No title

Belsıégéső motorok mőködésének alapjai

Dr. Bereczky Ákos BME, Energetikai Gé Gépek és Rendszerek Tanszé Tanszék

A tantá tantárgy ré részletes tematiká tematikája okt. hét

Naptári nap

tematika

2015.09.08

Motorok fejlődésének bemutatása. Alapfogalmak ismertetése.

2015.09.15

A:Belsőégésű motorok felépítésének bemutatása

2015.09.15

B: Fékpadi bemutató

2015.09.15

C: Számítási gyakorlat

2015.09.22

Elméleti és valóságos körfolyamatok, veszteségek

2015.09.29

A: Számítási gyakorlat

2015.09.29

B:Belsőégésű motorok felépítésének bemutatása

2015.09.29

C: Fékpadi bemutató

2015.10.06

Otto motorok, Diesel motorok.

2015.10.13

A: Fékpadi bemutató

2015.10.13

B: Számítási gyakorlat

2015.10.13

C:Belsőégésű motorok felépítésének bemutatása

2015.10.20

Otto motorok, Diesel motorok.

2015.10.27

A: Motorszerelés I.

2015.10.27

B: Motorszerelés II.

2015.10.27

C: Oktánszám mérő motor indikálása

2015.11.03

Otto motorok (?)

2015.11.10

A: Motorszerelés I.

2015.11.10

B: Oktánszám mérő motor indikálása

2015.11.10

C: Motorszerelés II.

11

2015.11.17

AVL látogatás

12

2015.11.24

Diesel motorok (Hajnal Péter úr, AHM)

2015.12.01

A: Oktánszám mérő motor indikálása

2015.12.01

B: Motorszerelés II.

2015.12.01

C: Motorszerelés I.

2015.12.08

Feltöltési módszerek és a Károsanyag keletkezése és csökkentése

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

13

14

ZH

ZH

Fontos elé elérhetı rhetıségek:

ftp://ftp.energia.bme.hu/pub/ http://remotelab.energia.bme.hu/index.php?lang=hu

Leonardo da Vinci (1508)

Newcomen (1712)

Atmoszfé Atmoszférikus gá gázmotor (1855) Alfred Drake

Atmoszfé Atmoszférikus Motor Mő Mőködése

Szívás

keverék

láng

Expanzió füstgáz

Kipufogás

Négyü gyütemő temő motor (1876) Nicolaus Otto

MPI (Ford)

OTTO ciklus ε=

4 p

VL + VK VK

1–2

2-3

3

4-5

1

5 2

3-4

6

V

VLöket

VKomp. 5-6

6-1

Elmé Elméleti OttoOtto-körfolyamat hatá hatásfoka Egy ciklus során végzett munka 1 kg tömegő közeggel:

A körfolyamat termodinamikai hatásfoka:

η0 =

W Q be − Q ki c v (T3 − T2 ) − c v (T4 − T1 ) = = =. Q be Q be c v (T3 − T2 )

.. = 1 −

1 ε κ−1

Kompresszió viszony:

Égési nyomás viszony:

11

A termikus hatá hatásfok vá változá ltozása a kompresszió kompresszió függvé ggvényé nyében

80% 70%

30% 20% 10%

Diesel-motorok

40%

Kopogási határ

50%

Otto-motorok

ηelm.

60%

0%

0

5

10

15

ε

20

25

30

Kompresszió Kompressziógyú gyújtá jtású motor (1892 (1892)) Rudolf C. Karl Diesel

Direkt befecskendezé befecskendezés

OXFORD-Laser

DIESEL ciklus

1-2

2-3

p 3

4

3-4

5

4-5

1 5-6

2

6

6-1

V

Az elmé elméleti DieselDiesel-körfolyamat hatá hatásfoka Egy ciklus során végzett munka 1 kg tömegő közeggel:



Égési expanzió viszony:

16

Magyarok a já jármő rmőiparban CSONKA JÁNOS (1852 - 1939) A

szegedi születéső feltaláló a magyar technikatörténet kiemelkedı alakja. A jelenleg üzemeltetett sok száz millió benzinmotoron ma is olyan karburátor van, melynek alapgondolatával Bánki Donáttal együtt ık ajándékozták meg a világot és elsıként szabadalmaztatták. A legenda szerint Csonka János és Bánki Donát, hazafelé tartva közös kísérletezésükbıl, egyszer a Nemzeti Múzeum sarkán egy virágáruslányt vettek észre, aki a szájában tartott vékony csıbe levegıt fújva oldotta permetté a virágjainak szánt vizet. Állítólag ez adta az ötletet, hogy megalkossák a porlasztót, mely a motorokban azóta is az üzemanyag-levegı keveréket állítja elı. Az 1891-ben még csak rajzasztalon létezı szerkezet a motor változó üteméhez alkalmazkodva adagolta a megfelelı keveréket, kiküszöbölte a robbanásveszélyt, ráadásul - mivel a szívócsıben áramló levegı energiáját használja fel - nem igényelt külön energiaforrást.

Forrás: http://www.mszh.hu/feltalalok/csonka.html?printable=1

1893. február 11-én kapta „Petroleum motor etetıkészüléke” szabadalmat August Wilhelm Maybach 1893. augusztus 17-én jelentette be

Az elemi karburá karburátor felé felépítése

17

Magyarok a já jármő rmőiparban JENDRASSIK GYÖRGY (Budapest, 1898. máj. 13. London, 1954. febr. 7.)

