DIESEL- OCH BENSINMOTORER

En presentation över ämnet: "DIESEL- OCH BENSINMOTORER"— Presentationens avskrift:

1 KONVENTIONELLA DRIVMEDEL Carlos Sousa AGENEAL, Local Energy Management Agency of Almada

2 DIESEL- OCH BENSINMOTORER
4-taktscykeln Huvudsakliga delar Hjälpsystem

3 DIESELNS 4-taktscykel INSUGNING Luft kommer in i förbränningsrummet

4 DIESELNS 4-taktscykel KOMPRESSION
Med alla ventiler stängda går kolven upp och komprimerar luften i cylindern Ökning av lufttemperatur och tryck

5 DIESELNS 4-taktscykel INSPRUTNING
Bränslet sprutas in i cylindern vid högt tryck, efter kompression av luften

6 DIESELNS 4-taktscykel EXPANSION
Bränslet antänds vid kontakt med den heta luften Kraften som ges motorn genereras nu

7 DIESELNS 4-taktscykel UTBLÅS
Efter förbränningen lämnar de varma gaserna cylindern genom avgasventilerna

8 DIESELNS 4-taktscykel COMBUSTÃO INSUG KOMPRESSION INSPRUT-NING
EXPANSION UTBLÅS

9 Kompressions-förhållande =

10 MOTORNA HUVUDSAKLIGA KOMPONENTER

11 MOTORNS HUVUDSAKLIGA KOMPONENTER
Kolv – överför rörelsen till vevstaken Vevstake – överför rörelsen till vevaxeln Vevaxel– Omvandlar den pendlande rörelsen till en cirkulär rörelse

12

13

14

15 HUVUDSAKLIGA HJÄLPSYSTEM
Distribution (öppnande / stängning av ventiler) Kylsystem (förebygger överhettning) Smörjning (reducerars friktion, tvättar komponenter etc.) Bränslesystem (bränsleinsprutning)

16 DISTRIBUTION Double OverHead Cam, DOHC (dubbel överliggande kamaxel)
Sidoställd kam

17 DISTRIBUTION

18 KYLSYSTEM Syften Kylsystemets syften:
Hålla motorn vid lämplig drifttemperatur (förebygga att komponenter smälter) Bevara de fysiska och kemiska egenskaperna hos smörjoljan (kan försämras vid hög temperatur) Fördela värme till bilens kupé Förbättra kallstart

19 KYLSYSTEM Vattenpump Termostat Kylare Fläkt Värmesystem

20 SMÖRJSYSTEM Motoroljans funktion är mycket mer än att smörja.
Oljan måste också ha: Hög rengörande och dispergerande effekt Hög anti-oxidationseffekt God kylkapacitet (bidrar till motorns kylning) God kapacitet att neutralisera syror Bibehålla egenskaper vid temperaturförändring

21 SMÖRJSYSTEM

22 BRÄNSLESYSTEM Syfte: Föra in bränsle till motorn - bränslet blandas med heta luften i cylindern, förgasas, självantändes och brinner

23 BRÄNSLESYSTEM Indirekt insprutning DIREKTINSPRUTNING
Direktinsprutning i cylindrarna Högre insprutningstryck Dyrare och mer krävande teknik Multipla jet-insprutare

24 DIREKTINSPRUTNING vs. INDIREKT INSPRUTNING
Förluster Högre termiska förluster Hög temperaturförlust mellan kammare Prestanda Högre Lägre Hastighet Låg motorhastighet Högre motorhastighet Bränsle Kräver högre bränslekvalitet Fungerar med bränslen av lägre kvalitet (viskositet, cetantal) Insprutning Multi-jet (higher insprutningstryck) Single-jet (lägre insprutningstryck )

25 DIREKTINSPRUTNING vs. INDIREKT INSPRUTNING
Fördelar Nackdelar Lägre bränsleförbrukning Pris Effekt Buller Kallstart Vibration

