Rekapitulace stavu techniky v přeplňování vznětových motorů a další vývoj D T

Podobné dokumenty
ČTYŘDOBÝ VÍCEVÁLCOVÝ SPALOVACÍ MOTOR S VYUŽITÍM TLAKOVÝCH PULZŮ VÝFUKOVÝCH PLYNŮ KE ZVÝŠENÍ NAPLNĚNÍ VÁLCŮ

Digitální učební materiál

SPALOVACÍ MOTORY. - vznětové = samovznícením. - dvoudobé. - kapalinou. - dvouřadé s válci do V - vodorovné - ležaté. - vstřikové

DOPRAVNÍ A ZDVIHACÍ STROJE

Ústav automobilního a dopravního inženýrství PODPORA CVIČENÍ. Ing. Jan Vančura Ústav automobilního a dopravního inženýrství FSI VUTBR

MAZACÍ SOUSTAVA MOTORU

3. Výroba stlačeného vzduchu - kompresory

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Popis výukového materiálu

Zážehové motory: nová technická řešení, způsoby zvyšování parametrů

3. Výroba stlačeného vzduchu - kompresory

Využití energie výfukových plynů k pohonu klikového hřídele. Jakub Vrba Petr Schmid Pavel Němeček

Charakteristiky PSM, provozní oblasti

OVĚŘOVACÍ TEST l ZÁKLADNÍ

Efektivita a výkon. MAN TGX s novými motory D38. MAN kann.

1/5. 9. Kompresory a pneumatické motory. Příklad: 9.1, 9.2, 9.3, 9.4, 9.5, 9.6, 9.7, 9.8, 9.9, 9.10, 9.11, 9.12, 9.13, 9.14, 9.15, 9.16, 9.

(elektrickým nebo spalovacím) nebo lidskou #9. pro velké tlaky a menší průtoky

MAZACÍ SOUSTAVA MOTORU

Funkční vzorek průmyslového motoru pro provoz na rostlinný olej

Hydrodynamické mechanismy

KOMPRESORY F 1 F 2. F 3 V 1 p 1. V 2 p 2 V 3 p 3

KATALOGOVÝ LIST. Tab. 1 PROVEDENÍ VENTILÁTORU První doplňková číslice

VÁS VÍTÁM NA TOMTO SEMINÁŘI

Převodovky s ozubenými koly -manuální -1

21. ROTAČNÍ LOPATKOVÉ STROJE 21. ROTARY PADDLE MACHINERIS

Zkoušky paliva s vysokým obsahem HVO na motorech. Nová paliva pro vznětové motory, 8. června 2017

Projekt realizovaný na SPŠ Nové Město nad Metují. s finanční podporou v Operačním programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost Královéhradeckého kraje

Technická univerzita v Liberci

zapaluje směs přeskočením jiskry mezi elektrodami motoru (93 C), chladí se válce a hlavy válců Druhy:

Pístové spalovací motory-pevné části

MAZACÍ SOUSTAVA MOTORU

ZKUŠEBNÍ TEST MVTV 2 technické části zkoušky způsobilosti k řízení speciálních hnacích vozidel

LOPATKOVÉ STROJE LOPATKOVÉ STROJE

KATALOGOVÝ LIST. Tab. 1 PROVEDENÍ VENTILÁTORU První doplňková číslice

Popis výukového materiálu

VÝCHODISKA PRO ZADÁNÍ PROJEKTU

Funkční vzorek průmyslového motoru pro provoz na rostlinný olej

Termomechanika 5. přednáška Michal Hoznedl

19. a 20. PÍSTOVÉ SPALOVACÍ MOTORY ZÁŽEHOVÉ A VZNĚTOVÉ 19. and 20. PETROL AND DIESEL PISTONE COMBUSTION ENGINES

Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka - AutoSympo a Kolokvium Božek 11. a , Roztoky-

Vstřikovací systém Common Rail

POHONNÉ JEDNOTKY. Energie SPALOVACÍ MOTOR. Chemická ELEKTROMOTOR. Elektrická. Mechanická energie HYDROMOTOR. Tlaková. Ztráty

Zpracování teorie 2010/ /12

Procesy ve spalovacích motorech

4WD TRAKTORY» 350 až 550 koňských sil

STREN turbína typu NTR je náporová točivá parní redukce určena k redukci tlaku páry a následné výrobě elektrické energie.

