Batni motorji z notranjim zgorevanjemlab.fs.uni-lj.si/kes/energetski_stroji_in_naprave/ESN... ·...
Transcript of Batni motorji z notranjim zgorevanjemlab.fs.uni-lj.si/kes/energetski_stroji_in_naprave/ESN... ·...
-
Batni motorji z notranjim zgorevanjem
-
2
Energijske pretvorbe - BMNZ
-
3
Razvrstitev batnih motorjev z ozirom na tok
delovnega medija, gibanje bata in taktnost
BATNI MOTORJI
2-TAKTNI
Z ZUNANJIM ZGOREVANJEM
4-TAKTNI
Z ROTIRAJOČIM
BATOM
Z NOTRANJIM ZGOREVANJEM
S PREMOČRTNO
GIBAJOČIM SE BATOM
-
4
4-taktni delovni cikel
-
5
2-taktni delovni cikel
-
6
Štoss, Spalovaci motory
p-V diagram realnih in teoretičnih 4T in 2T ciklov
-
7
Wanklov motor z rotirajočim batom
http://image.motortrend.com/f/auto-review/2008-
mazda-rx-8-happy-40th-anniversary-wankel-
twin/6966031+w750/wankel-engine-cutaway.jpg
-
8
Teoretični delovni cikli
Teoretični delovni cikli so poenostavljeni/idealizirani modeli realnih ciklov, ki
potekajo v napravah. Teoretični cikli ne popišejo natančno sprememb
termodinamskih veličin delovnega medija. Kljub temu so uporabno orodje
za analizo trendov realnega cikla, nikakor pa ne smemo preceniti njihove
natančnosti in napovedovalnosti.
Pri analizi teoretičnih ciklov uvedeno naslednje poenostavitve:
• Proces v motorju popišemo z zaprtim termodinamskim krožnim
procesom, kar pomeni, da se ne spremeni količina in kemijska sestava
delovnega medija.
• Proces zgorevanja zamenjamo z dovodom toplote iz okolice.
• Proces izmenjave delovnega medija z odvodom toplote v okolico.
• Procesa kompresije in ekspanzije sta adiabatna – ni izmenjave toplote z
okolico.
• Eksponent adiabate je enak v procesu kompresije in ekspanzije, ker se
kemijska sestava delovnega medija ne spreminja.
-
9
Teoretični
delovni
cikli
Teoretični procesi:
a) in d) ottov,
b) in e) dizlov
ter c) in f) sabathejev proces
-
10
Teoretični delovni cikli
Delo krožnega procesa
oddoKE QQWWW
V proces dovedena toplota: iGdo HmQ
Kurilnost zmesi:
G
Z
i
ZG
do
Zm
doZmi,
1m
m
H
mm
Q
m
QH
Dejansko delo motorja
WW mie
-
11
Teoretični delovni cikli
Osnovni pojmi teoretičnega popisa
Kompresijsko razmerje: 2
1
V
V
Stopnja povečanja tlaka: 2
3
p
p
Stopnja predhodne ekspanzije: 3
4
V
V Ottov motor: 1
Izentropna kompresija: 112
TT
Izohorni dovod toplote: 113
TT
Izobarni dovod toplote: 1
14
TT
Izentropna ekspanzija: 15 TT
Dizelski motor: 1
-
12
Teoretični delovni cikli
Termični izkoristek krožnega procesa
11
111
1
1
3423
15
do
oddot
TTcmTTcm
TTcm
Q
QQ
pv
vSabathejev proces:
Otto proces ( = 1):
Diesel proces ( = 1):
1t
11
1
111
1t
Pri enakem kompresijskem razmerju ima Ottov motor boljši termični izkoristek kot Dizelski motor.
Dizelski motor dopušča (zahteva) večja kompresijska razmerja.
Primerjati je potrebno primerjalne procese pri najvišjih temperaturah in tlakih.
-
13
x = 0
x = 1.0
R = 287 J/kg.K, cv = 736 J/kg.K, = 1.4, Qdov = 3275 J, p1 = 100 kPa, V1 = 0.001 m3
= 1.0
Primerjava izkoristkov Sabathejevega cikla
p
xQdov
(1-x)Qdov
Qodv
-
14
Izkoristek idealnega Ottovega procesa
Odvisnost izkoristka teoretičnega ottovega procesa od
kompresijskega razmerja in razmerja specifičnih toplot
1
11
Otto
-
Efektivni izkoristek realnega
PI motorja (posredno vbrizgavanje goriva):
DI motorja (neposredno vbrizgavanje goriva):
15
st
eeffvIM
setst
ieff
setst
effN
nV
L
Hm
L
HHmP
11Z
iiG
Parametri delovne sposobnosti
1stN
2stN ... 4T
... 2T
V
mm
IM
cikelGcikelZ
V
,,
st
eeffvIM
setst
i
N
nV
L
HP
V
m
IM
cikelZ
V
,
Gst
Z
mL
m
st
ecikelZ
N
nmm ,Z
Pomožni formuli:
-
16
Temperatura
Samo
gorivo
Samo zrak ali kisik
= 0 =
Področje vnetljivosti za
zmes goriva in kisika
Področje vnetljivosti za
zmes goriva in zraka
= 1
Meje vnetljivosti homogene zmesi
gorivost
zrak
mL
m
-
17
Shematski prikaz zgorevanja homogene
zmesi s prisilnim vžigom
-
18