26 DIREKTINSPRUTNING

27 DIREKTINSPRUTNING Spruta och Virvla

28 TYPER AV INSPRUTNINGSSYSTEM
Radial och “in-line”-pump Injektionspump “Common Rail”

29 TYPER AV INSPRUTNINGSSYSTEM
In-line pump bar  bar vid injektorns spets

30 TYPER AV INSPRUTNINGSSYSTEM
Radialpump 1 000 till bar vid injektorns spets

31 INSPRUTNINGSSYSTEM Injektionspump  2000 bar Fördelar
Inga bränslebanor under högt tryck Högre injektionstryck Lägre bränsleförbrukning Bättre vridmoment och effekt vid låga varvtal

32 INSPRUTNINGSSYSTEM Common-Rail Fördelar Pressão máx. 1350 – 1500 bar
Bättre kontroll över insprutningen Reduktion av buller och vibrationer Bra bränsleförbrukning Bra vridmoment och effekt Reduktion av emissioner

33 INSUGNING I BENSINMOTORER
En bensinmotor kan ta emot: En blandning av luft och bränsle Luft, med bränsle som sprutas in direkt i cylindern – Direktinsprutningsmotorer Source: Total

34 TURBOLADDNING Syfte: Öka effekt/vikt-förhållande
En kompressor ökar densiteten hos luften innan den släpps in i cylindrarna. Nackdelar (jämfört med motorer utan turbo) : Komplexitet och kostnad Högre fysiska och termiska belastningar på motorn Fördelar: Högre vridmoment och effekt Lägre bränsleförbrukning

35 TURBOLADDNING

36 TURBOLADDNING

37 TURBOLADDNING Variabel geometri
Större vridmoment över hela varvtalsregistret Lägre bränsleförbrukning Högre effekt

38 TURBOLADDNING INTERCOOLER Syfte: Öka effekt/vikt-förhållandet
Kyler luften efter kompressionen, innen den släpps in i cylindern: Större luftmassa i cylindrarna Mer bränsle Större vridmoment Mer effekt

39 FÖRORENINGSBILDNING OCH -KONTROLL
Förbränning i Dieselmotorer karakteriseras av en hög koncentration av bränsledroppar (dålig sönderdelning/förångning av bränslet). Huvudsakliga föroreningar: Partiklar (PM) Uförbrända kolväten, HC Koloxid, CO Kväveoxider, NOx

40 FÖRORENINGSBILDNING OCH -KONTROLL
Reduktion av föroreningingar: Avgasrecirkulation (Exhaust Gas Recirculation, EGR) Partikelfilter Katalytisk avgasrening

41 FÖRORENINGSBILDNING OCH -KONTROLL
Reduktion av föroreningingar Diesel: Avgasrecirkulation, EGR (förebygger bildandet av NOx) Partikelfilter, aktiva och passiva (PM) Oxidationskatalysator (HC and CO) Selective Catalytic Reduction, SCR (NOx till N2 och H2O) Bensin: 3-vägskatalysator Oxidationskatalysator (CO och HC till CO2 och H2O) Reduktionskatalysator (NO till N2 och O2)

42 Bränslekvalitet, Diesel:
Diesel härrör från cetan (C10H22) Cetanetal: Anger bränslets kapacitet att självantända ( mindre fördröjning innan självantändning) 15: Låg självantändningskapacitet: isocetane 100: Hög självantändningskapacitet: cetane Minsta cetantal som krävs: 51 Svavelinnehåll: Mindre än 50 ppm  Lågsvavligt bränsle Eliminera emissioner av svaveldioxid (SO2) Reducera partikelemissioner (PM) Mindre än 10 pmm: Svavelfritt bränsle (Från 2009)

43

44 FÖRORENINGSBILDNING OCH -KONTROLL
HC CO NOx PM Diesel Bensin

45 EUROPEAN EMISSIONS STANDARDS
Diesel personbilar  2.5t (värden i g/km) Standard År 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 0.90 0.10 Euro 3 2001 0.64 0.56 0.50 0.05 Euro 4 2005 0.30 0.25 0.025

46 ENERGIEFFEKTIVITET VRIDMOMENT EFFEKT
Energi som genereras ur ett motorvarv, resulterande av förbränning av bränslet [kg.m or N.m]. 1 kg.m=9.8 N.m Ju högre vridmoment, desto effektivare motor vid ett givet motorvarvtal. EFFEKT Genererad energi per tidsenhet [W eller hk]. 1 kW = 1,36 hk 1 hk = 0,736 kW

