Skute né ob hy PSM

Karel Páv#6/14

KATEDRA VOZIDEL A MOTOR

2 / 15vody rozdíl mezi idealizovaným a reálným ob hemOdchylky od idealizace ovliv ují jak vysokotlakou ást, tak i ástnízkotlakou (vým nu nápln válce):

Látka pkrit [bar] Tkrit [K]

N2 33,9 126,2

O2 50,43 154,6

H2O 220,64 647,14

CO2 73,84 304,2

CO 34,98 132,9

H2 12,97 33,2T

p / p

krit [

-]

0

pkrit

2

3

4

5

6

7

8

T / Tkrit [-]0.0 0.5 Tkrit 1.5 2.0

krit.K

P3

Plyn

Stla

cite

lná

kapa

lina

Ideá

lní p

lyn:

pv

= rT

(s c

hybo

u <

10%

)

Prom nlivost termodynamických vlastností neideálního plynuDvoufázové složení nápln válce, odpa ováníZm ny ve složení nápln válce (ho ení)Složitý asový pr h p ívodu tepla ho enímZm ny ve hmotnosti nápln válce (p ímý vst ik paliva)Net snost spalovacího prostoru (do 1%)Sdílení tepla do st n spalovacího prostoruNevratnost d vlivem míšení a disipace kinetické energieReálné asování rozvodového mechanismu (ztráty proud ním)Obsah zbylých spalin z p edchozího cykluTlakové pulsace v sacím a výfukovém potrubí

3 / 15

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

-180 -135 -90 -45 0 45 90 135 180

[°KH]

T [K

]

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

0 500 1000 1500 2000s [J/kgK]

T [K

]

Vztah mezi idealizovaným a reálným ob hem

0

1

2

3

4

5

6

7

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5V [dm3]

p [M

Pa]

0

1

2

3

4

5

6

7

-180 -135 -90 -45 0 45 90 135 180

[°KH]

p [M

Pa]

Indikátorový diagram pronep epl ovaný zážehovýmotor

Tdq

Tdqds nevrat

nevratvrat dwdwdudq

nevratnevrat dwdq

Tdw

Tduds vrat

Tpdv

Tduds

Rozdíly v kompresi:- odvod tepla- r zné

4 / 15

0

1

2

3

4

5

6

7

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5V [dm3]

p [M

Pa]

Vztah mezi idealizovaným a reálným ob hem

Idealist

istpl p

p

mplthoupale HmP

i

c

NTistVTist

KH

KHz

KH

KHzzist pppdV

VpdV

VpdV

Vp

540

180

180

180

111

upal

ii Hm

P

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3Relative Air/Fuel Ratio

Com

bust

ion

Effi

cien

cyc [

-]

MeasurementApproximation

ist

est

i

em p

pPP

ho

8,06,0pl

Sou initel plnosti diagramu pl:

houpalho HmQ

95,00m

4,025,0i

5 / 15

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

t [°C]

cp [k

Jkm

ol-1

K-1]

CO

CO2

H2O

O2

H2

N2OH

NO

O

H N

Prom nlivost termodynamických vlastností

5

5

4

4

3

3

2

210 10001000100010001000TaTaTaTaTaaC p

RCC vpMRr

11KJkmol47,8314R

rcc vpv

p

cc

dppc

dTTc

dcT

p

p

pp

02

2

pTvT

c c TpT

vTp v

v p

.konstpp T

hc

Pro ideální plyn:

6 / 15

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0 5 10 15 20 25 30

Izochorickýívod tepla

1.2

1.25

1.3

1.35

1.4

1.45

0 500 1000 1500 2000 2500

t [°C]

k [-]

Benzín - sm s =1

Benzín - spaliny =1

Vzduch

CNG - spaliny =1

CNG - sm s =1

CNG - sm s =1,5

CNG - spaliny =1,5

evážn 2-atomové plynyKomprese:

Expanze:až 30% 3-atomových plyn

(CO2, H2O)

Uvnit spalin dochází p i vysokých teplotách neustále ke zm nám složení vlivemnícího se rovnovážného stavu daného f(T, p).

Reakce kolem cca 1600 – 1700 K „zamrzají“ a složení se dále už nem ní.

Zm na složení nápln válce, prom nlivost = cp/cv

7 / 15Rozdíl mezi idealizovaným a reálným ho ením(uvol ováním tepla z paliva)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

-40 -20 0 20 40 60 80 100

[°KH]

Q [-

]

Zážehovýmotor

Idealizovaný pr hQv/Qp = 0,35

iiidmhpdVdUdQ

„Viditelné“ post-oxida ní reakcespojené s disociací p i spalování.(k „zamrzání“ reakcí dochází kolem 1600-1700 K)

8 / 15

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500s [J/kgK]

T [K

]

Sdílení tepla st nami spalovacího prostoru

st nvst nst n TTS

dtdQ

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 50 100 150 200s [J/kgK]

T [K

]

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

1000 1100 1200 1300 1400 1500s [J/kgK]

T [K

]st nT

00

st ndQds

Oh ev nápln válce

00

st ndQds Odvod tepla z nápln

do st n 1600 – 1700 K„Zamrznutí“ reakcí 0

0

st ndQds

Odvod tepla z náplndo st n (bez ho ení)

Odvod tepla z náplndo st n je kompenzovánuvol ováním tepla z paliva

n

n

n

.konstpV n

nPolytropická zm na stavu:

n0

00

st nho

st n

dQdQdQds

0st ndQ

Isoe

ntro

pick

ázm

na s

tavu

00

0

st nho

st n

dQdQdQds

9 / 15Sdílení tepla st nami spalovacího prostoru

DC nm PrReNu

pcPr

DwRe

st nvst nst n TTS

dtdQ

K]Pa,,ms,K[Wm108,7 -1-1-233vvs Tpc

]minm,,[ms60

2 1-1-Zncs

m = 0,78n = 0,33Pr = 0,7

78.022.0

)(),()(.

