KONVENCIONALNA GORIVA Carlos Sousa AGENEAL, Local Energy Management Agency of Almada

ALTERNATIVNA GORIVA IN VOZILA

www.transportlearning.net

KONVENCIONALNA GORIVA

Carlos Sousa

AGENEAL, Local Energy Management Agency of

Almada



DIESELSKI IN BENCINSKI MOTORJI

• 4 taktni cikel

• Glavni sestavni deli

• Pomožni sistemi



DIESEL 4 taktni cikel

SESANJE

Zrak vstopa v zgorevalni prostor



KOMPRESIJA

Bat se pomika navzgor pri zaprtih ventilih in stiska zrak v cilindru

Povečata se tlak in temperatura




VBRIZG GORIVA

Vbrizg goriva v cilinder pod visokim tlakom po kompresiji zraka




EKSPANZIJA

Gorivo ob stiku z zrakom zagori

Mehansko delo motorja je proizvedeno




IZPUH

Po zgorevanju se vroči plini iztisnejo iz cilindra skozi izpušni(e) ventil(e)




SESANJE KOMPRESIJA EKSPANZIJA IZPUHVBRIZG

COMBUSTÃO




Kompresijsko razmerje = resV

Vmax

ZMT

SMT



GLAVNI SESTAVNI DELI MOTORJA



Bat – prenaša gibanje na ojnico

• Ojnica – prenaša gibanje na motorno

gred

• Motorna gred – spreminja premo

gibanje v krožno gibanje

GLAVNI SESTAVNI DELI MOTORJA



• Krmiljenje (odpiranje / zapiranje ventilov)

• Sistem hlajenja (preprečuje pregrevanje sistema)

• Mazanje (zmanjšuje obrabo, čisti komponente, itd.)

• Gorivo (vnos goriva)

POMEMBNI POMOŽNI SISTEMI



Dvojna odmična gred v glavi, DOHC

Stranska odmična gred

DISTRIBUTION



Krmiljenje



Naloge

SISTEM HLAJENJA

1. Hlajenje delov motorja:

ohranja primerno delovno temperaturo motorja (npr. preprečije

taljenje sestavnih delov)

ohranja fizikalne in kemične lastnosti mazalnega olja (pri

povišani temperaturi izgubi mazalne lastnosti)

2. Oskrbuje s toploto za ogrevanje kabine vozila

3. Izboljšuje hladen zagon



• Vodna črpalka

• Termostat

• Hladilnik

• Ventilator

• Sistem ogrevanja

SISTEM HLAJENJA



Nalog mazalnega olja je mnogo več kot le mazanje.

Olje mora tudi imeti:

•Visoko čistilno moč in moč raztapljanja

•Visoko anti-oksidativno moč

•Dobro hladilno sposobnost (prispeva k hlajenju motorja)

•Dobro sposobnost nevtralizacije kislin

•Ohraniti lastnosti pri temperaturnih spremembah (mrzlo in vroče)

SISTEM MAZANJA



SISTEM MAZANJA



SISTEM ZA GORIVO

Naloge:

• Dovod goriva v motor, ki se v cilindru pomeša z zrakom, izpari, zagori in izgori.



1. Indirect injection

2. DIRECT INJECTION

• Direct injection in the cylinders

• Higher injection pressures

• More expensive and demanding

technology

• Multiple jet injectors

SISTEM ZA GORIVO



Neposredni Posredni

Izgube Manjše toplotne izgubeHigh thermal losses between

chambers

Sposobnost Visoka Nizka

Hitrost Nižji obrati motorja Višji obrati motorja

Gorivo Zahtevajo kvalitetno gorivoDeluje pri nižji kvaliteti goriva (viskoznost, cetansko število)

VbrizgMulti-jet (več curkov)

(višji tlak vbrizga)Enojni curek

(nižji tlak vbrizga)

NEPOSREDNI VBRIZG vs. POSREDNI VBRIZG



Prednosti Slabosti

Manjša poraba Cena

Moč Hrup

Hladen zagon Vibracije

NEPOSREDNI VBRIZG vs. POSREDNI VBRIZG



NEPOSREDEN VBRIZG



Squish and zavrtinči

NEPOSREDEN VBRIZG



VRSTE SISTEMOV VBRIZGA

• Radialna in vrstna tlačna črpalka

• Šoba s črpalko

• Skupni vod



Vrstna visokotlačna črpalka

600...700 bar 1 000 bar pri ustju šobe




Radialna visokotlačna črpalka

1 000 to 1 500 bar pri ustju šobe




Prednosti

• Ni visokotlačnega razvoda

• Višji tlak vbrizgavanja

• Nižja poraba goriva

• Večji momet in moč pri nižjih obratih motorja

Šoba s črpalko

2000 bar




Pressão máx. 1350 – 1500 bar

Skupni vod

1 800 2 000 bar

Prednosti

• Boljši nadzor vbrizgavanja

• Manjši hrup in vibracije

• Ugodna poraba goriva

• Ugoden navor in moč

• Znižanje emisij polutantov




ZAJEM PRI BENCINSKIH MOTORJIH

Bencinski motorji lahko zajamejo:

