Innehållsförteckning

Transkript

1 Innehållsförteckning Cell A: Frikolv... 2 Cell B: 1-cylinderrigg för lastbilsdiesel... 2 Cell C: 1-cylinderrigg för bensinmotorer... 3 Cell D: Multicylinderrigg för personbilsmotorer... 3 Cell E: 1-cylinderrigg för personbilsdiesel... 4 Cell F: Motorbromsar för laborationsmotorer... 4 Cell G: Spraylaboratoriet... 5 High-Pressure/High-Temperature-spraykammare... 5 Lågtrycksspraykammaren... 5 Vattenspray och kavitationsrigg... 6 Testrigg för bränsleinjektioner... 6

2 Cell A: Frikolv Denna motorrigg har under de senaste åren använts för att utveckla en frikolvsmotor. Denna typ av motor producerar elektrisk energi kan användas som en extra hjälpmotor en s.k. Auxiliary Power Unit-APU för t.ex. lastvagnar eller som en s.k. Range Extender för plug-in hybrider. Frikolvsmotorer kan enkelt anpassas för olika bränslen genom att den har ett kompressionsförhållande som är helt variabelt. Motortestcellen kan enkelt anpassas för multicylinder, lastvagnsdieslar. Cell B: 1-cylinderrigg för lastbilsdiesel Cell B är en testcell utrustad med en AVL 1 cylinderrigg baserad på en VOLVO D12 motor avsedd för tung trafik. Encylindermotorn har en slagvolym på 2l och ett, för den typen av motor, lågt swirltal. Riggen kan utrustas med både enhetsinjektorer och ett s.k. common rail -system för att studera olika injektorparametrar. Tack vare de olika injektorsystemen kan experiment med olika bränslen utföras. Exempel på bränslen som använts är Fischer-Tropsch (FT), RME, PME, DME och olika blandingar av alkolholer och diesel, samt diesel/vatten-emulsioner. I riggen kan luften förutom att konditioneras, även blandas med avgaserna i olika grad (EGR) för att studera förbränningsprocessen och emissioner från förbränningen. För studier av förbränningsprocessen används olika optiska instrument t.ex. ett s.k. Endoscope som monteras i motorkroppen.

3 Cell C: 1-cylinderrigg för bensinmotorer I cell C finns det en AVL singelcylinder rigg som kan anpassas för såväl metallmotor som för en optisk konfiguration. Denna motor har en slagvolym på 500 cc för både metall eller glas varianten och används vid utveckling av bensinmotorer. Genom att ha optisk access till förbränningsrummet från såväl sida som genom kolven kan man med avancerad laserdiagnostiska metoder studera olika förbränningsprocesser, t.ex. HCCI, stratifierad bränsle inblandning och SI. Med dessa lasermetoder, LIF och PIV kan såväl blandningsförhållanden bränsle/luft som emissioner studeras. Motorn är dessutom anpassad för att kunna ställa in kamtider och insprutningstider oberoende av varandra för att kunna styra förbränningsfasningen. Till denna rigg finns även möjlighet att mäta tryck, temperaturer etc. med hög upplösning för vidare analys. Cell D: Multicylinderrigg för personbilsmotorer Motortestcell D, är dimensionerad för att kunna analysera flercylindermotorer av personbilsstorlek. Möjligheter finns för noggranna bränsle och emissionsmätningar vid sidan om konventionell termodynamisk analys via cylindertrycksmätning. I cellen har verksamhet bedrivits med mycket stark koppling till Volvo personvagnar, delvis forskningsmässigt men även mer tillämpade studier har utförts. Närmast har tekniker med potential att förbättra bensinmotorers emissionsutsläpp och bränsleförbrukning utvärderats och utvecklats i ett samarbete mellan Volvo personvagnar och Chalmers. Där en motor med möjlighet att förbränna bränsle på alternativa sätt parallellt med det för dagen konventionella sättet för bensinmotorer har använts för att jämföra de olika sätten med varandra termodynamiskt. Men även nya metoders eventuella inverkan på katalysatorfunktion har undersökts.

4 Cell E: 1-cylinderrigg för personbilsdiesel Testcell E är utrustad med en Ricardo Hydra, singelcylinder dieselmotor baserad på Volvo s personbilsdiesel NED5. Ett standardtopplock som är modifierat för experimentella studier är monterat på motorn som har en slagvolym av 480cc och ett kompressionsförhållande av 16:1. Testcellen är utrustad med ett Common-rail -system och 7-håls piezo-injektorer för studier av bl.a. olika injektionsstrategier (upp till 5 insprutningar per cykel). Ventiltider och ventillyft kan med ett avancerat hydrauliskt system justeras steglös och oberoende av varandra. I cellen finns även möjlighet att överladda insugsluften, blanda den med avgaser (EGR) samt även möjlighet att konditionera den för olika drifttillstånd. I riggen kan olika förbränningskoncept studera för olika dieselliknande bränslen. Cell F: Motorbromsar för laborationsmotorer Motortestcell F, används för att mäta prestanda och analysera emissioner på olika motorer, allt ifrån små handhållna 2-taktare till personbilsdieslar. Det är projekt från dels förbränningsgruppen men även andra institutioner som i huvudsak använder cellen. Ett exempel på detta är ett projekt där Signaler och System studerar återkoppling med moment och jonströmgivare från olika sensorer monterade i cylinderblocket på en Volvo D5- motor med syfte att försöka styra förbränningen i en dieselmotor för olika lastfall. Cellen används även i undervisningssyfte för laborationer på en direktinsprutad bensinmotor med möjlighet att prova olika förbränningsstrategier. Ett annat ändamål för denna cell är att optimera en motor för det så kallade Formula Student-projektet. I ett projekt med syfte att utveckla extremt bränslesnåla fordon testas olika småmotorer under olika driftsförhållande t.ex. intermittent drift.

