KONVENTIONELLE BRÆNDSTOFFER Carlos Sousa AGENEAL, Local Energy Management Agency of Almada

DIESEL OG BENZIN MOTORE 4 cylender Cyklus Hoved komponenter Hjælpe systemer

DIESEL 4 Strengs systemet INTAG Luft intages i forbrændingskamret

DIESEL 4 Strengs systemet Kompressoern Med alle ventilerne lukkede, går stemplet op, og presser luften sammen I cylinderen Derved forhøjer du temperatur og trykket

DIESEL 4 Strengs Systemet INJEKTIONEN Brændstoffet bliver sprøjtet ind i cylinderen ved højt tryk, efter den sammentrykkede luft

DIESEL 4 Strengs Systemet UDVIDELSEN Der går ild I brændstoffet når den kommer I forbindelse med den varme luft Det mekaniske er nu leveret og motoren er nu started

DIESEL 4 Streg Systemet UDSTØDNING Efter forbrændingen, de varme gasser forlader cylinderen gennem udstødningsrøret.

DIESEL 4 Streg Systemet COMBUSTÃO INTAG KOMPRESSION INJEKTION UDVIDELSE UDSTØDNING

Compression Ratio =

HOVEDKOMPONENTERNE I EN MOTOR

HOVED KOMPONENTER I EN MOTOR Stemplet – overføre bevægelse til stangen Forbindelsesstangen – overfører bevægelse til krumtapakslen Krumtapakslen – overføre de alternative bevægelser til cirkulære bevægelser

RESERVESYSTEM Distribution (åbning / lukning af ventilerne) Kølesystemet (forhindrer at komponenterne bliver overophedet) Smøring (reducerer pludselige drejninger, vasker komponenterne, etc.) Benzin (benzin indtag)

DISTRIBUTION Dobbel overliggende knastaksel, DOHC Lateral knastaksel

DISTRIBUTION

KØLE SYSTEMET Objectiver Motor køle komponenter: holder motoren på en passende arbejdstemperatur (i.e. forhindre smeltning af komponenterne) holder fysiske og kemiske former på smøre olierne (kan nedbrydes ved meget høje temperature) Skabe varme til akklimatisere det invendige af et motorkøretøj Forbedre koldstarter

KØLE SYSTEMET Vandpumpe Thermostat Radiator Ventilator Varme system

SMØRE SYSTEMET Funktionerne på motorolie er mere end bare at smøre. Olien må også have: Høj rengørende og dispergerende krafter Høj anti-oxidant krafterpower God køle kapasitet (hjælper motoren til at køle) God kapasitet til at neutralisere syre Bevare sin temperatur ved varmeforandringer (kold og varm)

SMØRE SYSTEM

BRÆNDSTOF SYSTEM formål: Indføre brændstof til motoren, som vil kombinere med den varme luft der er I cylinderen, fordampe, selvantænde og brænde

BRÆNDSTOF SYSTEM Indirekte injektion DIREKTE INJEKTION Direkte injektion i cylinderen Højere injektions pres Dyrer og mere krævende teknologi Multiple jet injektore

DIREKTE INJEKTION vs. INDIREKTE INJEKTION Tab Lavere varmetab Højt varmetabmellem kamrene Performance Højere Lavere Fart Langsom motor fart Højere motor fart Brændstof Kræver højere brændstof kvalitet Kan arbejde med laver kvalitet brændstof (viscositet, cetan ) Injektion Multi-jet (højere injektions pres) Single-jet (lavere injektion pressures)

DIREKTE INJEKTION vs. INDIREKTE INJEKTION Fordele Ulemper Lavere brændstof forbrug Pris Kraft Støj Kold starter Vibrationer

DIREKTE INJEKTION

DIREKTE INJEKTION Sjaskende og Plaskende

TYPER AF INJEKTIONS SYSTEMER Radial og in-line pumpe Injektions-pumpe Fælles Skinne

TYPER AF INJEKTIONS SYSTEMER In-line pumpe 600...700 bar  1 000 bar på spidsen af injektoren

TYPER AF INJEKTION SYSTEMER Radial pumpe 1 000 til 1 500 bar på spidsen af injektoren

INJEKTION SYSTEMER Injektions Pumpe  2000 bar Fordele Ingen højtryks brændstof linie Højere injektions pres Lavere brændstof forbrug Bedre omdrejning og kraft ved lav motor fart