• Mešanico goriva in zraka

• Zrak, in neposredno vbrizgano gorivo v cilinder – motorji z neposrednim vbrizgom

Source: Total



TURBOPOLNILNIK

Naloga: Poveča razmerje moč/teža

Polnilnik poveča gostoto zraka pred vstopom v valje

Slabosti (glede na atmosferske motorje - “brez turbine”):

• Višja zahtevnost in stroški

• Višje fizikalne in toplotne obremenitve motorja

Prednosti:

• Večji navor in moč




TURBOPOLNILNIK



S spremenljivo geometrijo

• Večji navor skozi celotne območje

vrtljajev


• Več moči

TURBOPOLNILNIK



VMESNI HLADILNIK hladilnik polnilnega zraka

Naloga: Povečati razmerje moč/teža

Ohladi zrak po kompresiji pred vstopom v valje:

• Večja masa zraka v valjih

• Več goriva

• Večji navor

• Večja moč

TURBOPOLNILNIK



NASTAJANJE IN NADZOR POLUTANTOVZa zgorevanje v dieselskih motorjih je značilna visoka koncentracija kapljic goriva (slaba razpršenost/izparevanje goriva).

Glavni polutanti:

• Trdni delci (PM)

• Neizgoreli ogljikovodiki, HC

• Ogljikov monoksid, CO

• Dušikovi oksidi, NOx



Nadzor emisij:

• Povratek izpušnih plinov (Exhaust Gas Recirculation, EGR)

• Filter trdnih delcev

• Katalizator

NASTAJANJE IN NADZOR POLUTANTOV

Katalizator



•Nadzor emisij:

•Diesel:

• Povratek izpušnih plinov, EGR (preprečuje nastanek NOx)

• Filter trdnih delcev, aktivni in pasivni (PM)

• Oksidacijski katalizatorji (HC and CO)

• Selektivna katalitična redukcija, SCR (NOx into N2 and H2O)

Bencin:

• 3-potni katalizatorji

• Oksidacijski katalizatorji(CO and HC into CO2 and H2O)

• Redukcijski katalizatorji(NO into N2 and O2)




Kvaliteta goriva, Diesel:

• Diesel je derivat cetana (C10H22)

• Cetansko število: Označuje višjo ali nižjo zmožnost samovžiga goriva ( hitrejši samovžig)

• 15: Nizka zmožnost: isocetane

• 100: Visoka zmožnost samovžiga: cetane

• Spodnja meja zahtevanega cetanskega števila: 51

• Vsebnost žvepla: Manj kot 50 ppm Gorivo z nizko vsebnostjo žvepla

• Izključi emisije žveplovega dioksida (SO2)

• Zniža emisije PM

• Manj kot 10 pmm: Gorivo brez žvepla (od l. 2009)



HC CO NOx PM

Diesel

Bencin




EVROPSKI EMISIJSKI STANDARDI

Standard Leto CO HC HC + NOx NOx PM

Euro 1 1992 2.72 - 0.97 - 0.14

Euro 2 - IDI 1996 1.00 - 0.70 - 0.08

Euro 2 - DI 1999 1.00 - 0.90 - 0.10

Euro 3 2001 0.64 - 0.56 0.50 0.05

Euro 4 2005 0.50 - 0.30 0.25 0.025

Dieselsko osebno vozilo 2.5t (vrednosti v g/km)



ENERGETSKA UČINKOVITOST

NAVOR

Energija enega obrata motorja, ustavarjena iz zgorevanja goriva

[kg.m ali N.m].

1 kg.m=9.8 N.m

Višji kot je navor, tem učinkovitejši je motor pri določenih obratih.

MOČ

Ustvarjena energije na enoto časa [W or KM].

1kW = 1,36 KM

1 KM = 0,736 kW



Krivulja navora

• Kaže porazdelitev navora vzdolž celotnega območja vrtljajev, pri polni moči motorja.

• Bil naj bi karseda raven, kar pomeni dobro odzivnost motorja pri vseh vrtljajih.

• ONM x N.m (ali kg.m)




Krivulja moči

• Kaže porazdelitev moči vzdolž celotnega območja vrtljajev, pri polni moči motorja.