Jendrassik György 1926-ban tervezte elsı Diesel-motorját, egyhengeres kivitelben. 1927-tıl dolgozott a Ganz Részvénytársaságnál, ahol a Diesel-motorok fejlesztésébe kapcsolódott be, és szerkesztette a világhírő Jendrassik motorokat, melyek elsı darabjai egy- és kéthengeresek voltak. Késıbb alakult ki a négy- és hathengeres, négyütemő, elıkamrás motor. Ezeket a nagyobb motorokat többek között kisebb sínautóbuszokba építettek be. A Jendrassik motorok három fı újítást tartalmaztak: 1. Elıkamrás égéstér a jobb keverékképzés elérésére és a magasabb üzemi fordulatszám érdekében. 2. Dekompressziós berendezés az indítás és a normál üzemi állapot elérésének meggyorsítására. 3. Rugós adagolószivattyú. Ezekkel az újításokkal megszületett egy olyan Diesel-motor konstrukció, mely kisebb méretével és tömegével, valamint nagyobb fordulatszámával a vasútüzem követelményeinek jobban megfelelt, mint az akkori nagy, nehéz és lassú fordulatú, hajózásban használt dízelmotor. A Jendrassik féle Diesel-motorokat Hollandiában, Spanyolországban, Angliában, Romániában (Malaxa) és Belgiumban is gyártották licenc alapján. Jendrassik György szabadalma száma: 60.

http://www2.chem.elte.hu/gigant_club/mav/dizel.html http://www.sasovits.hu/anyag/feltalal/jendrassik_gy.htmGanz Közlemények, 14. szám, 1934, Szıke Béla, Mőszaki nagyjaink, 1967

19

Jendrassik Gyö György (1898 – 1954)

Belsı Belsıégéső motorok osztá osztályozá lyozása Modell motorok

V=0,5… 5 cm3 P=0,8…3 LE M=1…2,5 Nm n= 2500…18000 1/min m=45…100 g 21

Belsı Belsıégéső motorok osztá osztályozá lyozása Gépjá pjármő rmő motorok

V=900… 7000 cm3 P=50…400 LE M=65…450 Nm n=800…8000 1/min m=60…200 kg

22

Belsı Belsıégéső motorok osztá osztályozá lyozása Közepes erı erımővi rendszerek

V=10… 150 l P=0,5…15 MW M=65…450 Nm n=100…650 1/min m=300…12000 kg

23

Belsı Belsıégéső motorok osztá osztályozá lyozása Hajó Hajó motorok

Maximum power: 108,920 hp at 102 rpm Maximum torque: 5,608,312 lb/ft at 102rpm maximum economy the engine exceeds 50% thermal

V=10… 150 l P=8…25 MW M=0,5…20000 kNm n=50…200 1/min m=10000…45000 kg

24

Korszerő Korszerő motorokkal szemben tá támasztott igé igények

• Teljesítmény növelése • Hatásfok növelése • Károsanyag kibocsátás csökkentése Emisszió CO2

Hatásfok

CO CxHy NOx

Teljesítmény 25

Fosszilis ké készletek kimerü kimerülése

26

A vilá világ kı kıolaj termelé termelése

World Oil Production by Source, Reference Scenario, shown as Figure 11.1 on page 250 of IEA WEO 2008.

27

Várható rható trendek 20132013-ig

28 Bereczky-Meggyes-Török:Megújuló tüzelıanyagok jövıbeli várható trendjei

Várható rható trendek 20302030-ig

29 Bereczky-Meggyes-Török:Megújuló tüzelıanyagok jövıbeli várható trendjei

Advanced Propulsion Technology Strategy Improve Displace Vehicle Petroleum Fuel Economy and Emissions

Hydrogen Fuel Cell-Electric Vehicles Support the

Battery-Electric electrification of Vehicles (including the vehicle EREV) Hybrid-Electric Vehicles (including Accelerate the use of clean, Plug-in HEV) renewable, low-carbon fuels IC Engine and Transmission Implement advanced propulsion technologies that Improvements optimize fuel efficiency and minimize emissions

Time

Petroleum (Conventional and Alternative Sources)

Energy Diversity

Alternative Fuels (Ethanol, Biodiesel, CNG, LPG) Electricity (Conv. and Alternative Sources) Hydrogen

2006 Ridley Engineering Inc.

2006 Ridley Engineering Inc.

Motorok csoportosí csoportosítása • A motorok kialakítása − − − − − − −

a motor mőködési elve a friss töltet (levegı vagy keverék) hengerbe jutása a tüzelıanyag jellege a keverékképzés helye az égéstér kialakítása gyújtás jellege szabályzási módszer

• A konstrukció szempontjából lényeges − a hengerek elrendezése − a gázcserefolyamat vezérlése − a motor hőtése

33

Motorok csoportosí csoportosítása

Dr. Fülöp Zoltán: Belsıégéső motorok

34

Dugattyú Dugattyús belsı belsıégéső motorok alapvetı alapvetı elnevezé elnevezései és jelö jelölései

35

Motorok dugattyú dugattyú elrendezé elrendezései a) b) c) d) e) f) g) h)

Álló lló Logó Logó Fekvı Fekvı Csillag „X ” „H” „I ” „delta” delta”

Forrás: Dr. Fülöp Zoltán: Belsıégéső motorok

36

Motorok dugattyú dugattyú elrendezé elrendezései

„Boxer” motor

V-motor (180 fokos)

Forrás: Dr. Fülöp Zoltán: Belsıégéső motorok

37

WankelWankel-motor mőkıdése

38

„W” motor

39

Szelepvezé Szelepvezérlé rlések

Felülvezérelt, felülszelepelt OHC=„Over Head Camshaft”

Alulvezérelt, oldalszelepelt SV=„Side Valve”

Alulvezérelt, felülszelepelt OHV=„Over Head Valve”

Wieser András

40

AtkinsonAtkinson-ciklus

A szívószelep zárása késik (1 pont)

Richard Rusnák :Atkinson or Miler cycle in p-V diagram.

2. elı elıadá adás

41

Seiliger (kettı (kettıs hıközlé zléső) kö körfolyamat hatá hatásfoka Egy ciklus során végzett munka 1 kg tömegő közeggel:



Égési expanzió viszony:

Égési nyomás viszony:

43

Belsı Belsıégéső motorok vesztesé veszteségei • A motorikus, belsı veszteségek 1. Friss tö töltet bejuttatá bejuttatása (tö (töltet csere, maradé maradék gáz, szelep veszt.) 2. Hıleadás a falak felé ill. felöl (nem adiabatikus kompresszió) 3. Véges égési sebesség 4. Égés során hıleadás (+tökéletlen égés) 5. Gázveszteség (dug.-persely) Súrlódási veszteségek nem belsı veszteségek!