Shema Ottovega motorja
Vir: Motorno vozilo, 2004
-
19
mzmesi
0 P Pmeh. izgube
zrak
n = const
~ 1
Količinska regulacija zmesi
-
20
Dizelsko zgorevanje
1Dieselgorivost
zrak
mL
m
-
21
mzmesi
0 Pe Pmeh. izgube
zrak
n = const
> 1
1.15 - 2 8 - 20 = ∞
Kvalitativna regulacija zmesi
-
22
Ogljikov
monoksid Metan
Metanol Etanol Benzol
Dizel
Tekoči
naftni plin
Bencin
Acetilen Vodik
Nitrometan
Ogljikov monoksid
Metanol
Etanol
Benzol
Bencin
Dizel Metan
Vodik
Zemeljski plin
Tekoči naftni
plin
Nitrometan
Stehiometrično razmerje (kg zraka/kg goriva)
Sp
od
nja
ku
riln
ost
(M
J/k
g)
Sp
od
nja
ku
riln
ost
ste
hio
met
ričn
e
zmes
i (M
J/k
g)
st
icombmix
L
HH
1
Kurilna
vrednost
Goriva in
stehiometrične
zmesi
-
Efektivni izkoristek realnega
PI motorja (posredno vbrizgavanje goriva):
DI motorja (neposredno vbrizgavanje goriva):
23
st
eeffvIM
setst
ieff
setst
effN
nV
L
Hm
L
HHmP
11Z
iiG
Parametri delovne sposobnosti
1stN
2stN ... 4T
... 2T
V
mm
IM
cikelGcikelZ
V
,,
st
eeffvIM
setst
i
N
nV
L
HP
V
m
IM
cikelZ
V
,
Gst
Z
mL
m
st
ecikelZ
N
nmm ,Z
Pomožni formuli:
-
24
Pischinger R. et al, Thermodynamik der Verbrennungskraftmachine
- efektivni izkoristek
- indicirani izkoristek
- indicirani izkoristek brez izgub izmenjave
delovnega medija
- izkoristek teoretičnega primerjalnega
procesa
- znižanje izkoristka zaradi mehanskih izgub
- znižanje izkoristka zaradi izmenjave
delovnega medija
- znižanje izkoristka zaradi pretoka iz
predkomore
- znižanje izkoristka zaradi netesnosti
- znižanje izkoristka zaradi prestopa toplote
- znižanje izkoristka zaradi neidealnega
poteka zgorevanja
- znižanje izkoristka zaradi nepopolnega
zgorevanja
e
i
HDi,
V
u
VW
Leck
m
Lad
u
Primerjava izkoristka
realnega in
teoretičnega cikla
Porazdelitev izgub 1.5 litrskega Dizelskega motorja s
predkomoro pri 3000 1/min v odvisnosti od srednjega
efektivnega tlaka
Entalpija izpušnih plinov
Srednji efektivni tlak [bar]
Do
ve
de
na
en
erg
ija [%
]
-
25
Sprememba
obremenitve
Ottovega motorja
g
st
g
ist
V
VpN
V
WNIMEP
d
OP IMEP [bar] IMEP_HP [bar] IMEP_LP [bar] ISFC [g/kWh]
Full Load 10.04 10.25 -0.21 230
Part Load- Throttle 1.27 2.03 -0.76 357
Part Load - EIVC 1.54 2.08 -0.54 303
-
26
Podaljšana ekspanzija – Atkinsonov cikel
http://www.dself.dsl.pipex.com/MUSEUM/POWER/unusualICeng/atkinson/atkinson.htm http://www.libralato.co.uk/images/fig6.gif
http://www.dself.dsl.pipex.com/MUSEUM/POWER/unusualICeng/atkinson/atkinson.htmhttp://www.libralato.co.uk/images/fig6.gif
-
27
BMW
Valvetronic
Vir: BMW
-
Efektivni izkoristek realnega
PI motorja (posredno vbrizgavanje goriva):
DI motorja (neposredno vbrizgavanje goriva):
28
st
eeffvIM
setst
ieff
setst
effN
nV
L
Hm
L
HHmP
11Z
iiG
Parametri delovne sposobnosti
1stN
2stN ... 4T
... 2T
V
mm
IM
cikelGcikelZ
V
,,
st
eeffvIM
setst
i
N
nV
L
HP
V
m
IM
cikelZ
V
,
Gst
Z
mL
m
st
ecikelZ
N
nmm ,Z
Pomožni formuli:
-
29
Izvedbe pogona kompresorja
Shema mehansko gnanega
turbokompresorja in njegova
povezava z motorjem Turbokompresor s plinsko turbino
-
30
Turbopolnilnik
Vir: Motorno vozilo, 2004
V
MNBMEP st
2
p z
a k
om
pr.
[b
ar]
p
pre
d tu
rb. [b
ar]
-
Efektivni izkoristek realnega
PI motorja (posredno vbrizgavanje goriva):
DI motorja (neposredno vbrizgavanje goriva):
31
st
eeffvIM
setst
ieff
setst
effN
nV
L
Hm
L
HHmP
11Z
iiG
Parametri delovne sposobnosti
1stN
2stN ... 4T
... 2T
V
mm
IM
cikelGcikelZ
V
,,
st
eeffvIM
setst
i
N
nV
L
HP
V
m
IM
cikelZ
V
,
Gst
Z
mL
m
st
ecikelZ
N
nmm ,Z
Pomožni formuli:
-
32
Izvedbe z različnim številom ventilov
Volumetrični izkoristek je s stališča ventilov možno izboljšati s:
- povečanjem pretočne površine,
- spremenljivimi krmilni časi ventilov.
-
33
Valovne dinamika v polnilnem zbiralniku
Hiereth H., Prenninger P., Charging the Internal Combustion Engine (Powertrain), 2007