Průtoková charakteristika PSM

Transkript

1 Průtoková charakteristika PSM Pro 4dobý přeplňovaný otor je podstatná část průtočného nožství vzduchu oděřována píste v průběhu plnicího zdvihu: V Z 1 p r T n 120 pl propl propl propl s T s v T v 2,4 n = konst (čárkované průběhy ukazují vliv T při zvyšování D ) D p pr e stupeň stlačení pd2/pd1 2,2 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 průtok vzduchu otore bez proplachování průtok vzduchu otore s účinný proplachování 0,1 0,15 0,2 0,25 hotnostní tok [kg/s] D V D Závislosti průtoku vzduchu přeplňovaný otore na otáčkách otoru a plnicí tlaku popisují křivky hltnosti otoru. Od teoretické lineární závislosti se skutečné průběhy odchylují účinke proplachování a zvyšování T s rostoucí stupně stlačení plnicího vzduchu. PZP (2011/2012) 7/1 Stanislav Beroun

2 Základní úlohou při optializaci plnicího TBD a PSM je plnění požadavků na: co nejvyšší využití energie výfukových plynů ke zvýšení výkonových paraetrů otoru (hnací turbina s vysokou td, přijatelné hodnoty pt1, TT1), zajištění vysokých Ds v oblastech kde otor a TBD nejčastěji pracují, tj. uístění křivky hltnosti otoru do oblastí nejvyšších Ds, uístění křivky hltnosti otoru v dostatečné vzdálenosti od pupovní eze. Optializace spolupráce TBD a vozidlového přeplňovaného PSM je vždy koproise ezi požadavky a ožnosti: bez speciálních regulačních opatření jsou optializační úlohy obtížně zvládnutelné. Výpočtová řešení vychází z popisu paraetrů na vstupu do T (nožství a teplota výfukových plynů) a výstupu z D: určují se tlaky před a za otore, paraetry přeplňovaného PSM (otáčky, výkon, ), energetická bilance TBD,... (řešení podle Zinnera, Winklera). Řešení podle Winklera je založeno na zjednodušeních, která uožňují určit pro zadané hodnoty p i, c s, P e, S RED-T konstanta 1, poocí kterých se graficko-výpočtový postupe provádí iterace z výchozího návrhu, až se dosáhne přijatelné shody ve dvou po sobě jdoucích iteracích.! Konečná optializace usí být provedena experiente! Tepelný výkon ve výfuk. plynech Pvýf vp c p / vp TT 1 T p H u 1 ODV / chlaz podíl tepelného výkonu chlazení otoru na tepelné příkonu vp V Z 1 p r T n 120 pl propl f vp 1, 03 f p i p ODV / chlaz H V u Z 120 i n i 1 T T1 pd K 1 1 T p K 1 1 ODV / chlaz i propl i vp 1 p p i D1 PZP (2011/2012) 7/2 Stanislav Beroun

3 Chlazení plnicího vzduchu: hotnostní plnění válců přeplňovaného otoru ovlivňují zejéna p a T. Účinek obou veličin je protichůdný iořádný význa á proto chlazení plnicího vzduchu. Systéů chlazení plnicího vzduchu je několik, nejobvyklejší jsou způsoby chlazení poocí výěníků tepla., v enší íře se používá ochlazování vzduchu expanzí ve válci otoru nebo chlazení v expanzní turbině. Chladiče plnicího vzduchu jsou typu vzduch-vzduch Chladič plnicího vzduchu nebo vzduch-voda. Tzv. ezichladiče vzduch-vzduch jsou konstruovány s prakticky stejnou teplosěnnou, pd2, TD 2 plochou na straně chladicího i plnicího vzduchu. Měrný chladicí povrch (velikost teplosěnné plochy v 1 3 chladiče) je / 3. Účinnost chlazení bývá v rozsahu 0,75-0,90., T T ChV 2 ChV ChV1 P P CHL CHL ChV c S konst pv (pro t=50 0 C) T 0,6 Re p, T T T c T T ChV 2 D2 T 2 d vz vz ChV1 T ChV1 Re T 2 0,03W pv ChV 2 _ c vz d 1 vz K 1 D2 t MCH CHL / ln T ( t T vz D2 D2 D2 T T t ChV 1 ChV 2 ( t ln ( t D ) ( t t t 6 ChV 2 ChV1 2 s t ) ) 1 ChV1 ) PZP (2011/2012) 7/3 Stanislav Beroun