44

Töltet kialakulá kialakulása mlev szivó vezeték

mf mvalós=mf=mlev-mö mt=mf-mm

mö

kipufogó vezeték

mm

Belsı Belsıégéső motorok vesztesé veszteségei • A motorikus belsı veszteségek: − Friss töltet bejuttatása (töltet csere, maradék gáz, szelep veszt.) − Hıleadá leadás a falak felé felé (nem adiabatikus) − Véges égési sebesség − Égés során hıleadás (+tökéletlen égés) − Gázveszteség (dug.-persely) − Súrlódási veszteségek

46

Kompresszió Kompresszió

Hıviszonyok

48

Heywood, John B. Internal combustion engine fundamentals, ISBN 0-07-028637-X

Belsı Belsıégéső motorok vesztesé veszteségei • A motorikus belsı veszteségek a következı fı okokra vezethetık vissza: − Friss töltet bejuttatása (töltet csere, maradék gáz, szelep veszt.) − Hıleadá leadás a falak felé felé (nem adiabatikus) − Véges égési sebesség − Égés során hıleadás (+tökéletlen égés) − Gázveszteség (dug.-persely)

49

Égési folyamat

Égés befolyá befolyásoló soló tényezı nyezık • • • • • •

Tüzelıanyag Légfelesleg (?) Áramlás, perdület Hımérséklet Égéstér kialakítása …..

Égési folyamat befolyá befolyásolá solása a geometriá geometriával

Égési folyamat DieselDiesel-motorokban

 ϕ    − 6, 908   ϕ ég ,1    x ϕ = a 1 − e  

m e +1

 ϕ     − 6 ,908    ϕ ég , 2     + (1 − a )1 − e    

m e +1

    

késıbb

Belsı Belsıégéső motorok vesztesé veszteségei • A motorikus belsı veszteségek : − Friss töltet bejuttatása (töltet csere, maradék gáz, szelep veszt.) − Hıleadá leadás a falak felé felé (nem adiabatikus) − Véges égési sebesség − Égés során hıleadás (+tökéletlen égés) − Gázveszteség (dug.-persely)

54

Gázvesztesé zveszteség (dug. (dug.--persely) persely)

Gázvesztesé zveszteség (blow (blow--by) by) kezelé kezelése

Belsı Belsıégéső motorok vesztesé veszteségei

57

Belsı Belsıégéső motorok vesztesé veszteségei • Az alapvetı veszteséget a termikus hatásfokkal jellemezzük:

• A termikus hatásfok elsısorban a kompresszió nagyságától függ és csak kisebb mértékben egyéb paraméterektıl (légfelesleg, κ, állandó térfogaton és állandó nyomáson bevezetett hıenergia aránya).

58


80% 70%

30% 20% 10%

Diesel-motorok

40%

Kopogási határ

50%

Otto-motorok

ηelm.

60%

0%

0

5

10

15

ε

20

25

30

59

Való Valóságos indiká indikátor diagram

• Elméleti (szaggatott vonal) • Valós indikátordiagram (folyamatos vonal)

60


ηi =

Wi Qbe 61


62


63

Fajlagos tü tüzelı zelıanyaganyag-fogyasztá fogyasztás • A motor másik alapvetı jellemzıje a tüzelıanyag fogyasztása, ami a munkafolyamat fenntartására fordított tüzelıanyag tömeg- vagy térfogatáramával illetve a bejuttatott hı-árammal jellemezhetı. Mivel ezen értékek alapvetıen függenek a motor teljesítményétıl, ezért a P [kW] teljesítményre vonatkoztatott B [g/h] a fajlagos tüzelıanyagfogyasztás használata terjedt el.

b=

B& P 64

A fajlagos fogyasztá fogyasztás állandó llandó fordulaton kü különbö nbözı terhelé terhelések eseté esetén

A motorok összehasonlí sszehasonlítása cé céljá ljára szolgá szolgáló tová további jellemzı jellemzık

−literteljesítmény: a teljesítmény viszonya az összlökettérfogathoz [kW/l] −fajlagos dugattyúteljesítmény (dugattyúterhelés) a dugattyú felületre vonatkoztatott teljesítmény [kW/m 2] •fajlagos tömeg: a motor száraz tömege az effektív teljesítményre, illetve össz lökettérfogatra vonatkoztatva [kg/kW] ill. [kg/l].

66

Dugattyú Dugattyús belsı belsıégéső motorok alapvetı alapvetı elnevezé elnevezései és jelö jelölései

67

Löket/Furat ará arány • A motor felépítésére, égéstér kialakítására jelentıs hatással van a löket/furat arány (S/D=γ). γ>1 hosszúlökető motorról, γ=1 négyzetes motorról, γ<1 rövidlökető motorról beszélünk.

Rövidlökető motor esetén az égéstér ellaposodik, holt terek alakulnak, ki, a nagy szelep méretek javítják a töltési fokot, csökken dugattyú közép sebesség és ezzel súrlódási veszteségek csökkenek, viszont nı a hıátadás felülete, és érzékenyebb a kopogásra! Hosszúlökető motor esetén kisebb a felület térfogat arány, csökken a motor mérete és az elıállítás költsége.

Légfelesleg té tényezı nyezı C8H18 + 12,5 O2 = 8 CO2 + 9 H2O C8H18 + 12,5 (O2 +79/21N2) = 8 CO2 + 9 H2O + 12,5 79/21N2 114 kg C8H18 + 400 kg O2 + 1316,67 kg N2 = 352kgCO2+ 162kgH2O + 1316,67kgN2

1 kg C8H18+ 15,06 kg levegı = 3,09 kg CO2 + 1,42 kg H2O + 11,55 kg N2

λ = mvalós/melm = mvalós/B*µ µlo

Elméleti égési levegı igény

69

A fajlagos fogyasztá fogyasztás, és az effektí effektív kö középnyomá pnyomás a lé légfelesleg függvé ggvényé nyében

