Belsıégéső motorok teljesítmény növelése Feltöltés
Motor mindenkori teljesítményét a frisstöltet „m” tömege korlátozza A töltet tömege
P ⋅V
(p
− ∆p )V
0 h l l m= R ⋅ T = R (T + ∆T ) 0 h
- az elméleti töltet környezeti állapotú közeggel töltve fel a hengert. m elm = p0 ⋅Vl R ⋅ T0 A töltési fok
λ t=
m p T = h• 0 melm Th p 0
négyütemő motoroknál
λt
λt ≈ 0,7 ÷ 0,9
növelés lehetıségei: - több szívószelep alkalmazása - ∆ p csökkentése : - kis szelep ellenállás - szívócsatorna kis ellenállás - ∆T csökkentése: szívócsı ne a ”meleg” részeknél legyen - dinamikus töltés kihasználása (szelep együttnyitás).
Feltöltési eljárások • A motor hengerterébe jutó levegı mennyiségét a töltési fokkal jellemezzük. A töltési fok növelésére, azaz a feltöltésre a következı eljárások lehetségesek: − feltöltés nyomáshullámokkal – feltöltés a motortól független hajtással − mechanikus feltöltés a motortól függı hajtással − kipufogógáz-turbinás feltöltés (turbótöltés)
1
Elınyök és hátrányok • Kisebb helyszükséglet (Down-sizing) • Nagyobb teljesítmény/tömeg viszony • Jobb hatásfok – Pe/Pm arány javul – töltet csere W(-) -> W(+)
• Kisebb hőtı • Termikus és mechanikus terhelés növekszik • Kedvezıtlen rugalmasság (optimalizálandó, turbótöltés)
Feltöltés
Nyomáshullámmal történı feltöltés • Négyütemő motor jó hengertöltése akkor érhetı el, ha: − a kiömlı szelep nyitási szakaszának a vége felé a hengerben kicsi nyomás uralkodik, hogy lehetıleg kevés maradék gáz maradjon vissza, és jó legyen az öblítés − a szívószelep zárásakor a hengerben nagy nyomás található, hogy a töltet minél nagyobb legyen. • A vezetékhosszak és keresztmetszetek összehangolásával az elızı feltételek teljesíthetık. Összehangolás csak szők fordulatszámtartományban lehetséges, mert a gázoszlopok sajátfrekvenciája a vezetékhosszaktól függ. Ha a sajátfrekvenciákat a motor különbözı fordulatszámaihoz akarjuk illeszteni, akkor a vezetékhosszakat a motor fordulatszáma függvényében változtatni kell.
2
Szívórendszer hangolása Helmholtz rezonátor:
f=
a A 2π V0 L
Orgonasíp effektus (negyed hullám)
f =
a 4L
Dr. Fülöp Z.: Belsıégéső motorok
feltöltés nyomáshullámokkal
Mechanikus feltöltık • Térfogat kiszorítású töltık • Áramlástani töltık PK =
1 ηiz ,K
PK =
p 1 cp T1 2 p1 ηiz , K
κ −1 κ
− 1
κ −1 p κ c p T1 2 − 1 p1
Pe = Pi − PM − PK
3
Térfogatkiszorítású (Roots fúvó)
Dr. Fülöp Z.: Belsıégéső motorok
Térfogat kiszorítás elvő töltök karakterisztikája
Dr. Fülöp Z.: Belsıégéső motorok
Motor légnyelése és a mechanikus feltöltı együttmőködése
4
Áramlástani töltök felépítése (centrifugál kompresszor)
Dr. Fülöp Z.: Belsıégéső motorok
Áramlástani töltök karakterisztikája
& ( u 2 c 2 U − u 1 c1 U ) Pk = m & ( u 2c 2 U − u1c1U ) = m
κ −1 p κ 1 c p T1 2 − 1 p1 ηiz ,K
Áramlástani töltök karakterisztikája
5
Motor légnyelése és az áramlástani töltı együttmőködése
Sőrítés és visszahőtés
Dr. Fülöp Z.: Belsıégéső motorok
Töltési fok feltöltés esetén PK = m lev c p,lev T 1 ( π
k −1 k
− 1)
1 ηk
Feltöltés teljesítmény igénye
A töltésfok feltöltés esetén három tagtól függ, feltöltési nyomás, hımérséklet tényezı és az térfogat tényezı (öblítési tényezı)
1
λ t = πλ T λ V = π 1+ (π
k −1 k
− 1)
1
λ t = πλ T λ V = π 1+ (π
k −1 k
− 1)
ε 1 ε −1 ηk
ε 1− ηV ε − 1 ηk
Visszahőtés nélkül
Visszahőtéssel
Dr. Fülöp Z.: Belsıégéső motorok
6
Felhasználás • N= állandó felhasználás – Mind a térfogatkiszorításos, mind az áramlástani kompresszor optimális
• Propeller jelleggörbe terhelés M~n2 – Térfogatkiszorításos optimális, ha n csökken nyomásviszony kevésbé csökken, mint az áramlástani esetén
• Közúti jármő – Áramlástani kevésbé térfogatkiszorításos jobban megfelel, alacsony fordulatszámon kevésbé csökken a nyomásviszony
Turbófeltöltés További elınyök: • Kipufogó hasznosítása • Hatásfok javítás • Zajcsillapítás
Turbótöltéses motor elvi elrendezése
7
Turbotöltı együtt mőködése 1 PK = m lev c p,lev T 1 ( π
k −1 k
− 1)
1 ηk
PT = m fg c p,fg T 3 (1 − 1 k −1 )η T δk
Együttmőködési diagram B’ nincs öblítés B” kiöblítés B átöblítés
Centripetál turbina felépítése
Dr. Fülöp Z.: Belsıégéső motorok
8
& ( u 1c 1U − u 2 c 2 U ) PT = m & fg c p ,fg T 3 (1 − 1 PT = m
δ
k −1 k
)ηT
Centripetál turbina gáznyelése
Dr. Fülöp Z.: Belsıégéső motorok
Együtt mőködés -2
Dr. Fülöp Z.: Belsıégéső motorok
9
Qel
Turbótöltéses motor elvi elrendezése
Sőrítés és visszahőtés
Dr. Fülöp Z.: Belsıégéső motorok
Dr. Fülöp Z.: Belsıégéső motorok
10
Nem szabályzott feltöltés M
n
Szabályzott feltöltés
Szabályozható feltöltı
Waste-gate szelepes töltési nyomás szabályzás
11
Szabályozható feltöltı
Változtatható lapát állas szögő töltési nyomás szabályzás
12