4 Trubky s vnitřní vložkou Chladicí vzduch P CHL k č S č MZCH t t 2 t t D2 ChV1 ChV 2 2 Oddělovací (krajní) desky Pájeno: pojivo Kaliufluoraluinat Příklad: chladič plnicího vzduchu k otoru VW 1,9 TDI, rychlost 120 k/h (33 /s) čelní průřez Sč-MZCH = 0,185x0,185=0,035 2, hloubka 0,07 (VMZCH = 0, ) td2 = C, t = 50 0 C, = 0,15 kg/s, PCHL= 0,15 x 1,005 x 90 = 13,5 kw tchv1 = 30 0 C, tchv2 = 53 0 C ChV = Sč-MZCH x vv x v x v =0,58 kg/s podle zěřených hodnot jednotlivých veličin vychází ěrný (čelní) výkon MZCH ve velikosti kč = 7,2 kw/ 2 K odhad teplosěnné plochy na straně plnicího vzduchu: Plnicí vzduch CHL T T D2 D2 T T ChV ,82 SChl/ = 1,715 2 pro uvedený reži a odhad plochy vychází hodnota = 147 W/ 2 K výsledek lze považovat za reálný (rychlost oývání teplosěnné plochy je velká, vložky uvnitř trubek jsou upraveny k vyvolání vysoké turbulence) PZP (2011/2012) 7/4 Stanislav Beroun

5 Zidealizovaný pracovní oběh přeplňovaného otoru s MCH v T-s diagrau T v 1 p 1 A B T1 T2 1 D2 D1 s D1 D2 skutečné stlačení v D D2 1 chlazení plnicího vzduchu v MCH 1 2 koprese ve válci otoru (ideální) síšený přívod tepla 4 5 expanze ve válci otoru (ideální) 5 A zěna stavu při výtoku výfukových plynů z válce A B ísení výfukových plynů s proplachovací vzduche B T1 isoterická zěna stavu ve výfukové potrubí ezi válce a turbinou (předpoklad: jedná se zejéna o škrcení T = konst.) T1 T2 skutečná expanze v turbině. PZP (2011/2012) 7/5 Stanislav Beroun

6 p D2 p D1 SZ Chlazení plnicího vzduchu expanzí ve válci Millerův způsob: vzduch stlačený na poěrně vysoký plnicí tlak prochází ezichladiče do válce otoru. Dalšího ochlazení ve válci se dosahuje tí, že plnicí ventil se uzavře ještě před DÚ, vzduch ve válci expanduje a klesá jeho teplota. Výhodou řešení je plnění válce vysoký tlake (kladná práce pístu) a sníží se kopresní i spalovací tlak, což je pro zvládnutí teplotních probléů i echanického naáhání příznivé. Zvyšuje se účinnost pracovního oběhu (relativní prodloužení expanze). Celkově je však provedení tohoto řešení konstrukčně koplikované. PZP (2011/2012) 7/6 Stanislav Beroun

7 Chlazení plnicího vzduchu v expanzní turbině: k dosažení potřebného efektu vysokého hotnostního naplnění válce je potřeba vysoké účinnosti všech proudových strojů v plnicí systéu (0,8): dosahuje se však nižší hodnota t než lze dosáhnout chlazení ve výěníku tepla. PZP (2011/2012) 7/7 Stanislav Beroun