3. elı elıadá adás

A dugattyú dugattyú középsebessé psebessége és a tö tölté ltési fok

72


mö


kipufogó vezeték

mm +Dinamikus hatás: A távozó kipufogó gáz megszívhatja a szívó vezetéket

A tö töltet kialakulá kialakulása

74

Tölté ltési fok hagyomá hagyományos szí szívó motorná motornál

Áramlási vesztségek Melegedés

Dinamikus hatás hiánya

75

Vesztesé Veszteségek

Jelleggö Jelleggörbé rbék

Belsı Belsıégéső motorok jelleggö jelleggörbé rbéi • 0-nmin.: – Lendkerék nem tárol elég energiát, – Rossz keverékképzés, – Nagy hıveszteség,

• nmin.-nM max.: – Javul a keverékképzés, – Nı a töltési fok, – Csökken a hıveszteség (csökken az idı),

• nM max – nbe min.: – Csökken a töltési fok (áramlási vesztségek nınek),

• nbe min. – npe max.: – Romlik a keverékképzés – Tovább növekvı veszteség

• npe max. – nmax: – Súrlódási veszteség növekmény (f[n2]) jelentısebb mint a ford. szám növekedés hatása (f[n])

78

Abnormá Abnormális égési folyamatok OttoOtto-motorokban

– Kopogásos égés – Öngyulladás

79


80% 70%

30% 20% 10%

Diesel-motorok

40%

Kopogási határ

50%

Otto-motorok

ηelm.

60%

0%

0

5

10

15

20

ε

25

30

80

Kopogá Kopogásos égés 7,5 KHz

p [bar]

p [bar]

13,25 KHz

950

Frekvencia [Hz] 52100

• Kopogásos égés nyomáslefutása és a nyomás lengés frekvenciája. (a spektrumon megfigyelhetı 13 KHz körüli rezgés a nyomásmérı sajátfrekvenciájából adódik!) 81

Kopogá Kopogásos égési kialakulá kialakulása

82 http://www.onestopauto.com/What-causes-spark-knock.html

Kopogá Kopogásos égés okai, elkerü elkerülése •

Kompresszió viszony helyes megválasztása Ilyenkor nem éri el a nyomás szint, illetve az ezzel arányos kompresszió véghımérséklet a kritikus szintet. Viszont a kompresszió viszony csökkentésével csökken a hatásfok is.

•

Gyertya helyes elhelyezése

•

Égéstér helyes kialakítása, közeg hőtése

Amennyiben az égés a melegebb keveréktıl a hidegebb felé halad a kopogási hajlam csökken. Ha az égéstérnek abban a részében, amit lángfront az égés végén ér el, alacsonyabb a hımérsékletet valósítunk meg, szintén csökken a kopogási hajlam.

•

Elıgyújtási szög helyes megválasztása Nagy elıgyújtás esetén a kompresszió és az égés együttes hatására igen nagy nyomásemelkedés jön létre a hengerben, így a kopogás valószínősége rohamosan nı.

•

Légfelesleg tényezı megválasztása

•

Tüzelıanyag kopogási hajlama.

A lángterjedés sebessége λ=0,9 körül a legnagyobb, itt a legnagyobb a nyomásemelkedés, ennek hatására a kopogási hajlam is.

83

Az elı elıgyú gyújtá jtás szabá szabályzá lyzása

84

26/02/13

OttoOtto-motorok szabá szabályzá lyzásasa-keveré keverék képzé é s e pz

Mennyisé Mennyiségi szabá szabályzá lyzás Teljes terhelés

Mennyisé Mennyiségi szabá szabályzá lyzás Részterhelés

87

Mennyisé Mennyiségi szabá szabályzá lyzás Ottó motor fojtásos szabályozása - fojtás nélkül --- fojtással

88

Tölté ltési fok és a fajlagos fogyasztá fogyasztás állandó llandó fordulaton különbö nbözı terhelé terhelések eseté esetén

A fajlagos fogyasztá fogyasztás, és az effektí effektív kö középnyomá pnyomás a lé légfelesleg függvé ggvényé nyében

Tová További kö követelmé vetelmények • Indítás: dús keverék (kondenzáció) • Alapjárat: dús keverék (kondenzáció) • Maximális nyomaték: dús keverék (nagyobb nyomaték) • Gyorsítás: dús keverék (nagyobb nyomaték)

Elemi karburá karburátor mő mőködése A Venturi-csövön keresztül haladó levegı tömegáram:

( )

1

ma =

κ pT CDTATpo  pT  2κ 1−   RTo  po  κ − 1 po

κ −1 κ

[2. 1] ahol CDT a torok szőkítési tényezıje és AT a torok területe, egyszerőbb alakban:

ma = CDTAT 2 ρa∆pa Φ [2. 2] ahol: ∆pa = p0 − pT

[2. 3] Φ=

κ −1 κ

2

pT p0 κ − pT p0 1 − pT p0

κ +1

κ

[2. 4] a tüzelıanyag tömegárama: mf = C DO Ao 2ρ f ∆p f ahol CDO a furat szőkítési tényezıje és AO a furat területe, és ∆p f = ∆pa − ρ f gh

[2. 5]

Innen a légfelesleg tényezı:

λ=

ma Φ CDT AT m f L0 = L0 CDO AO

ρa 1 ∆pa ≈C ρ f ∆pa − ρ f gh ∆pa [2. 6]

Az elemi karburá karburátor felé felépítése

Tüzelı zelıanyag befecskendezé befecskendezés •

A keverék létrehozásának másik elterjedt megoldása a tüzelıanyag befecskendezés. Mőködési elvük alapján három típusra lehet osztani ezeket: – hengerenkénti befecskendezés, – központi befecskendezés, – direkt (közvetlen) befecskendezés.

