Motorkoncept 2. Nhut Lam, doktorand. Avd. för förbränningsmotorer, Lunds Universitet

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Motorkoncept 2. Nhut Lam, doktorand. Avd. för förbränningsmotorer, Lunds Universitet"

Ingegerd Lundgren
för 7 år sedan
Visningar:

1 Motorkoncept Nhut Lam, doktorand Avd. för förbränningsmotorer, Lunds Universitet

2 Projektinformation Projektnamn: Motorkoncept 2 (etapp 1) Projekduration: till Huvudstödmottagare: Lunds Universitet Program: FFI Stödsumma: kr 2

3 Presentationsprogram Motiv Existerande motorkoncept Motorkoncept 2 Simuleringsresultat Sammanfattning 3

4 Motivering till projektet Framtida utsläppskrav beträffande koldioxid kommer att bli ännu hårdare. Ett exempel: -År 2020 tillåter EU maximalt 95 g/km för personbilar (130 g/km år 2015) Ständig efterfrågan att reducera kostnaden för drivmedel för brukaren Förbränningsmotorer med högre bromsad verkningsgrad behövs. 4

5 Bromsad verkningsgrad -produkten av fyra delverkningsgrader Brake Combustion * Thermodynamic * GasExchange * Mechanical Bränsleenergi Värmeenergi Indikerat arbete (gross) Värme- & avgasförluster Indikerat arbete (net) 5 Bromsat arbete Förbränningsförluster Pumpförluster Friktionsförluster

6 6 Existerande motorkoncept

7 2 existerande motorkoncept med olika egenskaper Naturally aspirated SI-engine CR ~10:1 Scania D12 PPC, research CR ~ 17:1 Müller, D.-I.R., et al., Der neue 6-l-W12-Motor im Audi A8, in MTZ SAE INTERNATIONAL Manente, V. et. al. SAE

8 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 8 0% SAE INTERNATIONAL Combustion efficiency SI jämfört med PPC -Delverkningsgrader 22.0% units Thermo. efficiency Gas exchange efficiency 5.3% units Mechanical efficiency 17.5% units Brake efficiency Naturally aspirated SI-engine PPC (8 bar IMEPg)

9 Sammanfattning av delverkningsgrader: -Motortyperna har olika egenskaper! NA-SI engine Bra Gasväxling Mekanisk PPC engine Bra Förbränning Termodynamisk Dålig Dålig Förbränning Gasväxling Termodynamisk Mekanisk 9 SAE INTERNATIONAL

10 Motorkoncept 2 DCEE -Double Compression-Expansion Engine 10

11 Högtryckscylinder CR=11.5:1 Konceptlayout CAC Lågtryckscylinder CR=100:1 Inlet valve B Exhaust valve B Outlet valve Inlet port from cross-over Inlet valve A Exhaust valve A 11 Crossover channel Obs! Ej skalenllig!

12 Simuleringsmodell & resultat Simuleringar utförda i GT-power 12

13 DCEE-simuleringar - 2 simulerings modeller Unit DCEE λ=1.2 DCEE λ=3.0 Slagvolym, högtryckscylinder dm Kompressionsförhållande, Högtryckscylinder :1 Slagvolym, lågtryckscylinder dm Kompressionsförhållande, lågtryckscylinder - 100:1 EGR % 0 Temperatur, mellankylare K 350 Simulerad motorvarvtal rpm 1900 Ingen mellankylning 13 SAE INTERNATIONAL

14 Simuleringsresultat: Verkningsgrader (Förbränningsverkningsgraden antas vara 100%) % 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Termodynamisk Gasväxling Mekanisk Bromsad DCEE, λ= % 98.2% 96.1% 54.5% DCEE, λ= % 97.5% 92.8% 56.0% SAE INTERNATIONAL

15 15SAE INTERNATIONAL Simulerat cylindertryck, DCEE

16 Låga värme- och friktionsförluster bidrar till den höga verkningsgraden Låg kompression Hög kompression Lågt kompressionsförhållande (förbränningscylindern) ger en fördelaktig geometri där väggarea/volym-förhållandet reduceras. Detta resulterar i minskade värmeförluster. Reducerat maxtryck i lågtryckcylindern möjliggör en design med kraftigt reducerad FMEP. Mekanisk verkningsgrad förbrättras avsevärt. V c V c 16 SAE INTERNATIONAL

17 Sammanfattning, termodynamisk verkningsgrad Simuleringarna visar att DCEE-konceptet vid λ = 3.0 förbränning ger en termodynamisk verkningsgrad 61.9 %. -Låga värmeförluster är huvudskälet. Gynnsam geometri på förbränningsrummet gör att väggarean är mindre i DCEE konceptet jämfört med en konventionell motor. 17 SAE INTERNATIONAL

18 Sammanfattning: Gasväxling, mekanisk samt bromsad verkningsgrad Pumpförlusterna i DCEE konceptet är mellan 2.5 och 5 gånger större jämfört mot en konventionell motor. -På grund av begränsningar i ventilarea. Höga cylinder-topptryck kräver en mekanisk design med hög friktion. -DCEE konceptet lider inte av detta eftersom den höga friktionen är isolerad till högtryckscylindern. DCEE konceptet ger 56.0% bromsad verkningsgrad med λ =3.0 förbränning. Detta kan jämföras med 47.0% som uppnås i dagens moderna lastbilsmotorer. -Bränsleförbrukningen reduceras med 16%. 18 SAE INTERNATIONAL

19 Tillkännagivanden Tack till våra projektfinansiärer: -Volvo AB -Energimyndigheten 19 SAE INTERNATIONAL

20 Mer info om konceptet & kontaktuppgift: Paper: Double Compression-Expansion Engine Concepts: A Path to High Efficiency SAE Paper: E-post: nhut.lam@energy.lth.se 20

Relevanta dokument

Alternativa drivmedel och ny fordonsteknik. Marcus Olsson Volvo Lastvagnar Sverige

Alternativa drivmedel och ny fordonsteknik Marcus Olsson Volvo Lastvagnar Sverige Dettifoss 200 ton per sekund Lagstiftning, en kraftfull grön resurs PM (g/kwh) 0.36 Eu1 (1993) Existerande och planerad