ĮPRASTINIAI DEGALAI Carlos Sousa AGENEAL, Almados vie tinė energetikos valdymo agentūra

ALTERNATIVE FUELS AND VEHICLES

www.transportlearning.net

ĮPRASTINIAI DEGALAI

Carlos Sousa

AGENEAL, Almados vietinė energetikos valdymo

agentūra



DYZELINIAI IR BENZININIAI VARIKLIAI

• Keturtaktis

• Pagrindinės dalys

• Pagalbinės sistemos



KETURTAKTIS DYZELINIS VARIKLIS

ĮSIURBIMAS

Oras patenka į degimo kamerą



SUSPAUDIMAS

Prie visų uždarų vožtuvų, stūmoklis kyla suslėgdamas orą cilindro viduje

Didėja oro temperatūra ir slėgis




ĮPURŠKIMAS

Kuras aukštu slėgiu įpurškiamas į cilindrą




IŠSIPLĖTIMAS

Kuras, susilietęs su karštu oru, užsidega

Variklis generuoja mechaninę jėgą.




IŠMETIMAS

Karšti degimo produktai išeina per išmetimo vožtuvą(-us)




ĮSIURBIMAS SUSPAUDIMAS SUSPAUDIMAS IŠMETIMASĮPURŠKIMAS

COMBUSTÃO




• Suspaudimo laipsnis = resV

Vmax



PAGRINDINĖS VARIKLIO DALYS



• Stūmoklis- perduoda judesį švaistikliui

• Švaistiklis- perduoda judesį alkūniniam

velenui

• Alkūninis velenas – perduoda sukimo

judesį varikliui.

PAGRINDINĖS VARIKLIO DALYS









• Paskirstymo sistema (vožtuvų atidarymas/uždarymas)

• Aušinimo sistema (apsaugo detales nuo perkaitinimo)

• Tepimo sistema (mažina trintį, apvalo tepamus paviršius ir pan.)

• Kuro padavimo sistema

PAGRINDINĖS PAGALBINĖS SISTEMOS



Vieno velenėlio

PASKIRSTYMO SISTEMOSDviejų velenėlių, DOHC



PASKIRSTYMO VELENĖLIAI



Paskirtis

AUŠINIMO SISTEMOS

1. Aušina variklio dalis:

palaiko variklio tinkamą drbinę tempeartūrą (t.y. apsaugo dalis

nuo išsilydimo)

palaiko fizines ir chemines tepimo alyvos savybes (kurios

blogėja temperatūrai kylant)

2. Apšildo transporto priemonės saloną

3. Pagerina šalto variklio paleidimą



• Vandens siurblys

• Termostatas

• Radiatorius

• Ventiliatorius

• Šildymo sistema

AUŠINIMO SISTEMA



Variklio tepalo paskirtis ne tik sutepimas.

Tepalas:

•Turi būti dezinfekuojantis ir gerai pasklisti

•Turi turėti geras anti-oksidacines savybes

•Turi turėti geras aušinimo savybes ( prisidėti prie variklio aušinimo)

•Turi turėti geras savybes neutralizuoti rūgštis

•Turi būti tinkamas esant temperatūrų pokyčiams (šaltas ir karštas)

TEPIMO SISTEMA



TEPIMO SISTEMA



KURO SISTEMA

Paskirtis:

• Įpurkšti kurą į variklį, kuris susimaišęs su karštu oru cilindro viduje, garuotų, savaime užsidegtų ir degtų.



1. NETIESIOGINIO ĮPURŠKIMO

2. TIESIOGINIO ĮPURŠKIMO

• Tiesioginis įpurškimas į cilindrus

• Aukštesni įpurškimo slėgiai

• Brangesnė ir reikalaujanti daug

dėmesio technologija

• Aukšto slėgio purkštukai

KURO SISTEMA



Tiesioginis Netiesioginis

Nuostoliai Maži šilumos nuostoliaiAukšti šilumos nuostoliai tarp

kamerų

Savybės Aukštos Žemos

Greitis Mažos variklio apsukos Didelės variklio apsukos

Kuras Aukštos kokybės kurasŽemesnės kokybės kuras

(klampumas, oktaninis skaičius)