•

A hengerenkénti befecskendezı rendszerek terjedtek el elıször, ennek fıbb okai a következık: – – – – –

optimális tüzelıanyag mennyiség bejuttatása minden üzemmódban egyforma keveréket lehet létrehozni minden egyes hengerben feltöltés jobb megvalósíthatósága jobb motor dinamika, gyorsulás, lassítás szabályzó körök kialakításának lehetısége

4. elı elıadá adás 94

Befecskendezé Befecskendezési mó módszerek Hengerenkénti befecskendezés

Központi befecskendezés

Multi-Point Inj. (MPI)

Single-Point Inj. (SPI)

95


Bosch direkt befecskendezı befecskendezı rendszer mő mőködése

Direkt befecskendezı befecskendezı rendszer ké két üzemmó zemmódja

Inhomogén keverék

Homogén keverék

Forrás: VW

FSI (GDI) GDI) Engines Piston • Falvezetéses Wall control type

Hagyomá Hagyományos gyú gyújtá jtás

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Akkumulátor Gyújtás kapcsoló Munkaellenállás Indító kapcsoló Gyújtótranszformátor Kondenzátor Megszakító Elosztó Gyertyák

transzformátor tárolja az energiát

Fıbb elemek •

•

Gyújtótranszformátor: lemezelt vasmagból és az azt körülvevı 100200 menetszámú ∅0,4-0,6 mm-es primer, valamint a 10 000-20 000 menetszámú ∅0,05-0,1 mm-es szekunder tekercsekbıl áll. A tekercseket kitöltı és szigetelıanyag, valamint a köpenylemez veszi körül Megszakító: A primer áramkör megszakítását végzi. – Problémák: • Kis fordulaton a megszakítókalapács lassan mozog, ezért sokáig tart érintkezıi között a megszakítási szikra, ezzel gátolva a primer áram megszőnését. • Nagy fordulatszámon nagyon gyors mozgás

•

Kondenzátor: A megszakítás pillanatában a primer tekercsben 300400 V feszültség indukálódik, amely a megszakító érintkezıinek beégését okozná. Ezt a szikrázást csökkenti a kondenzátor. Általában papírszigeteléső tekercskondenzátorokat alkalmaznak.

Zárásszö sszög optimalizá optimalizálás

optimális

túl kicsi

túl nagy

Gyú Gyújtá jtás idı idızítés

30 fok

10 fok

Relatív nyomaték

Indikált nyomás

elıgyújtási szög 50 fok

optimum

gyújtás

Fıtengely szög [fok]

Elıgyújtás [fok]

Tranzisztoros gyú gyújtá jtás 1. Akkumulátor, 2. Gyújtás kapcsoló, 3. Munkaellenállás, 4 Indító kapcsoló, 5. Gyújtótranszformátor, 6. Tranzisztoros megszakító, 7. Megszakító, 8. Elosztó, 9. Gyertyák

transzformátor tárolja az energiát

Iker v. parazita gyú gyújtá jtás rendszer

1. Akkumulátor, 2. Gyújtás kapcsoló, 3. Gyújtótranszformátor, 4. Gyertyák

Integrá Integrált gyú gyújtó jtó rendszer felé felépítése

Integrá Integrált gyú gyújtó jtó rendszer Bemeneti adatok: •Fordulatszám •Idızítı jel •Levegı mennyiség •Motor hımérséklet •Levegı hımérséklet •Akku fesz. •Kapcsoló jel •kopogás szenzor •Egyéb - 30-40 kV is lehet - integrált ionizációs érzékelı

Gyú Gyújtó jtógyertya hıérté rtéke • Hıérték: A gyertya üzem közbeni felmelegedését írja le. • Mértékegysége: milyen gyorsan éri el az öngyulladási hımérsékletet a gyertya kísérleti motorban. A gyertya annál "hidegebb" minél nagyobb ez a szám.

Forrás: NGK

Forrás: NGK

DieselDiesel-motorok


80% 70%

30% 20% 10%

Diesel-motorok

40%

Kopogási határ

50%

Otto-motorok

ηelm.

60%

0%

0

5

10

15

20

ε

DieselDiesel-motor minı minıségi szabá szabályozá lyozása

(- teljes dózis, --- csökkentett dózis)

A ká káros anyagok emisszió emissziója a lé légfelesleg függvé ggvényé nyében

Diesel-motorok Otto-motorok

részecske

gépjármő. gázmotorok.

25

30

DieselDiesel-motorok égési folyamata I

Diesel-motorok keverékképzése alapvetıen meghatározza az égési folyamat lefolyását. Diesel-motoroknál az égést nem egy külsı energiaforrás segítségével indítjuk el, hanem a kompresszió során felmelegedı közeg (levegı) párologtatja el és gyújtja meg a levegıtüzelıanyag keveréket. Mind a tüzelıanyag elpárologtatásához, mind annak keverékképzéséhez és égéséhez az Ottó-motorokhoz képest igen jelentıs idıre van szükség. A fenti folyamat jól kezelhetısége megkívánja, hogy a tüzelıanyagot csak akkor juttassuk a tüzelıtérbe, amikor annak égése kívánatos.

Égési folyamat elı elıkamrá kamrás Diesel motorban


Befecskendezé Befecskendezés

Égés kezdet

Elı Elıkevert égés

(Elhú (Elhúzódó) Diffú Diffúz égés

DieselDiesel-motorok égési folyamata II A Diesel motorok égési folyamatát általában két részre osztjuk. Az égés kezdetén az égési késedelem miatt felhalmozódott tüzelıanyag a nagy légfelesleg mellett gyors, jól elıkevert égése zajlik le. Ezt a szakaszt nevezzük kinetikus-, vagy elıkevert égésnek. A második szakasz a diffúz- vagy fıégés. Ebben a szakaszban a porlasztóból kilépı tüzelıanyag keresztülhalad a már elégett keveréken ott a párolgási folyamat lezajlik, majd ebbıl a térfogatból kikerülve keveredik a levegıvel. Ebben a szakaszban az égés lényegesen lassabb. Minél nagyobb a gyulladási késedelem annál több tüzelıanyag jut az égéstérbe az égés kezdete elıtt. Így amikor beindul az égés nagymértékő hıfelszabadulást áll elı, minek következménye kemény égési zaj, ami mechanikai túlterhelést eredményezhet. Mint az a fentiekbıl következik a befecskendezés idıbeli lefolyása jelentısen befolyásolja az égési folyamatot, a motor mőködését.

