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