ÚČINKY POUŽITÍ MAZIV ATOMIUM NA RŮZNÉ SKUPINY AUTOMOBILOVÉHO MOTORU

MECHANICKÉ PŘEVODOVKY S KONSTANTNÍM PŘEVODOVÝM POMĚREM

MOTORY. Síla. Efektivita

Tespo engineering s.r.o., Roubalova 7a, Brno, tel.: , fax : info@tespo-eng.cz ;

Parní turbíny Rovnotlaký stupeň

Řada Airstar. Jednostupňové kompresory. Jednostupňové kompresory. Dvoustupňové kompresory

Proměnlivý kompresní poměr pístových spalovacích motorů

Technické údaje LA 60TUR+

AUTOMATICKÝ KOTEL SE ZÁSOBNÍKEM NA SPALOVÁNÍ BIOMASY O VÝKONU 100 KW Rok vzniku: 2010 Umístěno na: ATOMA tepelná technika, Sladkovského 8, Brno

ÚVOD DO PROBLEMATIKY TEKUTINOVÝCH MECHANISMŮ HYDROSTATICKÉ, PNEUMATICKÉ A HYDRODYNAMICKÉ

Název zpracovaného celku: Spojky

KOMPRESORY DMYCHADLA VENTILÁTORY

Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Lopatkové stroje PLYNOVÉ TURBÍNY Ing. Petr Plšek Číslo: VY_32_INOVACE_ Anotace:

OPTIMALIZACE POHONNÉ JEDNOTY PRO VŮZ FORMULA STUDENT SVOČ FST 2018

Funkční vzorek vozidlového motoru EA111.03E-LPG

5.1.1 Nestacionární režim motoru

REVERZAČNÍ TURBOKOMPRESOR

Popis výukového materiálu

PŘEVODOVÉ ÚSTROJÍ. přenáší výkon od motoru na hnací kola a podle potřeby mění otáčky s kroutícím momentem

Komponenta Vzorce a popis symbol propojení Hydraulický válec jednočinný. d: A: F s: p provoz.: v: Q přítok: s: t: zjednodušeně:

VY_32_INOVACE_C hřídele na kinetickou a tlakovou energii kapaliny. Poháněny bývají nejčastěji elektromotorem.

TEDOM a.s. divize MOTORY

III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Pracovní list č.2 k prezentaci Zdroje tlakového vzduchu

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Základy procesního inženýrství. Stroje na dopravu a stlačování vzdušniny

VÝCHODISKA PRO ZADÁNÍ PROJEKTU

Mark kompresory RMA. Edice: Vytvořil: Luboš Fistr

Projection, completation and realisation. MHH Horizontální odstředivá kondenzátní článková čerpadla

MODERNÍ ZPŮSOBY PŘEPLŇOVÁNÍ

Technická fakulta ČZU Praha. Vodní elektrárna. Autor: Martin Herčík. Semestr: letní Konstrukční schéma:

pro bioplynové stanice

LAMELOVÁ ČERPADLA V3/25

Kogenerační jednotka se spalovací turbínou o výkonu 2500 kw. Stanislav Veselý, Alexander Tóth

Tepelné zdroje soustav CZT. Plynová turbína. Zásobovaní z tepláren s velkými spalovacími (plynovými) turbínami

Konstrukce drážních motorů

VÝPRODEJ VYBRANÝCH ZÁSOB ORIGINÁLNÍCH ND PRO SPALOVACÍ MOTORY TEDOM-LIAZ NABÍDKA Č. 007-NZ-2012 (SKLAD J87)

Přeplňovanéspalovacímotory

Tematické okruhy z předmětu Vytápění a vzduchotechnika obor Technická zařízení budov

Elektroenergetika 1. Vodní elektrárny

Konstrukční zásady návrhu polohových servopohonů

BMW Group Česká republika

Točivé redukce. redukce.indd :15:33

Autodata Online 3 CZ Ukázky z programu

Technické údaje SI 75TER+

Tento dokument vznikl v rámci projektu Využití e-learningu k rozvoji klíčových kompetencí reg. č.: CZ.1.07/1.1.38/

A přece se točí. Galileo Galilei.