Égési folyamat DieselDiesel-motorokban

késöbb

Tüzelı zelıanyag rendszer Üzemanyag tank Szállító szivattyú

Adagoló- (v. Befecskendezı) (nagynyomású) Szivattyú 100-2000 bar Visszafolyó vezeték Adagoló vezeték Tüzelıanyag szőrı

Porlasztó (v. injektor)

Égéstér

Adagoló Adagoló szivattyú szivattyú A tüzelıanyag bejuttatására az égéstérbe, valamint annak jó porlasztásához nagy tüzelıanyag nyomásra van szükség. Ennek elıállításáról az adagoló szivattyú gondoskodik melynek fıbb feladatai: • jobb és egyenletesebb porlasztás érdekében minél nagyobb nyomás létrehozása (200-2000 bar), • befecskendezés idızítése, optimalizálva a befecskendezett tüzelıanyag mennyiségére, gyúlási késedelmére, • a motor mőködési körülményeinek megfelelı kompenzálása (pl. hidegindítás) Az adagoló szivattyúk általában dugattyús szivattyúk. A dugattyúk mozgását profilos bütykök vezérlik, melyek kialakítása meghatározza egy részrıl a befecskendezés idıbeli lefutását, más részrıl a befecskendezés idıpontját.

Állandó llandó lökető kető adagoló adagoló szivattyú szivattyú 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Adagoló ház, Elfolyó nyílás, Vezérlıél, Dugattyú, Visszahúzó rugó, Dózis vezérlés, Adagoló bütyök és tengely, Görgı, töltı nyilás, fejszelep ,

Állandó llandó lökető kető adagoló adagoló szivattyú szivattyú

Elosztó Elosztórendszerő rendszerő adagoló adagoló szivattyú szivattyú

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

Görgıház Görgı Bütykös tárcsa Görgıház elforgató (befecskendezés idızítı) Dózis vezérlı furat (by-pass csatorna) Mennyiség állító Visszatoló rugó Leállító szelep Dugattyú elem Henger választó csatorna

BOSCH VE típusú pusú elosztó elosztórendszerő rendszerő adagoló adagoló szivattyú szivattyú

PD rendszer mő mőködése (UI (UI)) 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Adagoló elemház Adagoló bütyök és vezérmőtengely Himba Dugattyú elem Vezérlı szelep Porlasztó egység

Szabá Szabályozó lyozócsapos és lyukporlasztó lyukporlasztó

CommonCommon-rail rendszer • Nagy befecskendezési nyomás • Üzemállapothoz illesztett befecskendezési nyomás (200-1800 bar) • Változtatható befecskendezés kezdet • Több elı és utó befecskendezés lehetısége

Elı Elıbefecskendezé befecskendezés lehetı lehetısége

CommonCommon-rail rendszer elemei

Nagynyomá Nagynyomású szivattyú szivattyú felé felépítése

Mágnes szelepes porlasztó porlasztó • • • • • • • • •

1. elektromágnes tekercs, 2. tüzelıanyag visszafolyás, 3. szervo-szelep, 4. kilépı fojtás, 5. vezérlı kamra, 6. rugó, 7. befecskendezı tő, 8. nagynyomású tüzelıanyag, 9. belépı fojtás

PiezoPiezo-porlasztó porlasztó

Szervó szelep

Piezo állító elem Befecskendezı furat Hidraulikus csatoló Lényege: Feszültségre mechanikai elmozdulás 110-148V szabályozó feszültség Elönye: Befecskendezés karakterisztikája hasonlít a négyszögjelhez, többszöri befecskendezés lehetséges

Fúvóka és fúvóka tő (fúvókamodul)

Szervó Szervó-szelep mőködése

1- vezérlı szelep, 2- kimeneti fojtás, 3-vezérlı kamra, 4-bemeneti fojtás, 5-fúvókatő 6- by-pass csatorna I – rail nyomás, II - Vezérlı kamra nyomás, III - Résolaj nyomás

Common Rail System •

Generation N4 (APCRS) System Layout for Heavy Duty Truck Application

Rail pressure sensor Filter

Rail

P

Fuel controlled high pressure pump

Nozzle

Fuel tank

Forrás: Bosch (Amplifier Piston Common Rail System)

Levegı Levegı perdü perdület szabá szabályzá lyzás

Levegı Levegı perdü perdület szabá szabályzá lyzás

Lánghı nghımérsé rséklet

Tad ,

Tkiinnd ,

∑ b ∫ c (T )dT = ∑ a ∫ c (T )dT j

j

p ,b j

298

i

i

p ,a i

298

NOx környezeti és élettani hatá hatásai

NO2 koncentráció [ppm] 400 150 50 10 5 2,5 1,0 0,5 0,17 0,12

Szimptómák Azonnali halál Halál bronchitisz miatt Reverzibilis bronchitisz Szagérzékelés romlása Vér és a tüdı közti gázáramlás romlása Növekvı légúti ellenállás felnıtteknél Növekvı légúti ellenállás bronchitiszes betegeknél Károsodási küszöb WHO által javasolt max. NO2 koncentrációérték Szagküszöb

2 NO2 + H2O → HNO2 + HNO3 (salétrom sav) ! Fotokémiai szmog képzı (NOx + VOC)

Tartós belélegzés esetén !

NO keletkezé keletkezés II • Termikus NO: szegény keverékek esetén keletkezik a levegı nitrogén és oxigén tartalmából, magas hımérsékleten (T>1500 °C). Képz ıdéséhez idıreakció, kinetikusan kontrollált. • Prompt NO: dús keverékek esetén jellemzı, mennysége elhanyagolható a termikushoz NO-hoz képest. • Tüzelıanyag eredető NO: a tüzelıanyag kötött nitrogént tartalmából keletkezik. Mennyisége elhanyagolható, mivel a Magyarországon szolgáltatott földgáz kötött nitrogént nem tartalmaz

Mérési elv: kemilumineszcens • A mőszer mérési elv az, hogy a gázminta NO tartalmának meghatározott hányada ózon hatására gerjesztett NO2*-á alakul. A gerjesztett molekulák jellemzı hullámhosszú fényt sugároznak ki, miközben az alapállapotukba visszajutnak.

• Az így kibocsátott fény mennyisége arányos a minta NO tartalmával. A teljes NOx tartalom mérésekor a különbözı nitrogén-oxidokat elıször NO-á alakítják, és mérik a keletkezett NO2* által a kibocsátott fényt.