INJEKTIONS SYSTEMER Fælles skinne Fordele Pressão máx. 1350 – 1500 bar Bedre injektions kontrol Reduktion af støj og vibration God brædstof forbrænding God omdrejning og kraft Reduktion af forurenende parametre

TILGANG I BENZIN MOTORERE En benzin motor kan tilføre: En mix af luft og brændstof Luft, med brændstof bliver injekteret direkte in I cylinderen – Direkte Injektions motor Source: Total

TURBOLADNING Objektiv: forbedre kraften/vægten ratio En kompressor forhøjere massefylden af luft før den kommer ind I cylinderen Ulempe (relativ til atmosfæriske motore - “non-turbo”): Højere komplexitet og udgift højere fysisk og termisk belastning på motoren Fordele: Højere omdrejninger og kraft Bedre brændstof forbrug

TURBOLADNING

TURBOLADNING

TURBOLADNING Variabel geometri Flere omdrejninger uanset fart Bedre brændstof forbrug Flere kræfter

TURBOLADNING MELLEMKØLER Objectiv: Forbedre kræfter/vægt ratio Køler luften efter komprimering, før det indføres I cylinderene: Højere luftmasse indeni cylinderen Mere brændstof Flere omdrejninger Flere kræfter

FORURENINGS UDVIKLING OG KONTROL Forbrænding I diesel motorer er karakteriseret ved en høj koncentration af dråber (Dårlig atomisering/fordampning af brændstof). Hoved forurener: Partikel masse (PM) Ubundet kulbrinte, HC Kulilte, CO Nitrogen Oxider, NOx

FORURENINGS UDVIKLING OG KONTROL Parameter kontrol: Udstødnings gas recirkulation, EGR Partikel filtre Catalytisk omformer

FORURENIGS UDVIKLING OG KONTROL Parameter kontrol Diesel: Udstødnings gas recirkulation, EGR (forebygger formeringen af NOx) Partikel filtre, aktive og passive (PM) Oxidering Katalytisk omformer (HC og CO) Selektive Katalytisk Reduktion, SCR (NOx indtil N2 og H2O) Benzin: 3-vejs Katalytisk omformer Oxidations Katalysator (CO og HC indtil CO2 og H2O) Reduktions Katalysator (NO indtil N2 og O2)

Brændstof kvalitet, Diesel: Diesel er cetan afledt (C10H22) Cetan Numre: Indikere højere eller lavere kapasitet af brændstoffets selvantændelighed ( lavere forsinkelse af selvantændelighed) 15: lav selvantændelighed: isocetan 100: høj selvantændelighed: cetan Minimum cetan nummer krævet: 51 Svovl indhold: mindre end 50 ppm  Lav svovlholdigt brændstof Eliminere afgivelsen af svovldioxider (SO2) reducere PM afgivelsen Mindre end 10 pmm: Svovlfri brændstof (Fra 2009)

Principle of filter regeneration = principper af filter regenerering; HDI engine= HDI Motor; combustion chambers= forbrændings kamre; Common rail injection= skinne injektion; high pressure pump= højtryks pumpe; engine management computer= computerstyring af motor; fuel tank= brændstoftank; injector and regulator= injektor og regulator; feedpump= tilførselspumpe; additives =additiver; sencors = Følere; pre-catalysator = pre- katalysator; particle filter= partikel filter; Gases = udstødning; silencer = lyddæmper; post-combustion= for- forbrænding; the particles are burned= partiklerne bliver brændt; Zero paticles = nul partikler;

FORURENINGS UDVIKLING OG KONTROL HC CO NOx PM Diesel Benzin

EUROPÆISKE ULEDNINGS STANDARDER Diesel Passager Motorkøretøjer  2.5t (værdier i g/km) Standard År CO HC HC + NOx NOx PM Euro 1 1992 2.72 - 0.97 0.14 Euro 2 - IDI 1996 1.00 0.70 0.08 Euro 2 - DI 1999 0.90 0.10 Euro 3 2001 0.64 0.56 0.50 0.05 Euro 4 2005 0.30 0.25 0.025

ENERGI EFFEKTIVITET OMDREJNING KRAFT Genereret Energi I en omdrejning af motoren, resultering af forbrændingen af brændstof [kg.m eller N.m]. 1 kg.m=9.8 N.m Jo højere omdrejninger, des mere frigivet effektiv energi til mortorfarten KRAFT Genereret Energi pr. Enhed af tid [W eller CV]. 1kW = 1,36 CV 1 CV = 0,736 kW