Termomechanika 5. přednáška

TC BQO SIGMA PUMPY HRANICE

TRYSKOVÉ MOTORY. Turbínové motory. Bezturbínové motory. Raketové motory. Turbokompresorový motor (jednoproudový)

MAZACÍ SOUSTAVA MOTORU

ELIOS Agilní výkon.

p V = n R T Při stlačování vkládáme do systému práci a tím se podle 1. věty termodynamické zvyšuje vnitřní energie systému U = q + w

Bezolejové šroubové kompresory WIS kw

(mechanickou energii) působením na píst, lopatky turbíny nebo využitím reaktivní síly Používají se jako #3

Transkript:

Rekapitulace stavu techniky v přeplňování vznětových motorů a další vývoj M S V MCH D T M S V MCHV Nejrozšířenější provedení zejména u vozidlových motorů. Špičkově lze dosáhnout až pe = 2,3 2,5 MPa při stlačení D až 4,5. Běžněji však pemax do 2 MPa při Mtmax a 1,3 1,6 MPa při Pej. Dosažení takto vysokých hodnot vyžaduje použití velmi kvalitních materiálů zejména na lopatky dmychadel, ale i T. Pro dosažení vysokých hodnot D vychází oběžná kola velkého průměru. Proto se někdy volí dvoustupňové D, což umožní zmenšit oběžných kol a snížit jejich namáhání. Dvoustupňové dmychadlo je na společném hřídeli s T. Proti předchozímu případu se dosahuje mírně vyššího stupně stlačení, ale za cenu složitějšího uspořádání D, a tedy i dražšího. MCH H D S D M V T MCHN DN DV TV TN S tímto uspořádáním je možno dosáhnout D > 5 a p e až 3 MPa. Sladění práce obou D pro dosažení Celk/opt je technicky náročné, rostou i požadavky na zástavbu a cenu. Realizuje se v případech dostatečného využití získaného výkonu a při zlepšené hospodárnosti provozu. DV - dmychadlo turbodmychadla vysokotlakého (TDV) TV - turbina TDV s impulsním provozem DN- dmychadlo turbodmychadla nízkotlakého (TDN) TN - turbina TDN s rovnotlakým provozem. Mezi TV a TN se někdy do výfukového traktu instaluje vyrovnávací nádoba. Do celkové energetické bilance motoru se musí zahrnout i práce potřebná na ochlazení vzduchu v mezichladiči (ventilátor, náporové chlazení apod.). Řešení zástavby dvou TD a MCH je konstrukčně komplikované, pro eliminaci zpomalení náběhu plnicího tlaku rozběhem dvou rotorů TD je často nutná regulace přechodových režimů. PZP (2011/2012) 8/1 Stanislav Beroun

Dvoustupňové přeplňování vznětových motorů: Pro vozidlové vznětové motory s vysokým stupněm přeplňování se používá dvoustupňové přeplňování s rozdělením komprese v dmychadle i expanze v turbíně do dvou stupňů. Z výrobních i konstrukčních důvodů jde zpravidla o 2 sériově řazené agregáty TD. Pro optimální využití energie dodané do pracovního oběhu přeplňovaného motoru, tj. pro dosažení co nejvyšší účinnosti oběhu, je potřeba energii výfukových plynů v turbině přeměnit s co nejmenšími ztrátami na stlačení plnicího vzduchu v dmychadle. S rostoucím stlačením (při vyšších D ) klesá vlivem ztrát vnitřním třením a netěsností účinnost dmychadla ise a zužuje se tak využitelná oblast jeho stabilní práce. Rovněž účinnost turbiny klesá s rostoucím expanzním poměrem. Rozdělení celkového stupně stlačení dle vztahu, není vhodné. Optimální rozdělení poměrného stlačení DN v nízkotlakém a DV ve vysokotlakém dmychadle lze za určitého zjednodušení odvodit z podmínky minimální kompresní práce. Zdroj: ČVUT-Navrátil Nejjednodušší varianta dvoustupňového přeplňování dvojicí TBD s regulací pomocí vysokotlakého OV (OV se v režimech VOCH postupně otvírá od středních otáček motoru). DV DN D PZP (2011/2012) 8/2 Stanislav Beroun