CO keletkezé keletkezése • Elsıdleges: – A szénmonoxid a tökéletlen égés eredménye, akkor keletkezik, ha nem áll rendelkezésre elegendı oxigén (lokálisan) a tüzelıanyag tökéletes kiégésére.

CO keletkezé keletkezése • Másodlagos keletkezés: – A szénhidrogének fokozatos H vesztéssel járó oxidációja gyors reakció reakciósorozat: RCH 3 ⇒ RCH 2 ⇒ RCH ⇒ RCOH ⇒ RCO ⇒ CO

R : tetszıleges szénhidrogén

A további reakció egy lassabb egyensúlyi reakció:

CO + OH ⇔ CO 2 + H Ha túl gyors a füstgáz hőlési folyamata, nem oxidálódik le a CO

Elé Elégetlen szé szénhidrogé nhidrogén kibocsá kibocsátás • THC –Total HidroCarbon, (CxHy): színtelen, különbözı összetételő szénhidrogén gázok. Egyes komponensei gyenge szaghatásúak (parafinok), az aromás komponensek kellemetlen szaghatásúak jelentıs rákkeltık. Alapvetıen üvegházhatásúak, elsısorban a metán (CH4), ami a CO2-nél sokkal erıteljesebb üvegházhatású gáz. Olefinek (Egy vagy több kettıs kötést tartalmazó szénhidrogének.) • Elnevezések: – – – –

HC, HidroCarbon THC, Total HidroCarbon VOC, (Volatile organic compounds) CH4, NMHC (metán és nem metán szénhidrogének)

THC Keletkezé Keletkezés • Láng kioltás hatására • Égésben részt nem vevı térrészekben keletkezı el nem égett szénhidrogének (pl. tüzelıanyag) • Égéstérbe jutó (kenı)olaj abszorpciója és deszorpciója • Nem megfelelı égési folyamat (égés kimaradás) • Túl szegény vagy túl gazdag keverék • (Alacsony égés hımérséklet)

Részecske kibocsá kibocsátás •Diesel-Engines [g/kWh or g/km], (ECE R49)

• PM10 – mérete kisebb vagy egyenlı 10 mikrométerrel • PM2.5 - mérete kisebb vagy egyenlı 2.5 mikrométerrel • A részecske képzıdés három fı oka: – Hideg, folyékony és elıkészítetlen tüzelıanyag befecskendezése a lángfrontba: – Oxigén hiány és helyi kedvezıtlen keverékképzési feltételek. – Hirtelen nyomás-, vagy hımérséklet csökkenés az égéstérben

Lokális légfelesleg tényezı

Részecske kibocsá kibocsátás ké képzı pzıdése

NOx

Hagyományos belsıégéső motorok

KOROM Lokális lánghımérséklet [K] Forrás: Buergler, L., Cartus, T., Herzog, P., Neunteufl, K., and Weissbaeck, M., Brennverfahren,Abgasnachbehandlung, Regelung – Kernelemente der motorischen HSDI Diesel Emissionsentwicklung, 13. Aachener KolloquiumFahrzeug- und Motorentechnik, 2004.

Diesel ré részecske összeté sszetétele

Franz X. Moser, Theodor Sams, Rolf Dreisbach: Lowest Engine-Out Emissions as the Key to the Future of the Heavy Duty Diesel Engine - New Development Results, AVL

Koromkoncentráció a hengerben

Részecske kibocsá kibocsátás ké képzı pzıdése és kié kiégése

Koromképzıdés Koromkiégés

Koromkiégés

Korom koncentráció kipufogáskor

Kinetikus szakaszban keletkezı korom

A CPC (Condensation Particle Counter) Counter) rendszer mőködése

Füstö stölés mé mérése – Opacimetria (átlá tlátszatlansá tszatlanság)

Lambert–Beer-törvény A törvény szerint logaritmikus összefüggés van a T transzmittancia (az anyagon átesı fény hányada) illetve az anyag α abszorpciós együtthatójának és a fény által az anyagban megtett ℓ távolságnak (a fényút hosszának) a szorzata között. Mérték egységek: •opacitás N [%], (0-100%) •abszorpciós együttható (elnyelési tényezı) k [m-1] (0-10 m-1) •Füstölés típusai: •Feketefüst („C”) •Fehér füst (H2O) •Kékfüst (VOC)

Filter Smoke Number (FSN) FSN)

AVL

Emisszió Emisszió csö csökkentı kkentı eljá eljárások • Az emisszió értéke csökkenthetı: − a motor elıtt

− Tüzelıanyag − Stb.

− magában a motorban és − − − −

konstrukció EGR Légfelesleg Stb.

− a motor után (szekunder eljárások) − − − −

3 hatású katalizátor oxidációs katalizátor Részecske szőrık Stb.

A ká káros anyagok emisszió emissziója a lé légfelesleg függvé ggvényé nyében

Otto-motorok

gépjármő. gázmotorok.

Füstgá stgáz recirkulá recirkuláció ció alkalmazá alkalmazása (EGR, AGR) AGR)

Nagynyomá Nagynyomású füstgá stgáz visszavezetı visszavezetı rendszer felé felépítése

1. Füstgáz visszavezetés szabályzó szelepe, 2. Füstgáz hőtı (opcionális), 3. Intercooler, 4. Levegı mennyiség szabályzó szelepe

Alacsony nyomá nyomású füstgá stgáz visszavezetı visszavezetı rendszer felé felépítése

1. Füstgáz visszavezetés szabályzó szelepe, 2. Füstgáz hőtı (opcionális), 3. Részecske szőrı, 4. Füstgáz visszavezetés szabályzó szelepe (fojtás)

Katalizá Katalizátorok Hármas hatású katalizátor (λ=1) (NSCR)

1. A nitrogénoxidokat oxigénre és nitrogénre redukálja. 2NOx → xO2 + N2 2. Szénmonoxid oxidációja széndioxiddá: 2CO+ O2 → 2CO2 3. Az elégetlen szénhidrogén oxidálása széndioxiddá és vízzé: CxH2x+2 + 2xO2 → xCO2 +2xH2O.