• ONM x kW (or KM)




• Emisije CO2 na liter: Bencin nekoliko manj kot diesel

• Emisije CO2 na km: Diesel porabi manj goriva... …oddaja manj CO2

• Energetska učinkovitost je funkcija kompresijskega razmerja

• Dieselski motorji uporabljajo spremenljivo razmerje zrak gorivo

• Bencinski motorji uporabljajo konstantno razmerja zrak gorivo (stehiometrično: 14.7 proti 1), ne glede na vrtljaje ali obremenitev

• Dieselski motorji imajo nedušeno sesanje in razmerja zrak-gorivo se lahko pri prostem teku spusti do 100 proti 1 in tako omogoča mnogo višjo učinkovitost pri delnih obremenitvah kot bencinski motorji




Kompresijsko razmerje

Teo

retič

na u

čink

ovito

st m

otor

ja

Dieselski motorji

Bencinski motorji

resV

Vmax


SMT



Uporabno delo

Idealni proces

Stehiometrična izgube

Izgube zgorevanja

Sprememba hitrosti

Izgu

be

Izgube trenja

Izgube

87%

Bencinski motor, mestna vožnja




DIESEL proti BENCINU

Diesel Bencin

Polnjenje zrak Zrak in gorivo

ZgorevanjeSamovžig zaradi visokega tlaka in temperature v valju

Vžigalna svečka

GorivoLahko hlapeče in nagnjeno k samovžigu (visoko cetansko število)

Odporno proti samovžigu(visoko oktansko število)

Kompresijsko razmerje Najvišje možno (15 do 24)Omejeno z lastnostjo goriva (9 do 12)

Izkoristek ~35% Manj kot 30%

TurbopolnilnikKadar je možno. Izboljša učinkovitost ter zgorevanje

Ni pogosto, vendar postaja priljubljeno



Diesel Bencin

Poraba goriva Nižja Višja

Cena gorivaNavadno nižja, odvisno od taks

Višja

Teža Težji Lažji in kompakten

Vžig Skoraj takojšen Takojšen

Vibracije in hrup Visoke Nizke

Vrtljaji motorjaOmejeni z lastnostmi cikla in goriva

Visoki

DIESEL proti BENCINU



AVTOMOBILSKA INDUSTRIJA - ANEKDOTA

Leta 1976, je Volkswagen prišel na tržišče z oznako “GTI”, vendar je ni registriral.

Skoraj vsi kasnejši avtomobili so jo uporabili!!

Toda leta 1991, je Volkswagen prišel na tržišče z oznako “TDI” in jo tudi registriral. Rezultat tega je…



TDI – VAG Group TiD - Saab

JTD - Alfa, Fiat, Lancia D- 4D - Toyota

d - BMW D5- Volvo

CRD - Chrysler, Jeep HDI - Peugeot, Citroën

TDdi - Ford Di-D – Mitsubishi

TDCi - Ford dTi - Renault

CDTi - Honda dCi - Renault

CRDi - Hyundai CDT – Rover

DvTdi – Mazda DTI – Opel

DiTD – Mazda

CDI – Mercedes

DDTi – Nissan

AVTOMOBILSKA INDUSTRIJA - ANEKDOTA



Povzetek

Prednosti dieselskih motorjev:

• Višja energetska učinkovitost: Porabi manj goriva/energije (deluje pri višjih kompresijskih razmerjih)

Prednosti bencinskih - Otto motorjev:

• Boljši hladen vžig

• Manj hrupa in tresljajev

• Boljša odzivnost (višje vrtilne hitrosti)

• Lažji

• Večja moč pri enakih dimenzijah



Povzetek

Investicije vdieselske motorje/tehnologijo nameravajo:

• Izboljšati razprševanje goriva (visokotlačno vbrizgovanje))

• Izboljšati tokove znotraj valja

• Optimiziran vbrizg za zmanjševanje hrupa in vibracij

• Povečati moč in navor ob ohranitvi porabe goriva (optimizacija turbopolnilnikov)

• Optimizacija vbrizgavanja goriva za zmanjšanje porabe (n.pr.: tehnologije vbrizga)



Naftna podjetja delajo na:

• povečanju cetanskega števila

• zmanjšanju vsebnosti žvepla

Povzetek



Zahvala Prof. Tiago Farias

Technical University of Lisbon



Hvala za vašo pozornost!

KONVENCIONALNA GORIVA Carlos Sousa AGENEAL, Local Energy Management Agency of Almada

Documents

Transcript of KONVENCIONALNA GORIVA Carlos Sousa AGENEAL, Local Energy Management Agency of Almada