5 Cell G: Spraylaboratoriet I två av G-cellens olika spraykammare kan man studera olika egenskaper och fenomen hos sprayer. I direktinsprutade motorer kommer förbränningen och emissionerna att styras mycket av egenskaperna hos bränslesprayen vilket innebär att förståelsen för detta är synnerligen viktig för bl.a. modellerare och motorkonstruktörer. I en motor varierar många parametrar samtidigt, exempelvis cylindertryck, cylindertemperatur, gasrörelse, turbulens etc. När en bränslespray sprutas in under förhållanden liknande de i en förbränningsmotor är det svårt att se vad som påverkar vad. Det är här fördelarna med en spraykammare kommer in - vi kan frysa omgivningsförhållandena och se effekten av att variera en parameter i taget. För att efterlikna, för en motor, verkliga insprutningsförhållanden behöver man kunna variera framför allt omgivningstryck, bränsletryck, omgivningstemperatur och bränsletemperatur. Egenskaper man kan studera är droppstorleksfördelning, spraypenetration, bränslefördelning, förångning, hastighetsfält, luftindrag, turbulens, omblandning, bildning av sotpartiklar samt växelverkan spray/spray och spray/vägg. Resultaten från mätningar i spraykammare använd för såväl grundläggande förståelse av sprayer som indata för numeriska simuleringar. High-Pressure/High-Temperature-spraykammare Det unika med Chalmers High pressure/high temperature -spraykammare är att det går att efterlikna förhållanden som råder i olika förbränningsmotorer vid förbränning av olika bränslen. Detta är möjligt genom att ha ett kontinuerligt flöde av uppvärmd tryckluft i spraykammaren och med olika insprutningssystem injicera de flesta förekommande motorbränslen med olika insprutningsstrategier. Ett exempel på detta är multipla dieselinsprutningar där, om temperaturen är tillräckligt hög, förbränningsprocessen och sotbildningen kan studeras med ett flertal olika optiska metoder. De optiska mätmetoder som används är t.ex. Mie-spridning/LIF, Schlieren/Shadowgraphy, LII och m.h.a. olika CCD-kameror (stillbild med ultrakorta öppningstider samt höghastighetskameror med bildhastigheter runt bilder i sekunden med högupplösning). Det finns även möjlighet att studera effekten av väggträff på sprayernas karaktäristika och värmeöverföring mellan spray och vägg med hjälp av flera varianter av temperaturreglerade väggar utrustade med snabba termoelement. Lågtrycksspraykammaren I Chalmers Lågtrycksspraykammare studeras sprayer från bränsleinjektorer avsedda för direktinsprutade bensin/etanolmotorer, men även andra typer av sprayer kan studeras exempelvis, vattensprayer för rökgasrening, färgsprayer, UREA-injektioner för NOxreduktion i efterbehandlingssystemet för dieselmotorer etc.

6 De mätmetoder som används i denna spraykammare är bland annat Phase Doppler Interferometri (PDI), Visioscope, höghastighetsfotografering, olika laserspektroskopiska metoder, exempelvis Laser Induced Fluouresence (LIF). Spraykammaren används vanligtvis för spraystudier där måttlig grad av förångning är tillräckligt samt för studier av sprayer för kallstarter. Vattenspray och kavitationsrigg Denna sprayrigg är designad för att kunna studera flödesfenomen som kan uppträda i olika sorters bränslemunstycken (t.ex. diesel och bensin). Eftersom omgivningens tillstånd inte är desamma som i en motor kan inte de iakttagelser som gjorts överföras direkt till vad som händer däri. Istället är de experiment som genomförs i riggen av en mer grundläggande karaktär. Riggen består av en pump som ger ett konstant flöde och munstycken som vanligtvis är gjorda av genomskinligt material för att göra visuella observationer möjliga. Munstyckena är uppskalade för att bevara Reynoldstal i rätt storlek. Vid en jämförelse med dieselmunstycken innebär detta en munstycksdiameter på ca 4 mm. Tillståndet utanför munstycket är av normalt lufttryck och rumstemperatur, dvs. det finns exempelvis inga försök att skala kavitationtalet genom att ha lågt mottryck. Istället gör omgivningsförhållandena det möjligt att koppla spray/jet iakttagelser till internströmningen i munstyckena. Lämplig optiska metoder för att samla in mätdata med är höghastighetsfilmning (High Speed Imaging - HSI) och Particle Image Velocimetry (PIV) dvs. fotografera och beräkna hur partiklar i en fluid förflyttat sig under ett kort ögonblick. Testrigg för bränsleinjektioner Flödesmätaren används för att mäta bränsleflödet under en insprutning med hjälp av en dieselinjektor med verklig storlek på munstycket. Bränslestrålen påverkar en kraftsensor (en tryckgivare kalibrerad för kraft) där signalen konverteras till ett massflöde. Eftersom trycksensorn är mycket snabbt är det möjligt att mäta bränsleflödet under snabba förlopp. Samtidigt som kraften från bränslet mäts kan sprayen beteende studeras genom att filma med en höghastighetskamera. Bränslet sprutas in under rumsliga förhållanden. Trots detta kan den kalibrerade mätaren visa på ett hur en mängd olika bränslen beter sig för olika injektionstryck.