Нормирование расхода топлива автомобилей при работе автоматических подогревателей



Analysis of methods of rationing of fuel consumption of cars. Provides guidelines for the correction of norms of consumption of fuel during operation of the heaters. The composition of the stand to determine the effect of the algorithm of control systems of heating on fuel consumption.

Key words: energy saving, heating of vehicle, a test stand.

Одним из важнейших показателей эффективности автотранспортных предприятий является энергосбережение. Энергосбережения можно достигнуть за счет рационального использования топливно-энергетических ресурсов, для этого необходимо вводить обоснованные нормы расходов топливно-энергетических ресурсов. Основная задача нормирования потребления топлива заключается в формировании базы данных для анализа и контроля.

Проведенный анализ требований Федерального закона от 23 ноября 2009г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» предусматривает актуализацию системы нормативно-методических документов.

В настоящее время существует три метода нормирования расходов топливно-энергетических ресурсов. Основными методами разработки норм расхода топлива, тепловой и электрической энергии можно назвать расчетно-аналитический, опытный и расчетно-статистический методы [1].

Расчетно-аналитический (нормативный) метод предусматривает определение норм расхода топлива расчетным путем по статьям расхода на основе прогрессивных показателей использования этих ресурсов. Недостатки метода: сложность определения режимов работы; недостаточность нормативных данных; различия в работе идентичных объектов.

Опытный метод разработки норм заключается в определении удельных затрат топлива по данным, полученным в результате испытаний (эксперимента). Он применяется для составления индивидуальных норм, при этом оборудование должно быть технически исправным, отлаженным, а эксплуатационный технологический процесс должен осуществляться в режимах, предусмотренных технологическими регламентами или инструкциями.

Расчетно-статистический метод основан на анализе статистических данных о фактическом потреблении за предыдущие несколько лет. Метод применим при наличии систем учета и невозможности использования первых двух методов. Результат не берется за основу и применяется при отсутствии возможности использования первых двух. Недостатки: результаты расчета подвержены влиянию неисправности систем учета энергоресурсов и технологического оборудования. Кроме того, метод скрывает нерациональное использование энергоресурсов на объектах.

Предлагается методика определения возможного уровня снижения энергетических затрат на топливо–анализ конструкции и систем управления отопления автомобилей и разработка обоснованных норм расхода топлива и определение резерва энергосбережения.

Учет дорожно-транспортных, климатических и других факторов производится с помощью ряда поправочных коэффициентов увеличения или снижения базовых норм.

Для автобусов нормативное значение расхода топлива рассчитывается по формуле [3]:

Qн = 0,01HsS * (1 + 0,01D) + HотT(1)

где Qн — нормативный расход топлив, л; Hs — транспортная норма расхода топлив на пробег автобуса, л/100 км; S — пробег автобуса, км; Hот — норма расхода топлив при использовании штатных независимых отопителей на работу отопителя (отопителей), л/ч; T — время работы автомобиля с включенным отопителем, ч; D — поправочный коэффициент (суммарная относительная надбавка или снижение) к норме, %.

Пользование независимыми отопителями предполагается в холодное время года при среднесуточной температуре ниже +5 °C. Как видно из формулы (1) время работы независимого отопителя не регламентировано поправочным коэффициентом, учитывающим продолжительность включения отопителя в течение рабочей смены. Очевидно, что чем ниже температура окружающей среды, тем больше потребность в тепле салона автобуса и дольше продолжительность включения независимого отопителя.

Тепловой баланс салона автомобиля составляется для расчета необходимой теплопроизводительности системы отопления. Он учитывает теплоту, подводимую в салон и отводимую от него [2]:

(2)

где Q₀ — теплопроизводительность системы отопления; Qr — тепловой поток, поступающий в салон от водителя и пассажиров; Qg — тепловой поток, поступающий в салон от двигателя; Qc — тепловой поток, отводимый через пол, потолок, стенки и стекла салона; Qв — тепловой поток, удаляемый из салона вместе с выходящим наружу воздухом; Q_l– тепловой поток, поступающий от осветительных приборов; Q_s– тепловой поток, поступающий от нагретых солнечным излучением деталей.

Ряд величин из-за небольшой величины обычно не учитываются, например: влияние солнечной радиации, тепловой поток от двигателя, водителя и пассажиров зачастую не используют.

Известна формула для определения расхода топлива в подогревателе (Gт, кг/ч) на основе значения теплопроизводительности [2]:

(3)

где – 0,8 — коэффициент полезного действия подогревателя; – 42500 кДж/кг — низшая теплота сгорания дизельного топлива.