Katalizá Katalizátorok

λ

Oxidá Oxidáció ciós katalizá katalizátor (OCC (OCC)) kettı kettıshatá shatású

1. Szénmonoxid oxidációja széndioxiddá: 2CO+ O2 → 2CO2 2. Az elégetlen szénhidrogén oxidálása széndioxiddá és H2Ová: CxH2x+2 + 2xO2 → xCO2 +2xH2O.

Diesel motor katalizá katalizátorok Szelektív katalizátor (SCR) NOx+NH3 N2+H2O (nagyobb teljesítményő motorok)

Oxidációs katalizátor (OCC, DOC) CO CO2 CxHy H2O+CO2 Az elsı lépésben az karbamid vizes oldatából ammóniát kell kinyerni, majd ennek segítségével történik NOx kibocsátás csökkentése: 4NO+4NH3+O2 → 4N2+6H2O NO+ NO2+2NH3 → 2N2+3H2O 6NO2+8NH3 → 7N2+12H2O A karbamid vizes oldat német rövidítése HWL, de AdBlue márkanéven forgalmazzák

Részecske sző szőrık felé felépítése 1 Szinterfém szőrıbetét

Franz X. Moser, Theodor Sams, Rolf Dreisbach: Lowest Engine-Out Emissions as the Key to the Future of the Heavy Duty Diesel Engine - New Development Results, AVL

Részecske sző szőrık felé felépítése 2 Monolit szilíciumkarbid kerámia szőrıbetét

Dr. Varga Vilmos: Részecskeszırök (DPF) alkalmazásának szükségszerősége

CRT (Continuosly Regeneratig Technology), Technology), – Elsı szakasz egy platinával borított oxidációs katalizátor, a nitrogén-oxidokat alakítja NO2-á, – Második szakasz a DPF

Dr. Varga Vilmos: Részecskeszırök (DPF) alkalmazásának szükségszerősége

CDPF (Catalyzed Diesel Particulate Filter), katalitikus bevonatú bevonatú részecskesző szecskeszőrık

• A részecskeszőrı katalitikus hatású anyag bevonattal a koromszemcsék leégése érdekében. – a CO és a HC az oxidációs katalizátorokhoz hasonlóan oxidálódik, -> hımérsékletnövekedést – A korom gyulladási hımérsékletének leszállítása érdekében rendszerint adalékanyagot is alkalmaznak. A regeneráció 350 - 500 °C közötti h ımérséklet tartományban megy végbe, és fıleg a többnyire az autópályán használt autóknál minden különösebb teendı nélkül folyamatosan mőködik. A szőrı csak akkor igényli kb. 1.000-1.200 kilométerenként a kipufogó hımérsékletének 600 °C környékére történ ı aktív megnövelését, és a szőrı kiegészítı regenerálását, ha az autó többet közlekedik kisebb terhelés mellett, pl. városi forgalomban Dr. Varga Vilmos: Részecskeszırök (DPF) alkalmazásának szükségszerősége

CCRT (Catalyzed Continuosly Regeneratig Technology) Technology)

– Elsı szakasz egy platinával borított oxidációs katalizátor, (a nitrogén-oxidokat alakítja NO2-á), – Második szakasz DPF katalitikus hatású anyag bevonattal a koromszemcsék leégése érdekében. • a CO és a HC az oxidációs katalizátorokhoz hasonlóan oxidálódik, -> hımérsékletnövekedést • A korom gyulladási hımérsékletének leszállítása érdekében rendszerint adalékanyagot is alkalmaznak.

Teljesí Teljesítmé tmény nö növelé velés Feltö Feltölté ltési eljá eljárások

Motor mindenkori teljesí teljesítmé tményé nyét a frisstö frisstöltet „m” tömege korlá korlátozza A töltet tömege

P ⋅V

(p

− ∆p )V

h l 0 l m= R ⋅ T = R (T + ∆T ) h 0

- az elméleti töltet környezeti közeggel töltve fel a hengert. melm = p0 ⋅Vl R ⋅ T0 A töltési fok λ = m = p h • T0 t melm

λt növelés lehetıségei:

Th

p0

négyütemő motoroknál λt ≈ 0,7 ÷ 0,9

- több szívószelep alkalmazása - ∆p csökkentése : - kis szelep ellenállás - szívócsatorna kis ellenállás csökkentése: -szívócsı ne a ”meleg” ∆T részeknél legyen - dinamikus töltés kihasználása (szelep együttnyitás).

állapotú



mö

kipufogó vezeték

mm +Dinamikus hatás: A távozó kipufogó gáz megszívhatja a szívó vezetéket

Szelep vezérlés

Feltö Feltölté ltési eljá 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)

Szí Szívórendszer hangolá hangolása

Helmholtz rezonátor:

f=

a A 2π V0 L

Orgonasíp effektus (negyed hullám)

f =

a 4L

Dr. Fülöp Z.: Belsıégéső motorok

Feltö Feltölté ltés nyomá nyomáshullá shullámokkal

Feltö Feltölté ltés nyomá nyomáshullá shullámokkal

Mechanikus feltö feltölté ltés (Térfogatkiszorí rfogatkiszorításos feltö feltöltı ltı)

Roots fúvó

Mechanikus feltö feltölté ltés (Roots (Roots fúvó), (V8 (V8 „kompressor” kompressor”)

Mechanikus feltö feltölté ltés (Áramlá ramlástechnikai stechnikai töltö ltök)

Centrifugál kompresszor

Turbó Turbótölté ltéses motor elvi elrendezé elrendezése

1. Közbensı hőtı (intercooler),

Turbó Turbófeltö feltölté ltés További elınyök: • Kipufogó hasznosítása • Hatásfok javítás • Zajcsillapítás

Együ Együttmő ttmőködési diagram B’ nincs öblítés B” kiöblítés B átöblítés

Nem szabá szabályzott feltö feltölté ltés

M

n

Szabá Szabályozható lyozható feltö feltöltı ltı

Szabá Szabályozható lyozható feltö feltöltı ltı

E-töltı

Soros biturbó rendszer szabályzása

Köszönöm a figyelmet!

No title

Recommend Documents