Įpurškimas Aukšto slėgio purkštukai Žemo slėgio purkštukai

TIESIOGINIS ar NETIESIOGINIS ĮPURŠKIMAS



Pranašumai Trūkumai

Mažesnis kurio sunaudojimas

Kaina

Našumas Triukšmas

Šalto variklio paleidimas

Vibracija

TIESIOGINIS ar NETIESIOGINIS ĮPURŠKIMAS



TIESIOGINIS ĮPURŠKIMAS



Sūkurinis įpurškimas

TIESIOGINIS ĮPURŠKIMAS



ĮPURŠKIMO SISTEMŲ TIPAI

• Radialinis ir in-line tipo siurbliai

• Purkštukas - siurblys

• “common-rail” tipo




In-line tipo

600...700 bar 1 000 bar priklausomai nuo purkštukų




Radialinis siurblys

1 000 to 1 500 bar priklausomai nuo purkštukų




Privalumai

• Nereikalingos aukšto slėgio kuro linijos

• Aukštas įpurškimo slėgis

• Mažesnės kuro sąnaudos

• Didesnis sukimo momentas ir galia prie mažesnių variklio apsukų

Purkštukas - siurblys

2000 bar




“common-rail” tipo

1 800 2 000 bar

Privalumai

• Geresnė įpurškimo kontrolė

• Mažesnis triukšmas ir vibracija

• Gera skuro sunaudojimas

• Geras sukimo momentas ir galia

• Išmetimų sumažėjimas



BENZININŲ VARIKLIŲ KURO PADAVIMAS

Benzininis variklis gali naudoti:

• Oro ir kuro mišinį

• Orą, tiesiogiai kurą įpurškiant į cilindrą - tiesioginio įpurškimo varikliai

Source: Total



TURBOKOMPRESORIUS

Paskirtis: padidinti galios/masės santykį

Kompresorius padidina oro tankį prieš jam patenkant į cilindrus

Trūkumai (lyginant su paprastais):

• Sudėtingi ir brangūs

• Didesnis fizinis ir šiluminis variklio apkrovimas

Privalumai

• Didelis sukimo momentas ir našumas

• Geresnis kuro sudegimas



TURBOKOMPRESORIUS



TURBOKOMPRESORIUS



Kintamo slėgio

• Dideli sukimo momentai prie visų

variklio apsukų

• Geresnis kuro sudegimas

• Didesnė galia

TURBOKOMPRESORIUS



AUŠINTUVAS

Paskirtis: padidinti galios/masės santykį

Aušina orą po kompresoriaus prieš jam patenkant į cilindrus:

• Didesnė oro masė cilindrų viduje

• Daugiau kuro

• Didesnis sukimo momentas

• Didesnė galia

TURBOKOMPRESORIUS



TERŠALŲ SUDĖTIS IR KONTROLĖ

Degimas dyzeliniuose varikliuose charakterizuojamas aukšta kuro lašelių koncentracija ( nepakankamas kuro išpurškimas/ garavimas)

Pagrindiniai teršalai:

• Kietosios dalelės, PM

• Nesudegę angliavandeniliai, HC

• Anglies monoksidas, CO

• Azoto oksidai, NOx




Išmetimų kontrolė:

• Išmetamųjų dujų recirkuliacija

• Kietų dalelių filtrai

• Katalizatoriai




Išmetimų kontrolė

Dyzeliniai:

• Išmetamųjų dujų recirkuliacija ( apsaugo nuo NOx susidarymo)

• Kietų dalelių filtrai, aktyvūs ir pasyvūs

• Katalizatoriai (sumažina HC ir CO)

• Katalizatoriai (išskaido NOx į N2 ir H2O)

Benzininiai:

• 3-laipsniai katalizatoriai

• Oksidaciniai katalizatoriai (CO ir HC į CO2 ir H2O)

• Redukciniai kjatalizatoriai (NO į N2 ir O2)



Kuro kokybė, Dyzelinas:

• Dyzelinas yra (C10H22)

• Cetano skaičius: parodo aukštą ar žemą kuro savaiminį užsidegimą ( kuo žemesnis tuo lėčiau savaime užsidega)

• 15: žemas savaiminis užsidegimas: izocetanas

• 100: Aukštas savaiminis užsidegimas: cetanas

• Minimalus cetano skaičius: 51

• Sieringumas: Mažiau nei 50 ppm mažo sieringumo kuras

• Sumažinti sieros dioksido taršą (SO2)

• Sumažinti kietųjų dalelių taršą

• Mažiau nei 10 ppm: Besieris kuras (Nuo 2009)





HC CO NOx

PM

Kietos dalelės

Dyzelinas

Benzinas




EUROPINIAI IŠMETIMŲ STANDARTAI

Standartas Metai CO HC HC + NOx NOxPM Kietos

dalelės

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

Dyzeliniai keleiviniai automobiliai 2.5t (dydžiai duoti g/km)



ENERGIJOS EFEKTYVUMAS

SUKIMO MOMENTAS

Tai energija generuota vieno variklio apsisukimo vykstant kuro degimui [kgm arba Nm].

1 kgm=9.8 Nm

Kuo didesnis sukimo momentas, tuo efektyvesnis variklis prie tų pačių apsisukimų.

GALIA

Energija generuota per laiko tarpą [W or hp].