Особенностью работы систем отопления автомобилей с автоматическим управлением является значительная вариация по времени эксплуатации произведённого тепла, и, следовательно, количества топлива потребляемого автомобилем, и естественно подогревателем. Вариация потребления топлива обусловлена изменениями режима работы подогревателя. Поэтому целесообразно норму расхода топлива корректировать по формуле:

,

Где – базовая норма расхода топлива подогревателя, в данном случае потребление топлива за час на максимальной мощности; – коэффициент корректирования нормы расхода топлива, определяется по формуле:

К = К₁* К₂* К₃* К₄,

где К_{1 —} коэффициент корректирования, учитывающий конструктивное исполнение системы отопления автомобиля: городской, пригородный, междугородный;К₂ — коэффициент корректирования, учитывающий алгоритм работы блока управления системы отопления;К₃ — коэффициент корректирования, учитывающий режим движения автомобиля, в частности, например городской, пригородный, междугородный;К₄ — коэффициент корректирования, зависящий от средней температуры окружающего воздуха в зимний (исследуемый) период.

Определение коэффициентов К₁ и К₂ рекомендуется проводить опытным путем. Определение коэффициентов К₃ и К₄ рекомендуется проводить расчётно-статистическим методом. Определение коэффициентов К₃ и К₄рекомендуется проводить после определения влияния К₁ и К₂.

Определение влияния алгоритма работы системы управления на потребление топлива автомобилем можно проводить в стендовых условиях, на основе моделирования условий работы. При моделировании можно выделить управляющие регулируемые параметры: температура жидкости на входе и выходе подогревателя в гидравлической системе, и контролируемый управляемый параметр: потребление топлива подогревателем за контрольный период.

Конструкция стенда для определения данных параметров включает следующие элементы:

1. Подогреватель
2. Водяной насос с электроприводом.
3. Радиатор (отопитель).
4. Топливный насос с электроприводом.
5. Электрогидроклапан.
6. Патрубки соединительные.
7. Электронный блок управления системы отопления.
8. Датчик температуры воздуха.
9. Датчик температуры жидкости на входе подогревателя.
10. Датчик температуры на выходе подогревателя.
11. Датчик температуры воздуха салона.
12. Мерный топливный бак с датчиком уровня топлива.
13. Вентилятор электрический.
14. Топливный клапан.
15. Электронный блок контроля и регистрации.
16. Расширительный бачок.
17. Кран запорный гидравлический.
18. Датчик расхода жидкостный.
19. Датчик давления.

Электронный блок управления системы отопления одержит микропроцессорный блок (контролер) который содержит программу по обработке сигналов поступающих от датчиков температуры жидкости и воздуха. Программа микроконтроллера формирует управляющие сигналы на исполнительные механизмы посредством реле и электрических усилителей: электрогидроклапан, вентилятор электрический, подогреватель.

Электронный блок контроля и регистрации дополнительно включает датчик уровня топлива и исполнительные механизмы: электродвигатель привода водяного насоса, электродвигатель привода топливного насоса и вентилятор электрический, датчик расхода жидкостный, датчик давления.

Стенд данного состава позволяет определять расход топлива подогревателя и совершенствовать алгоритмы управления системы автоматического управления.

Литература:

1. Запарнюк М. Н., Сергеева А. А.2 Эффективность методов нормирования расходов топливно-энергетических ресурсов. Выпуск Декабрь 2015, ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ http://research-journal.org/technical/effektivnost-metodov-normirovaniya-rasxodov-toplivno-energeticheskix-resursov/
2. Расчет системы отопления транспортного средства: метод. указ. к курсовой работе / сост.: С. Н. Шумский, Е. А. Захаров; Волгоград. гос. техн. ун-т. — Волгоград, 2009. — 36 с.
3. Распоряжение Минтранса России от 14.05.2014 № НА-50-р «О внесении изменений в Методические рекомендации «Нормы расхода топлив и смазочных материалов на автомобильном транспорте», введенные в https://www.scopus.com/record/display.uri?eid=2-s2.0–84891540045&origin=resultslist&sort=plf-f&src=s&st1=energy+saving %2cheating+of+vehicle %2c+a+test+stand&st2=&sid=09240BC9C63B8B6CBDDA9958E7019EE9.53bsOu7mi7A1NSY7fPJf1g %3a10&sot=b&sdt=b&sl=61&s=TITLE-ABS-KEY %28energy+saving %2cheating+of+vehicle %2c+a+test+stand %29&relpos=0&citeCnt=0&searchTerm=
4. Кулько А. П. Разработка автоматизированной системы управления отоплением автобуса / А. П. Кулько, И. А. Стребличенко // Прогресс транспортных средств и систем — 2009: матер. междунар. н.-пр. конф., Волгоград, 13–15 окт. 2009 г.: в 2 ч. Ч. 2 / ВолгГТУ [и др.]. — Волгоград, 2009. — C. 30–31.
5. Патент на полезную модель 131673 РФ. МПК B60H1/00. Отопительное устройства для салона транспортного средства/А. П. Кулько, Р. М. Мачехин, В. Н. Князев, Д. В. Мартыненко // Бюл. −2013. – № 241.
6. Кулько А. П., Кулько П. А., Энергосберегающая система климат-контроля автобуса на основе CAN-интерфейса. Известия Волгоградского технического университета. — Волгоград, 2014. — С. 27–30.