Vizualizace dějů uvnitř spalovacího motoru Zpracoval: Josef Blažek Pracoviště: Katedra vozidel a motorů, TUL Tento materiál vznikl jako součást projektu In-TECH 2, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.
In-TECH 2, označuje společný projekt Technické univerzity v Liberci a jejích partnerů - Škoda Auto a.s. a Denso Manufacturing Czech s.r.o. Cílem projektu, který je v rámci Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost (OP VK) financován prostřednictvím MŠMT z Evropského sociálního fondu (ESF) a ze státního rozpočtu ČR, je inovace studijního programu ve smyslu progresivních metod řízení inovačního procesu se zaměřením na rozvoj tvůrčího potenciálu studentů. Tento projekt je nutné realizovat zejména proto, že na trhu dochází ke zrychlování inovačního cyklu a zkvalitnění jeho výstupů. ČR nemůže na tyto změny reagovat bez osvojení nejnovějších inženýrských metod v oblasti inovativního a kreativního konstrukčního řešení strojírenských výrobků. Majoritní cílovou skupinou jsou studenti oborů Inovační inženýrství a Konstrukce strojů a zařízení. Cíle budou dosaženy inovací VŠ přednášek a seminářů, vytvořením nových učebních pomůcek a realizací studentských projektů podporovaných experty z partnerských průmyslových podniků. Délka projektu: 1.6.2009 31.5. 2012
Druhy optického přístupu ke spalovacímu prostoru motoru Existují dva základy druhy optického přístupu ke spalovacímu prostoru motoru: 1) transparentní motor průhledné dno pístu nebo průhledná stěna válce http://www.ifp.com http://www.eng.warwick.ac.uk
Druhy optického přístupu ke spalovacímu prostoru motoru Existují dva základy druhy optického přístupu ke spalovacímu prostoru motoru: 1) transparentní motor průhledné dno pístu nebo průhledná stěna válce Vizualizace proudění http://www.tvu.com
Druhy optického přístupu ke spalovacímu prostoru motoru Existují dva základy druhy optického přístupu ke spalovacímu prostoru motoru: 1) transparentní motor průhledné dno pístu nebo průhledná stěna válce Snímky snímané vysokorychlostní digitální kamerou uvnitř spalovacího prostoru odrazem na zrcadle SAE 2005-01-0136 Zobrazení vstřiku paliva do pracovního prostoru válce. Ukázka průhledné stěny válce http://www.avl.com
Druhy optického přístupu ke spalovacímu prostoru motoru Existují dva základy druhy optického přístupu ke spalovacímu prostoru motoru: 2) pomocí endoskopické techniky
Úvod do problematiky endoskopického měření Endoskopický systém: Pro přímé sledování rychlých dějů na jakémkoliv spalovacím motoru
Úvod do problematiky endoskopického měření Oblasti použití vizualizační techniky Výzkum Spalování Vstřikování Příprava směsi (palivo-vzduch) Mechanické pohyby Oblast použití -předstih zážehu -šíření plamene -teplota plamene -zapalovací jiskra -rozvoj vstřiku -srážky na stěnách potrubí -směr vstřiku -smáčení stěny palivem -vstřik do sacího kanálu -vývoj vstřiku -ventilový rozvod -pohybující se součásti v motoru Porovnání záznamů pro různé nastavení motoru. Statistické vyhodnocení a prohlížení výsledků.
Základní typy endoskopů pro spalovací motor Dva základní typy endoskopů: - Chlazený endoskop pro sledování dějů ve válci motoru - Endoskop s osvětlením pro sledování dějů za nízkých teplot
Základní typy endoskopů pro spalovací motor chladicí kanály ly Chlazený endoskop Sonda s chladícím m kanálem lem ø 7mm 67 Pozorovaný předm edmět připojení kamery Sonda s čočkou Objektiv ø 8mm Sonda s integrovaným světelným kanálem lem 67 Pozorovaný předm edmět Vstup světeln telnéhoho paprsku Nechlazený endoskop Směr r pozorování Přímé sledování Stranové sledování Stranové sledování Zdroj: www.avl avl.comcom
Základní typy endoskopů pro spalovací motor Typy připojení Směr světelného paprsku Chlazené vedení světeln telného ho paprsku Chlazený endoskop Nechlazený endoskop se světelným paprskem Zdroj: www.avl avl.comcom
Možnosti připojení kamery a endoskopu Varianta A: Přímé připojení CCD kamera Endoskop Varianta B: Použití dvoukloubového optického vedení Endoskop CCD kamera Kloubové optické vedení Varianta C: Použití tříkloubového optického vedení Endoskop CCD kamera Kloubové optické vedení
Zástavba chlazeného endoskopu v hlavě válců Vložka v hlavě válců ø 12 mm ø 4 mm endoskop hlava válcev držák k skla Křemenné sklo ø 7 mm M10 x 0.5 dno pístup
Příklady zástavby endoskopů u spalovacího motoru Příklad konstrukční uspořádání pro vizualizaci dějů uvnitř spalovacího prostoru válce Příklad konstrukční uspořádání pro uchycení endoskopu k sacímu potrubí motoru
Sestava zařízení pro vizualizaci průběhu hoření ve válci na stanovišti zkušebního motoru Vyyssooccee cci itlivvaa kkaameerraa DIICAM PPrroo Ennddoosskkoopp Moot toorr SSKODA 11...44 MPPII Moot toorroovvaa bbrrzzddaa SSCHENK VIISSIIOSSCOPPE AVLL Ennkkooddeerr
Sestava zařízení pro vizualizaci průběhu hoření ve válci a indikační aparatury na stanovišti zkušebního motoru Vysoce rychlostní kamera 25 Tlak ve válci [bar] 20 6 KH 16 KH 20 KH 15 0 KH -6 KH 10-26 KH 5-34 KH 0-360 -300-240 -180-120 -60 0 60 120 180 240 300 360 Poloha klikového hřídele [ KH] Vysoce citlivá kamera VGA kamera
Druhy používaných kamer na katedře KVM u vizualizační aparatury Standardní kamera - PCO PixelFly Digitání barevná VGA kamera s 12 bit dynamickým rozsahem. Zdroj: www.pco pco.de.de Zdroj: www.pco pco.de.de
Druhy používaných kamer na katedře KVM u vizualizační aparatury Citlivá kamera - PCO DICAM Pro Vysoce citlivá digitální černobílá kamera s 12 bit dynamickým rozsahem. Zdroj: www.pco pco.de.de Zdroj: www.pco pco.de.de
Vizualizace dějů uvnitř spalovacího motoru Ukázka nahrávání snímků s opakováním -8,5 Úhel klikového hřídele -6,5-4.5-2.5-0.5 Opakování 1 2 3 4 200080-02 5 n Zdroj: www.avl www.avl..com
Výpočet teploty plamene z vizualizace plamene uvnitř spalovacího prostoru Ukázka výsledků vizualizace procesu hoření vznětového motoru s kalkulací distribuce teploty plamene pomocí SW Thermovision.
