуру выхлопных газов и дымность выхлопных газов в двигателях с воспламенением от сжатия
• Хейвуд Дж.Б. 1988 Образование и контроль загрязнителей. Основы двигателей внутреннего сгорания Межд. изд (Нью-Йорк: Mc-Graw Hill), стр. 572–577.
• Исследования «от скважины до колеса», теплотворная способность и принцип энергосбережения
• Примерные карты двигателей коммерческих автомобилей, собранные пользователями форума ecomodder