Zdroj: ČVUT-Navrátil Dvoustupňové přeplňování vznětového motoru se 3 regulačními prvky. V režimech VOCH jsou v nízkých otáčkách všechny regulační prvky zavřeny, ve středních otáčkách se otevírá OV vysokotlaké T a ve vysokých otáčkách se otvírá obtok vysokotlakého D a poté i WG na NT. PZP (2011/2012) 8/3 Stanislav Beroun

Zdroj: ČVUT-Navrátil Dvoustupňové přeplňování vznětového motoru se zapojením turbodmychadel do kříže. Vysokotlaká turbína je zpravidla integrována do výfukového potrubí motoru a to zlepšuje přechodové režimy. Ve středních otáčkách VOCH zvyšuje D2 plnicí tlak a ve vysokých otáčkách se otvírá ventil WG na T2. PZP (2011/2012) 8/4 Stanislav Beroun

Zdroj: ČVUT-Navrátil Dvoustupňové přeplňování vznětového motoru se zapojením turbodmychadel do kříže s T1 v provedení VGT. To umožňuje použít pouze 2 regulačních elementů s plynulejší regulací celého systému. V provozu se však projevuje určitá nestabilita chodu D1. PZP (2011/2012) 8/5 Stanislav Beroun

Zdroj: ČVUT-Navrátil Sekvenční zapojení dvou TBD s jedním obtokovým ventilem. Dvojice TBD je zapojena paralelně se sekvenčním přepínáním pomocí dvou klapek jde o přepínání mezi menším a větším TBD. Problematický může být právě přepínání toku výfukových plynů k jednotlivým turbínám (objevuje se až skokový pokles točivého momentu). Velkou výhodou je pouze jeden chladič plnicího vzduchu. PZP (2011/2012) 8/6 Stanislav Beroun

Zdroj: ČVUT-Navrátil Sekvenční zapojení dvou TBD s jedním obtokovým ventilem. Dvojice TBD je zapojena paralelně se sekvenčním přepínáním pomocí dvou klapek jde o přepínání mezi menším a větším TBD. Toto uspořádání umožňuje použít ještě menší T1 (MT) a tím se zajistí rychlý nárůst plnicího tlaku od nejnižších otáček motoru. PZP (2011/2012) 8/7 Stanislav Beroun

Opel Twin Turbo Motor 1.9 CDTI Twin Turbo dosahuje: - výkonu 156 kw při 3800 ot/min - největšího točivého momentu 400 Nm v širokém pásmu od 1400 do 3600 ot/min. PZP (2011/2012) 8/8 Stanislav Beroun

Schéma č. 1 režim do 1800 ot/min. První schéma zobrazuje celý systém v pásmu nízkých otáček (do 1800 ot/min). V tomto režimu je klapka ve výfukovém potrubí (zvýrazněno červenou barvou) zcela uzavřena a výfukové plyny urychlují malé turbodmychadlo, které se díky menším rozměrům (tj. díky menšímu momentu setrvačnosti) snáze roztočí do pracovních otáček, motor má tedy rychlou odezvu na sešlápnutí pedálu akcelerátoru. Velké (nízkotlaké) turbodmychadlo se pouze protáčí a nepřispívá k zvyšování tlaku v sání. Ventil v sacím potrubí (označeno modře) tedy zůstává uzavřen a všechen vzduch proudí přes malé dmychadlo. To dosahuje až 180.000 ot/min. Schéma č. 2 režim od 1800 ot/min do 3000 ot/min V přechodovém pásmu od 1800 ot/min do 3000 ot./min dochází k postupnému otevírání klapky ve výfukovém potrubí, takže horké plyny teď již urychlují nejen malé (vysokotlaké), ale i velké (nízkotlaké) dmychadlo. V sacím traktu se naplno uplatňuje efekt dvou turbodmychadel. Nejprve je přivedený vzduch stlačen velkým dmychadlem (nižší tlaky) a po průchodu prvním mezichladičem (označen písmeny LLK) vstupuje předstlačený vzduch do druhého-vysokotlakého-turba. Ještě než se vzduch dostane do spalovacího prostoru, projde dalším výměníkem, který dále zlepšuje plnící účinnost motoru. Protože velké turbo dodávává stále nižší tlak, než malé turbodmychadlo, zůstává zpětný ventil uzavřen. Schéma č. 3 režim nad 3000 ot/min V této oblasti dojde k úplnému otevření klapky ve výfukovém potrubí, takže plyny odcházejí z motoru snazší cestou skrz velké turbodmychadlo, které má nižší zpětný tlak. Vysoké otáčky velkého turbodmychadla a menší otáčky sekundárního dmychadla změní tlakové poměry v sacím potrubí a zpětný ventil se otevře. Kompresor malého dmychadla je vyřazen z činnosti. Sice se úplně nezastaví, ale jeho otáčky jsou nízké, takže významně nepřispívá k přetlaku v sání. http://news.auto.cz PZP (2011/2012) 8/9 Stanislav Beroun

