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

DIESEL- OCH BENSINMOTORER 4-taktscykeln Huvudsakliga delar Hjälpsystem

DIESELNS 4-taktscykel INSUGNING Luft kommer in i förbränningsrummet

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

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

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

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

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

Kompressions-förhållande =

MOTORNA HUVUDSAKLIGA KOMPONENTER

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

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

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

DISTRIBUTION

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

KYLSYSTEM Vattenpump Termostat Kylare Fläkt Värmesystem

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

SMÖRJSYSTEM

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

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

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 )

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

DIREKTINSPRUTNING

DIREKTINSPRUTNING Spruta och Virvla

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

TYPER AV INSPRUTNINGSSYSTEM In-line pump 600...700 bar  1 000 bar vid injektorns spets

TYPER AV INSPRUTNINGSSYSTEM Radialpump 1 000 till 1 500 bar vid injektorns spets

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

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

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

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

TURBOLADDNING

TURBOLADDNING

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

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

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

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

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)

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)

FÖRORENINGSBILDNING OCH -KONTROLL HC CO NOx PM Diesel Bensin

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

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

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)

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

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

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

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

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

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

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…

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

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

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)

Sammanfattning Oljebolagen arbetar med att: Öka cetantal Lägre svavelinnehåll

Tack till Prof. Tiago Farias Technical University of Lisbon

Tack för visat intresse!