Járműspecifikus teljesítmény
A járműspecifikus teljesítmény (angolul vehicle-specific power, továbbiakban VSP) egy jármű pillanatnyi teljesítményigényének[1] és tömegének hányadosa. Mértékegysége Watt/kg vagy pedig kiloWatt/tonna. Fő alkalmazása az üzemanyagfogyasztás és a szén-dioxid-kibocsátás megbecsülése belső égésű motorral (benzin-, dízelüzem) rendelkező járműveknél. A VSP segítségével kiszámolt fogyasztás és kibocsátás viszonylag pontos értékeket ad, így használható például egy adott úton tapasztalt környezetszennyezés megbecsüléséhez, vagy útvonaltervező alkalmazásoknál a leginkább környezetkímélő útvonal kiszámolásához. A képletet J. L. Jiménez vezette be a Massachusetts Institute of Technology-n 1998-ban tartott doktori disszertációjában;[2] később finomították, továbbá megközelítéseket is bevezettek.[3][4] A VSP-t használják elsődleges mérőszámként például az Egyesült Államok Környezetvédelmi Ügynöksége által fejlesztett MOVES (MOtor Vehicle Emissions Simulator) járműkibocsátási modelljében.[5]
Meghatározása
Jiménez eredeti képlete:[6]
Ahol P a teljesítményt (W), m a jármű tömegét (kg), v a sebességét (m/s) jelöli; Em és Eh a mozgási és helyzeti energiát, Fg, Fa, Fb a gördülési, aerodinamikai, belső erőket. Kifejtve:[7][8]
Ahol v a sebesség, vm a szélkomponens, a a gyorsulás, α az út meredeksége (pozitív = emelkedő, negatív = lejtő), g a gravitációs állandó (9,81 m/22), Cg a gördülési ellenállás együtthatója, Cf a belső súrlódási együttható (általában 0,1), Ca a légellenállási együttható, A a jármű szél felőli oldalának felülete, ρ a légsűrűség.
Megközelítések
Az alábbi képleteket szokták használni a VSP megközelítésére:[6][7][9]
Személygépkocsi
Ahol a a gyorsulás, v a sebesség, r az út meredeksége (emelkedés/hossz).
Teherautó, busz
Ahol m a jármű tömege kilogrammban, k1 = 4·10-4, k2 = 2,67·10-7. Üresjáratban a VSP általában 0-1. A személygépkocsik legfennebb kb. 30-40 W/kg VSP-re képesek, a nagyjárművek akár több százra. Lejtőn haladva a VSP negatív is lehet.[9]
Alkalmazása
Kiszámítva a VSP-t (W/kg), megbecsülhető az egységnyi idő (másodperc) alatt elégetett fosszilis üzemanyag mennyisége (liter) a következő táblázattal:[10]
| VSP (W/kg) | fogyasztás (l/s) | |
|---|---|---|
| benzin | dízel | |
| < -2 | 0,00012440 | 0,00011160 |
| -2...0 | 0,00018660 | 0,00016740 |
| 0...1 | 0,00020526 | 0,00018414 |
| 1...4 | 0,00062200 | 0,00055800 |
| 4...7 | 0,00083970 | 0,00075330 |
| 7...10 | 0,00115070 | 0,00103230 |
| 10...13 | 0,00143060 | 0,00128340 |
| 13...16 | 0,00167940 | 0,00150660 |
| 16...19 | 0,00199040 | 0,00178560 |
| 19...23 | 0,00227030 | 0,00203670 |
| 23...28 | 0,00273680 | 0,00245520 |
| > 28[11] | VSP × 0,0000977 | VSP × 0,0000877 |
Az elfogyasztott üzemanyag mennyiségéből kiszámítható a kibocsátott szén-dioxid mennyisége:[12]
- Benzinmotornál 1 liter benzin elégetésével 2390 gramm CO2 szabadul fel
- Dízelmotornál 1 liter gázolaj elégetésével 2640 gramm CO2 szabadul fel
Példa
Ha egy személyautó egy r = 10%-os emelkedőn megy felfelé v = 50 km/h (14 m/s) állandó sebességgel (gyorsulás nélkül), akkor az autókra alkalmazott megközelítés alapján:
- VSP = (1,1 × 0,0 + 9,81 × 0,1 + 0,132) × 14 + 0,000302 × 142 = 15,64 W/kg
Ha benzinüzemű, akkor ez az eset (13 és 16 közötti VSP) 0,00167940 liter/másodpercnek felel meg, tehát egy óra alatt 6,05 liter benzint éget el (vagyis a pillanatnyi fogyasztás 100 km-n 12,1 liter) és 14,5 kg CO2-t bocsát ki. Emelkedő nélküli, vízszintes úton a VSP 1,9, vagyis a pillanatnyi fogyasztás 100 km-n 4,5 liter lenne. Egy útvonalon elhasznált üzemanyag (és a kibocsátott CO2) kiszámítható, ha az útvonalat kis részekre osztjuk (konstans meredekség, konstans sebesség és gyorsulás), majd összeadjuk az értékeket. Környezettudatos útvonal tervezéséhez úgy használható fel, hogy egy Dijkstra-algoritmus gráfjának minden éléhez az optimális utazási sebességből kiszámított üzemanyagfogyasztást rendeljük hozzá (távolság vagy idő helyett).
Jegyzetek
- ↑ A légellenállás + gördülési ellenállás + emelkedő leküzdéséhez, továbbá az esetleges gyorsításhoz szükséges teljesítmény; megközelíthető képlettel, vagy megmérhető dinamométerrel
- ↑ Jiménez, J. L.. Understanding and Quantifying Motor Vehicle Emissions with Vehicle Specific Power and TILDAS Remote-Sensing. Cambridge: Massachusetts Institute of Technology (1998)
- ↑ National Research Council Committee to Review EPA's Mobile Source Emissions Factor (Mobile) Model. Modeling mobile-source emissions, Compass. National Academies Press (2000). ISBN 978-0-309-07088-1
- ↑ National Research Council Committee on Vehicle Emission Inspection and Maintenance Programs. Evaluating vehicle emissions inspection and maintenance programs. National Academies Press (2001. november 1.). ISBN 978-0-309-07446-9
- ↑ Huai et al: Vehicle Specific Power Approach to Estimating On-Road NH3 Emissions from Light-Duty Vehicles. Environmental Science and Technology, XXXIX. évf. 24. sz. (2005) 9595–9600. o. ISSN 1520-5851
- ↑ 6,0 6,1 Jiménez, Palacios et al: Vehicle Specific Power: A Useful Parameter for Remote Sensing and Emissions Studies. Ninth CRC On-Road Vehicle Emissions Workshop, San Diego, California, (1999. április)
- ↑ 7,0 7,1 Wang et al: A new vehicle specific power method based on internally observable variables. Energy Conversion and Management, 286. sz. (2023. június 15.) ISSN 0196-8904
- ↑ Xu et al: Study on fuel consumption and emission characteristics of China VI heavy duty vehicle based on vehicle specific power. E3S Web of Conferences, (2021) 268. o.
- ↑ 9,0 9,1 Frey et al: Evaluation of Light Duty Gasoline Vehicle Rated Fuel Economy based on in-use Measurements. NC State University, 2016. január 13. (Hozzáférés: 2024. március 27.)
- ↑ Vehicle Specific Power (VSP) model. mdpi.com. (Hozzáférés: 2024. március 27.)
- ↑ Csak teherautókra! Személygépkocsikra alkalmazott számításoknál általában 30-at határoznak meg felső határként.
- ↑ Calculation of CO2 emissions. Autolexikon. (Hozzáférés: 2024. március 27.)