Peugeot 607 2,2 HDI Biturbo - dvě turba pro čtyři válce PZP (2011/2012) 8/10 Stanislav Beroun

Přeplňované vznětové motory s výkonovou turbínou turbokompoudní motory MTC systém (Mechanical Turbo Compound) Hlavní komponenty -plnící turbodmychadlo (turbína, dmychadlo, mezichladič) -výkonová turbína (radiální, axiální) -mechanický převod (ozubené soukolí, hydraulická spojka) X Získaná energie výkonové turbíny je mechanickou cestou vedena zpět ke klikové hřídeli PZP (2011/2012) 8/11 Stanislav Beroun

Přeplňované vznětové motory s výkonovou turbínou turbokompoudní motory Výfukové plyny na výstupu z hnací turbíny plnicího agregátu mají stále vysoký energetický obsah (vstupní teplota do T cca 720 0 C, výstupní z T cca 580 0 C) Za T plnicího TBD je do výfukového systému umístěna další radiální T: mechanická práce T je přes vícestupňovou planetovou převodovku, hydrodynamickou spojku a další mechanické převody přivedena na klikový hřídel motoru (otáčky výkonové T jsou cca 55000 1/min). Teplota výfukových plynů se po průtoku výkonovou T (expanzí v T) sníží pod 500 0 C: výkonová turbína zvyšuje efektivní výkon motoru a její připojení ke KH snižuje nerovnoměrnost jeho úhlové rychlosti. Vozidlový motor SCANIA s V z =12 dm 3 dosahuje v rozsahu otáček motoru n = 1050-1350 1/min hodnoty p e =2,3 MPa: při m vp = 0,6 kg/s, teplotním spádu na T ve velikosti cca 100 0 C a celkové účinnosti ( td a m ) cca 0,5 bude na KH výkonová T dodávat výkon cca 30 kw (při n = 1200 1/min je celkový výkon motoru P e = 276 kw, tj. výkonová T se na celkovém výkonu motoru podílí 10 až 11%). PZP (2011/2012) 8/12 Stanislav Beroun

Přeplňované vznětové motory s výkonovou turbínou turbokompoudní motory Uspořádání motoru Volvo D12 500TC - Otáčky výkonové axiální turbíny až 70000 ot/min - Přímá cesta výf. plynů k výkonové turbíně - Přenos výkonu pouze dvěmi ozubenými převody a hydraulickou spojkou PZP (2011/2012) 8/13 Stanislav Beroun

Přeplňované vznětové motory s výkonovou turbínou turbokompoudní motory Výhody turbo-kompoundních motorů - Navýšení dosažitelného výkonu o 10-11% - Nárůst kroutícího momentu přibližně o 11% - Velmi dobrá reakce a pružnost motoru - Snížení výfukových emisí - Snížení spotřeby paliva o 5-10% (největší přínos v oblasti otáček blížících se maximu kroutícího momentu) Nevýhody turbo-kompoundních motorů - Vysoký rozdíl otáček turbíny a motoru => složitost konstrukce - Vyšší hmotnost a cena - Přidané komponenty pro kontrolu a servis - V režimech částečného zatížení se snižuje přínos turbokompoundu - Nárůst protitlaku výfukových plynů => zhoršení výměny obsahu válce PZP (2011/2012) 8/14 Stanislav Beroun