Vizualizace vstřiku benzínu u systému MPI
Kameraamera 1 Vizualizace vstřiku benzínu u systému GDI t 1 t 1 + t Kameraamera 2 video ukázka Rozdílový lový snímek mek Zdroj: www.avl avl.comcom
Využití vizualizace pro optimalizaci tvaru sacího kanálu Základní Základní Optimalizace Optimalizace vstřikovacího vstřikovacího systému systému v sacím sacím kanále kanále pro pro průtok průtok paliva paliva na na ventily ventily video ukázka Optimalizace Optimalizace 419 KH 2010 min -1 Zdroj: www.avl avl.comcom
Analýza procesu vstřikování s využitím vizualizační techniky 3,5 CA 796 min -1 Začátek vefuku 5 mm 10 mm Hlavní vefukovací perioda 15 mm 20 mm Konec vefuku Main Injection 5 mm 5 mm 0 mm Zdroj: www.avl avl.comcom
Příklady z měření v laboratoři KVM motor Avia (uchycení kamery pomocí držáku) Připojení k PC PCO kamera Připojení kamery k endoskopu Držák kamery Endoskop Vložka Přívod chladícího vzduchu
Příklady z měření v laboratoři KVM motor Avia (uchycení kamery pomocí stativu) PCO kamera Připojení kamery k endoskopu Připojení k PC Endoskop Vložka Přívod chladícího vzduchu
Příklady z měření v laboratoři KVM motor Avia Hlavní fáze hoření pro 1260 ot/min (záznam po 1 KH)
Příklady z měření v laboratoři KVM motor Avia VARIABILITA PLAMENE PRO 7 KH ZA HU VARIABILITA PLAMENE PRO 7 KH ZA HU
Příklady z měření v laboratoři KVM Škoda 1.4 MPI pohled do sání CCD kamera Adaptér pro uchycení kamery a endoskopu stativ Optický kabel pro osvětlení Nechlazený endoskop
Příklady z měření v laboratoři KVM Škoda 1.4 MPI pohled do sání
Příklady z měření v laboratoři KVM Škoda 1.4 MPI pohled do sání Rozdílový snímek před a po vstřikování benzínu do sacího kanálu
Příklady z měření v laboratoři KVM Škoda 1.4 MPI pohled do válce
Příklady z měření v laboratoři KVM pohled do katalyzátoru Zkušební stanoviště s endoskopickou technikou pro sledování děje uvnitř katalyzátoru a detail katalyzátoru při provozu (střední otáčky motoru, 100% zatížení).
Příklady z měření v laboratoři KVM pohled do katalyzátoru
Příklady z měření v laboratoři KVM pohled do katalyzátoru Pohled na čelní mřížku katalyzátoru bez pomocného osvětlení (střední otáčky motoru, 100% zatížení).
Příklady z měření v laboratoři KVM automobil na LPG
Příklady z měření v laboratoři KVM automobil na LPG Komůrková vstřikovací tryska VIALLE se vstřikováním LPG po směru proudu vzduchu v plastovém sacím potrubí (vlevo), 3000rpm (vpravo) Trubičková vstřikovací tryska umístěná po směru proudu vzduchu v plastovém sacím potrubí (vlevo), v režimu 3000rpm (vpravo) - video
Příklady z měření v laboratoři KVM automobil na LPG Trubičková vstřikovací tryska umístěná po směru proudu vzduchu v kovovém sacím potrubí (režim: 3000rpm plné zatížení) - video Komůrková vstřikovací umístěná proti směru proudu vzduchu v kovovém sacím potrubí (režim: 3000rpm plné zatížení)
Příklady z měření v laboratoři KVM automobil na LPG Krátká plastová vstřikovací tryska - plastové sací potrubí volnoběh (vlevo), 3000rpm (vpravo) video
Příklady z měření v laboratoři KVM mapování úniku oleje ze spojů v sacím potrubí Prolétající odtržená kapička oleje Ulpívání oleje ve spoji Olej vytékající ze spoje Konstrukční úprava pro připojení endoskopu Konstrukční úprava pro připojení endoskopu Směr proudění vzduchu Konstrukční úprava mezichladiče pro připojení endoskopu a osvětlení Odvzdušnění skříně motoru