ENERGI EFFEKTIVITET Omdrejnings kurve Viser distibueringen af omdrejninger sammen med hele motorens fartegenskaber, ved fuld motor opladning (for fuld gas). Skal være så flad som mulig, da dette betyder god motor respons ved alle farter. RPM x N.m (eller kg.m)

ENERGI EFFEKTIVITET Kraft kurve Viser dristibutionen af kraften sammen med hele motorens fartegenskaber, at ved fuld motoropladning (for fuld gas). RPM x kW (eller CV)

ENERGI EFFEKTIVITET CO2 afgivelse pr. liter: Benzin en smule lavere Diesel CO2 afgivelse pr. km: Diesel buger mindre brændstof... …afgiver mindre CO2 Energi effektiviteten er en funktion af compressionen ratio Diesel motorer bruger variable brændstof til luft ratios Benzin motorer bruger en konstant tilførelse af luft ratio (støikiometisk: 14.7 til 1), uanset hvilken fart og opladning Diesel motorer har er drosselfri og luftindtaget til brandstof ratio ved idel fart kan gå helt ned til 100 til 1, og giver en bedre delvis brændstof effektivitet end benzin motore

ENERGY EFFICIENCY Petrol engines Theoretical engine efficiency Compression ratio Theoretical engine efficiency Diesel engines Petrol engines Theoretical engine efficiency= teoretisk motor effektivitet; Petrol engines=benzin motore; Diesel engines = Diesel motore; Compression Ratio = kompremerings ratio;

ENERGI EFFEKTIVITET Benzin motor, midtbys kørsel Nyttigt arbejde Ideal proces Stoichiometric tab Forbrændings tab Fart variationer Losses Friktions tab tab 87% Benzin motor, midtbys kørsel

DIESEL vs. BENZIN Diesel Benzin Tilførsel Forbrænding Brændstof Luft Luft og brændstof Forbrænding Selvantændelig, pga. Det høje tryk og temperatur inden I cylinderen Gnist antændelig Brændstof Må fordampe hurtigt og være selvantændelig (højt cetan nummer) Må være resistent for selvantændelighed (højt oktan nummer) Højt tryk ratio Højest mulige (15 til 24) Begrænset for brandstof karaktaristika (9 til 12) Effektivitet ~35% Mindre end 30% Turbo opladning Når det er muligt. Forbedre effektiviteten og forbedre forbrændingen Ikke fælles, men er blevet en populær løsning

DIESEL vs. BENZIN Diesel Benzin Brændstof forbrug Brændstof pris Vægt Lav Høj Brændstof pris Oftest lav, men det afhænger af skatten I landet Vægt Tungere Lettere og mere kompakt Start Næsten med det samme Med det samme Vibration og støj Motor fart Begrænset af karakteristikken af cyklusen og brændstoffet

BIL INDUSTRI – EN SPECIALITET I 1976, Wolkswagen kom op med en opfindelse“GTI”, men de registrerede den ikke. Næsten alle autofabrikanter brugte det!! Men, i 1991, Wolkswagen kom med en opfindelse “TDI” og registrede det. Resultatet blev…

BIL INDUSTRIEN – EN SPECIALITET 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

Resume Fordele ved Diesel motorer: Fordele ved Benzin motorer: Bedre energi effektivitet: Bruger mindre brændstof/energi (Arbejder ved højere kompressions ratio) Fordele ved Benzin motorer: Bedre kold starter Mindre støj og vibration Mere elastisk (højere motorfart) Lettere Mere kraft i den samme str. motor

Resume Investeringer i Diesel motore/teknologi medfører en: Forbedret atomisation af brændstoffet (højere injektions tryk) Forbedret flowet inden i cylinderen optimeret injektionen for at reducere støj og vibration maximeret kraft og omdrejninger uden at ofre brædsstof forbruget (optimere turboladningen) optimeret brændstof injektionen og reducere brændstof forbruget (e.g.: injektion teknologien)

Resume Olie virksomheder arbejder på: Forbedre cetan nummeret Mindske indholdet af svovl

Tak til Prof. Tiago Farias Technical University of Lisbon

Tak for din opmærksomhed!