Přeplňované vznětové motory - turbokompoudní motory ETC systém (Electric Turbo Compound) Hlavní komponenty -plnící turbodmychadlo -generátor el. proudu umístěný na hřídel turbodmychadla samostatný díl s výkonovou turbínou PZP (2011/2012) 8/15 Stanislav Beroun

Přeplňované vznětové motory - turbokompoudní motory ETC systém (Electric Turbo Compound) Schéma uspořádáni ETC PZP (2011/2012) 8/16 Stanislav Beroun

Přeplňované vznětové motory - turbokompoudní motory Výhody ETC systému ETC systém (Electric Turbo Compound) - Navýšení výkonu a kroutícího momentu - Snížení spotřeby paliva a emisí - Odpadá mechanická vazba => nižší hmotnost - Menší požadavky na prostor - Možnost akumulace energie - Možnost pohánět turbodmychadlo (nízký p, T výf. plynů) - Rekuperační brždění generátorem na klik. hřídeli - Snadná regulace výkonu příslušenství => úspora energie Nevýhody ETC systému - Vysoká cena (polovina ceny připadá na řídící a výkonovou elektroniku) - Ztížené pracovní podmínky motor/generátoru => nutnost chlazení - Složitost systému - Nutnost použití kvalitnějších akumulátorů PZP (2011/2012) 8/17 Stanislav Beroun

Mechanické ztráty přeplňovaného pístového spalovacího motoru lze rozdělit zhruba takto: Ztráty spojené s výměnou obsahu válců: tyto ztráty jsou u 4dobých přeplňovaných motorů ve srovnání s nepřeplňovanými motory zpravidla zcela eliminovány (ve většině provozních režimů) vyšší hodnotou středního plnicího tlaku nad středním tlakem výfuku (vytlačování výfukových plynů z válce), smyčka indikátorového diagramu má kladnou velikost, tj. výměna obsahu náplně válce je tedy spojena s konáním kladné práce. U motorů 2dobých, používajících většinou mechanicky poháněné dmychadlo v kombinaci s plnicím turbodmychadlem, závisí ztráty spojené s výměnou obsahu válce na způsobu přeplňování 2dobých motorů. Ztráty spojené s pohonem nezbytného příslušenství, systémů a agregátů motoru (palivové čerpadlo, mazací a chladicí systém, el. generátor, vzduchový kompresor apod.), ventilační ztráty, třecí ztráty od setrvačných sil, ztráty třením v rozvodovém ústrojí: tyto ztráty závisí na přeplňování minimálně nebo vůbec, závisí především na otáčkách. Ztráty závislé na zatížení, především třecí ztráty u pístové skupiny a ložisek klikového mechanizmu: s růstem přeplňování se tyto ztráty budou zvyšovat. Střední tlak mechanických ztrát, kterým se snižuje střední indikovaný tlak oběhu na střední efektivní tlak, lze vyjádřit rovnicí p mz mz p i p p mz1 mz 2 mz koeficient mechanických ztrát závislých na zatížení p i střední indikovaný tlak p mz1 střední tlak ztrát (event. přínos) mechanické energie při výměně obsahu válce p mz2 střední tlak mechanických ztrát nezávislých na zatížení PZP (2011/2012) 8/18 Stanislav Beroun

Mechanickou účinnost vyjadřuje známý vztah m p e pi pmz pmz1 pmz 1 mz 2 pi pi pi pi Pokud bude poměr středního tlaku výfukových plynů ve válci při vytlačování a tlaku plnicího vzduchu stálý, bude se výsledná hodnota středního tlaku mechanických ztrát p mz měnit relativně málo: v rozsahu zatížení p e = 0,8-2 MPa se p mz změní o zhruba 3%. Poměr m přeplňovaného a nepřeplňovaného motoru udává přibližně rovnice mp m p p PL o K p p PL o 1 1 1 K 0,83 0,85 PZP (2011/2012) 8/19 Stanislav Beroun