47 ENERGIEFFEKTIVITET Vridmomentskurvan
Visar vridmomentets fördelning längs hela varvtalsområdet, vid full motorbelastning (full gas). Bör vara så be as plan som möjligt, vilket ger bra motorrespons vid alla varvtal. RPM x N.m (eller kg.m)

48 ENERGIEFFEKTIVITET Effektkurvan
Visar effektens fördelning längs hela varvtalsområdet, vid full motorbelastning (full gas). RPM x kW (eller hk)

49 ENERGIEFFEKTIVITET CO2-emissioner per liter: Bensin lite mindre än Diesel CO2-emissions per km: Diesel använder mindre bränsle... …släpper ut mindre CO2 Energieffektiviteten är en funktion av kompressionsförhållandet Dieselmotorer använder variabla bränsle/luftförhållanden Bensinmotorer använder ett konstant luft/bränsleförhållande (stökiometriskt: 14.7 to 1), oberoende av hastighet och last Dieselmotorer har ett ostrypt insug och luft/bränsleförhållandet vid tomgång kan vara så lågt som 100:1, vilket ger en mycket högre dellastverkningsgrad än bensinmotorer

50 ENERGIEFFEKTIVITET Bensinmotorer Theoretical engine efficiency
Kompressionsför-hållande Theoretical engine efficiency Dieselmotorer Bensinmotorer

51 ENERGIEFFEKTIVITET Bensinmotorn vid stadskörning Nyttigt arbete Losses
Ideal process Stökiometriska förluster Förbränningsförluster Hastighetsvariationer Losses Friktionsförluster 87% Bensinmotorn vid stadskörning

52 DIESEL vs. BENSIN Diesel Bensin Inlopp Förbränning Bränsle
Luft Luft och bränsle Förbränning Självantändning, beroende på det höga trycket och temperaturen i cylindern Tändstift Bränsle Måste förångas lätt och självantända (högt cetantal) Måste kunna motstå självantändning (högt octantal) Kompressionsförhållande Högsta möjliga (15 to 24) Begränsas av bränsleegenskaper (9 to 12) Effektivitet ~35% Mindre än 30% Turboladdning När möjligt. Ökar effektiviteten och förbättrar förbränningen Inte vanligt, men börjar bli en populär lösning

53 DIESEL vs. BENSIN Diesel Bensinl Bränsleförbrukning Bränslepris Vikt
Låg Högre Bränslepris Vanligtvis lägre, men beror på skatter i olika länder Vikt Tyngre Lättare och mer kompakt Start Nästan omedelbar Omedelbar Vibrationer och ljud Höga Låga Motorvarvtal Begränsas av egenskaperna hos cykeln och av bränslet Högt

54 BILINDUSTRIN – EN FUNDERING
1976, myntade Volkswagen beteckningen “GTI”, men registrerade den inte. Nästan alla biltillverkare använde den!! Men, 1991, Volkswagen myntade beteckningen “TDI” och registrerade den. Resultatet var…

55 CAR INDUSTRY – ONE CURIOSITY
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

56 Sammanfattning Dieselmotorns fördelar: Bensinmotorns fördelar:
Bättre energieffektivitet: Använder mindre bränsle/energi (går med högre kompressionsförhållande) Bensinmotorns fördelar: Bättre kallstart Mindre buller och vibrationer Högre elasticitet (högre motorvarvtal) Lättare Högre effekt för samma motorstorlek

57 Sammanfattning Investeringar i Dieselteknologi avser att:
Förbättra sönderdelningen av bränslet (högre injektionstryck) Förbättra flödet i cylindern Optimera injsprutningen för att reducera ljud och vibrationer Maximera effekt och vridmoment utan att offra bränsleförbrukning (optimera turboladdning) Optimera bränsleinjsprutningen för att reducera bränsleförbrukning (insprutningsteknik)

58 Sammanfattning Oljebolagen arbetar med att: Öka cetantal
Lägre svavelinnehåll

59 Tack till Prof. Tiago Farias
Technical University of Lisbon

60 Tack för visat intresse!