TwpTTDkonst

D … charakteristický rozm r spalovacího prostoruT … reprezentativní teplota plynuw … charakteristická rychlost plynu

Woschni (vzn tové i zážehové motory):]msK,kPa,m,,K[Wm26,3 -1-1-28,053,08.02,0 wTpD vv

Eichelberg (vzn tové motory):

kvz

s ppVpTVCcCw

00

021

v

vk V

Vpp 00

edevším konvekce (zesílena turbulencí)Radiace pouze u vzn tových motor (svítivýplamen)

s

swirl

cwC 417,018,61

s

swirl

cwC 308,028,21

s

swirl

cwC 308,028,21

s

swirl

cwC 308,028,21

02C

32 1024,3C

02C

32 1022,6C

… pro oblast vým ny nápln válce

… pro oblast komprese

… pro oblast ho ení a expanze (DI)

… pro oblast ho ení a expanze (MPI)

53s

swirl

cw

10 / 15Sdílení tepla st nami spalovacího prostoru

0

10

20

30

40

50

60

-180 -90 0 90 180 270 360 450 540

[°KH]

p v [b

ar]

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

t v [°

C]

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5-180 -90 0 90 180 270 360 450 540

[°KH]

q w [k

W]

-200

-150

-100

-50

0

50

Qw [J

]

St ední teplota nápln

Tlak

Kumulativní teplo odvedené st nami

Tepelný tok do st n

11 / 15Vliv asování na reálný ob h

0

1

2

3

4

5

6

7

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5V [dm3]

p [M

Pa]

6000 min-1

pist = 1,1 MPa

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5V [dm3]

p [M

Pa]

VO

SZ

VZ

SO

VOSZVZSO

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 90 180 270 360 450 540 630 720 [°KH]

h [m

m]

12 / 15Typické pr hy indikovaného tlaku

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450V [cm3]

p [b

ar]

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

0 100 200 300 400 500V [cm3]

p [b

ar]

0

1

2

3

4

5

SPEEDrpm

2500

IMEPbar

11.31

Logaritmický p-V diagram

asto bývá výhodné logaritmické zobrazení indikátorového diagramu.

100 50 60 70 80 90 200 300 400V [cm3]

p [b

ar]

0.1

0.2

0.5

1

2

5

10

20

50

100

200

500

1000

13 / 15Nep epl ovaný zážehový motor

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450V [cm3]

p [b

ar]

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

0 100 200 300 400 500V [cm3]

p [b

ar]

0

1

2

3

4

5

SPEEDrpm

1255

IMEPbar

9.46

Plné zatížení, nízké otá ky

Plné zatížení áste né zatížení

EIVC (Miller v) ob h

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450V [cm3]

p [b

ar]

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

0 100 200 300 400 500V [cm3]

p [b

ar]

0

1

2

3

4

5

SPEED

rpm2000

IMEP

bar2.11

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450V [cm3]

p [b

ar]

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

0 100 200 300 400 500V [cm3]

p [b

ar]

0

1

2

3

4

5

SPEED

rpm2000

IMEP

bar2.04

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450V [cm3]

p [b

ar]

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

0 100 200 300 400 500V [cm3]

p [b

ar]

0

1

2

3

4

5

SPEED

rpm3501

IMEP

bar12.14

14 / 15epl ovaný zážehový motor

0 10 20 30 40 50 60V [cm3]

p [b

ar]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 10 20 30 40 50 60V [cm3]

p [b

ar]

0

1

2

3

4

5

SPEEDrpm

7134

IMEPbar

9.83

2-dobý zážehový motor

áste né zatížení

Plné zatížení, vysoké otá ky

Plné zatížení, nízké otá ky

0 50 100 150 200 250 300 350 400V [cm3]

p [b

ar]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 100 200 300 400V [cm3]

p [b

ar]

0

1

2

3

4

5

SPEED

rpm1519

IMEP

bar19.42

0 50 100 150 200 250 300 350 400V [cm3]

p [b

ar]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 100 200 300 400V [cm3]

p [b

ar]

0

1

2

3

4

5

SPEED

rpm2000

IMEP

bar2.85

0 50 100 150 200 250 300 350 400V [cm3]

p [b

ar]

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 100 200 300 400V [cm3]

p [b

ar]

0

1

2

3

4

5

SPEED

rpm5000

IMEP

bar17.92

15 / 15epl ovaný vzn tový motor

Plné zatížení, kom rkový vst ik

áste né zatížení, p ímý vícenásobný vst ik

Plné zatížení, p ímý vst ik

Plné zatížení, p ímý vícenásobný vst ik

0 100 200 300 400 500 600V [cm3]

p [b

ar]

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 100 200 300 400 500 600V [cm3]

p [b

ar]

0

1

2

3

4

5

SPEED

rpm2500

IMEP

bar24.62

0 100 200 300 400 500 600V [cm3]

p [b

ar]

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 100 200 300 400 500 600V [cm3]

p [b

ar]

0

1

2

3

4

5

SPEED

rpm4000

IMEP

bar21.48

0 200 400 600 800 1000 1200V [cm3]

p [b

ar]

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 200 400 600 800 1000 1200V [cm3]

p [b

ar]

0

1

2

3

4

5

SPEED

rpm2199

IMEP

bar14.53

0 100 200 300 400 500 600V [cm3]

p [b

ar]

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 100 200 300 400 500 600V [cm3]

p [b

ar]

0

1

2

3

4

5

SPEED

rpm2000

IMEP

bar2.46

(nekvalitní záznam tlaku)