8 Kobinované přeplňování: podstata tohoto systéu spočívá ve využití dynaických účinků příslušný způsobe upraveného plnicího potrubí přeplňovaného otoru zejéna v rezonanční oblasti. Při vhodné naladění systéu se docílí vyššího naplnění válců v určité pracovní oblasti otoru, což skýtá ožnost zlepšení jak provozních, tak i výkonových paraetrů otoru. Jedná se tedy o opatření zlepšující vlastnosti norálně přeplňovaného otoru tí, že uožňuje naladění na určitou oblast provozu otoru. Systé je sice poěrně jednoduchý a nenáročný na výrobu, je ale náročný na zástavbu jednotlivých prvků. V v - vyrovnávací nádoba; iniálně V v = 1,5 V M V r - rezonanční nádoby do které ohou ústit ax. 4 válce. V r = (0,5 10) V M. l r - rezonanční trubky; l r > 8.d r ; průěr trubky d r vychází z požadavku, aby v průřezu S r byla rychlost vax = 60 /s. l p - plnicí potrubí, co nejkratší a á platit l p < k / n M, kde k je konstanta závislá na provedení otoru a uspořádání systéu. PZP (2011/2012) 7/8 Stanislav Beroun

9 Systé COMPREX tlakový výěník: k přeplňování otoru se využívá energie výfukových plynů, která se přío předává plnicíu vzduchu v průchodné rotoru tlakového výěníku, resp. v jeho jednotlivých koorách. Pohon rotoru je zajištěn od klikového hřídele otoru a á v podstatě pouze synchronizační funkci. Dosahované výkonové paraetry jsou srovnatelné s přeplňování TBD, systé však rychleji reaguje na zěny provozních režiů, je však rozěrnější, což koplikuje jeho zástavbu ve vozidle. Spaliny vstupují do tlakového výěníku o tlaku značně vyšší než je tlak vzduchu v jednotlivých kanálcích a vzduch z kanálků je proto vytlačován do plnicího potrubí otoru. Protože se rotor výěníku pootáčí a protilehlé konce kanálků se střídavě dostávají proti otvorů připojených přírub a proti pevný čelní stěná tělesa tlakového výěníku, neprocházejí spaliny celý rotore, ale vrací po odrazu tlakové vlny na čelní stěně zpět stejný kanálke k otvoru příruby výfukového potrubí, přičež se z druhé strany současně kanálek plní čerstvý vzduche. PZP (2011/2012) 7/9 Stanislav Beroun

10 Systé COMPREX tlakový výěník: k přeplňování otoru se využívá energie výfukových plynů, která se přío předává plnicíu vzduchu v průchodné rotoru tlakového výěníku, resp. v jeho jednotlivých koorách. Pohon rotoru je zajištěn od klikového hřídele otoru a á v podstatě pouze synchronizační funkci PZP (2011/2012) 7/10 Stanislav Beroun

11 Systé COMPREX tlakový výěník: k přeplňování otoru se využívá energie výfukových plynů, která se přío předává plnicíu vzduchu v průchodné rotoru tlakového výěníku, resp. v jeho jednotlivých koorách. Pohon rotoru je zajištěn od klikového hřídele otoru a á v podstatě pouze synchronizační funkci. Coprex Supercharger Mazda 626 Capella PZP (2011/2012) 7/11 Stanislav Beroun

12 Systé COMPREX tlakový výěník: Senator Coprex D Coprex-Dieselotor 23DK PZP (2011/2012) 7/12

13 TURBODMYCHADLO VTG PZP (2011/2012) 7/13 Stanislav Beroun

14 PZP (2011/2012) 7/14 Stanislav Beroun

15 PZP (2011/2012) 7/15 Stanislav Beroun

16 PZP (2011/2012) 7/16 Stanislav Beroun

17 Výroba lopatek do turbinové skříně VTG Technologie vstřikování kovových prášků (MIM) byla vyvinuta před cca 20 lety v USA. Jedná se o etodu, při níž se kovové prášky sísí s organickýi pojivy (binders), které fungují jako jejich nosič. Po ohřevu je ožno sěs vstříknout do fory. Po odstranění pojiva (debinding) se díly sintrují (při teplotě cca 1360 o C), přičež získají konečnou hustotu, tvary a rozěry. Technologie MIM je v důsledku nákladů na fory, nákladů na provoz potřebných zařízení apod. oezena tvare a velikostí dílů: největší rozěr enší než 100, hotnost enší než 100 g a síla stěny enší než 10. PZP (2011/2012) 7/17 Stanislav Beroun

18 PZP (2011/2012) 7/18 Stanislav Beroun

19 PZP (2011/2012) 7/19 Stanislav Beroun

20 PZP (2011/2012) 7/20 Stanislav Beroun