1kW = 1,36 hp

1 hp = 0,736 kW



ENERGIJOS EFEKTYVMAS

Sukimo momento kreivė

• Rodo sukimo momento pasiskirstymą pagal pilną variklio apsukų diapazoną, esant pilnai apkrautam varikliui.

• Turėtų būti kaip galima plokštesnė, tai reiškia gerą variklio valdymą prie visų greičių.

• RPM x Nm (ar kgm)




Galios kreivė

• Rodo galios pasiskirstymą pagal pilną variklio apsukų diapazoną, esant pilnai apkrautam varikliui

• RPM x kW (ar hp)




• CO2 išmetimai litrui: benzininiuose truputį mažesni nei dyzeliniuose

• CO2 išmetimai km: Dyzeliniai suvartoja mažiau kuro... išmeta mažiau CO2

• Energijos efektyvumas priklauso nuo suspaudimo laipsnio

• Dyzeliniuose varikliuose kintamas kuro ir oro santykis

• Benzininiuose varikliuose oro ir kuro santykis pastovus (stechiometrinis: 14,7 prie 1) nepriklausomai nuo apsukų ir apkrovos

• Dyzeliniuose varikliuose oro ir kuro santykis priklauso nuo apsukų ir apkrovos ir gali būti nuo mažiausio iki 100 prie 1. Tai leidžia daug efektyviau išnaudoti variklį.




Suspaudimo laipsnis

Teo

rinis

var

iklio

efe

ktyv

umas

Dyzeliniai varikliai

Benzininiai

varikliai

resV

Vmax




Naudingas darbas

Idealus darbas

Stoichiometriniai nuost

Degimo nuostoliai

Greičio pokyčiai

Nuo

stol

iai

Trinties nuostoliai

Nuostoliai

87%

Benzininis variklis, važiavimas mieste



DIZELINIS ar BENZININIS

Dyzelinis Benzininis

Įsiurbimas Oras Oras ir kuras

DegimasSavaiminis užsidegimas dėl aukšto slėgio ir temperatūros cilindro viduje

Priverstinis-kibirkštis

KurasLėtas garavimas ir savaiminis užsiliepsnojimas (aukštas cetaninis skaičius)

Turi būti atsparus savaiminiui užsiliepsnojimui(aukštas octaninis sk.)

Suspaudimo laipsnisDidžiausias galimas (15 iki24)

Riboja kuro savybės (9 iki 12)

Efektyvumas ~35% Mažiau nei 30%

TurbokompresoriusGalimas. Padidina efektyvumą ir pagerina degimą

Nėra įprastas, bet tampa vis populiaresnis



DIZELINIS ar BENZININIS

Dyzelinis Benzininis

Kuro suvartojimas Mažas Didelis

Kuro kainaPaprastai žema, bet priklauso nuo kiekvienos šalies mokesčių sistemos

Aukšta

Svoris SunkesnisLengvesnis ir kompaktiškesnis

Paleidimas Beveik iš karto Iš karto

Vibracija ir triukšmas Didelis Mažas

Variklio sūkiai Riboja ciklo ir kuro savybės Aukštas



AUTOMOBILIŲ PRAMONĖS KURIOZAI

1976 m. Volkswagen pasiūlė žymėjimą “GTI”, bet jo neužregistravo.

Beveik visi automobilių gamintojai tai panaudojo !!

Bet 1991 m. Volkswagen pasiūlė žymėjimą “TDI” ir užregistravo jį. Rezultatas...



AUTOMOBILIŲ PRAMONĖS KURIOZAI

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



Išvados

Dyzelinių variklių privalumai:

• Geresnis energijos efektyvumas: sunaudoja mažiau kuro/energijos (aukštesnis suspaudimo laipsnis)

Benzininių variklių privalumai:

• Lengvesnis šalto variklio užvedimas

• Mažiau triukšmo ir vibracijos

• Lankstesnis (didesni variklio apsisukimai)

• Lengvesnis

• Daugiau galios iš tokio pat variklio dydžiui



Išvados

Investicijos į Dyzelinius variklius/technologijas skirtos:

• pagerinti kuro įpurškimą (aukštesni įpurškimo slėgiai)

• pagerinti mišinį cilindro viduje

• optimizuoti įpurškimą siekiant sumažinti triukšmą ir vibraciją

• didinti našumą ir sukimo momentus nedidinant kuro suvartojimo (optimizuoti turbokompresorių)

• optimizuoti kuro įpurškimą siekiant sumažinti kuro suvartojimą (t.y.; įpurškimo technologijos)



Naftos kompanijos stengiasi:

•Padidinti cetaninį skaičių

•Sumažinti sieros kiekį

Išvados



Dėkui Prof. Tiago Farias

Lisabonos technikos universitetas



Ačiū už dėmesį!

Documents

ĮPRASTINIAI DEGALAI Carlos Sousa AGENEAL, Almados vie tinė energetikos valdymo agentūra