PORÓWNANIE ELASTYCZNOŚCI SILNIKÓW COMMON RAIL I TDI

Transkrypt

1 Wawrzyniec GOŁĘBIEWSKI, Konrad PRAJWOWSKI PORÓWNANIE ELASTYCZNOŚCI SILNIKÓW COON RAIL I TDI Streszczenie W pracy porównano elastyczność silników z systemem zasilania Common Rail oraz TDI. Zostało zebranych 10 typów wybranych silników z poszczególnych pojazdów o pojemności skokowej dm 3 z każdym z układów. Przeprowadzono analizę statystyczną badano współczynnik zgodności, a więc zależność między wartościami teoretycznymi a rzeczywistymi, na podstawie dobranej krzywej trendu charakteryzującej się wysoką wartością współczynnika korelacji R. Uzyskano wysoką zgodność tych wyników. Oba typy silników były silnikami wysokoelastycznymi, jednak większą wartością tego parametru (elastyczności), istotnego w warunkach ruchu, charakteryzowały się silniki Common Rail. Słowa kluczowe: elastyczność silników, Common Rail, TDI. WSTĘP Elastyczność silnika to parametr charakteryzujący jego zdolność samoczynnego przystosowania się do zmiennych obciążeń i prędkości obrotowych [1, 4, 8, 9, 10, 11]. a ona wpływ na własności trakcyjne pojazdu takie jak: zdolność do przyspieszania, do pokonywania wzniesień oraz osiąganie prędkości maksymalnej. Samochód z elastycznym silnikiem lepiej sprawdza się w warunkach miejskich ze względu na wymienione wyżej właściwości oraz możliwość mniejszej częstotliwości zmian biegów przez kierowcę [4, 8]. Elastyczność silnika jest opisana wzorem [9, 10]: max nn e = (1) N n gdzie: maksymalny moment obrotowy silnika [Nm], n N max N moment obrotowy silnika przy maksymalnej mocy [Nm], prędkość obrotowa silnika przy mocy znamionowej [obr/min], n prędkość obrotowa silnika przy maksymalnym momencie obrotowym [obr/min]. Dane potrzebne do wyliczenia elastyczności są uwzględniane z charakterystyk zewnętrznych poszczególnych silników (przykładowa charakterystyka zewnętrzna rys.1). Istnieje możliwość ciągłej poprawy elastyczności, poprzez zmianę (zwiększenie wartości) pierwszego bądź drugiego członu (1) [10]. Elastyczność momentu obrotowego (pierwszy człon) jest najczęściej modyfikowana w samochodach użytkowych bądź autobusach poprzez 186 AUTOBUSY

2 zmianę parametrów układu dolotowego bądź zasilania. Ze względu na mniejsze prędkości znamionowe silników tych środków transportu opcja modyfikacji drugiego członu (rozpiętość prędkości obrotowej) jest zdecydowanie mniejsza aniżeli w przypadku samochodów osobowych, m.in. tych z układem zasilania typu Common Rail i TDI. Rys. 1. Schemat charakterystyki zewnętrznej silnika trakcyjnego [9] Istotnym aspektem decydującym w pewnym stopniu o elastyczności jest zastosowanie turbodoładowania w silnikach Common Rail i TDI. Wiąże się to nie tylko z charakterem krzywych momentu obrotowego i mocy, ale także z jednostkowym zużyciem paliwa, które jest miarą sprawności ogólnej silnika. Jednostkowe zużycie paliwa jest najmniejsze wówczas, gdy silnik uzyskał już maksymalny moment obrotowy. Przeniesienie więc maksymalnego momentu obrotowego w zakres niższych prędkości obrotowych (oczywiście w rozsądnych granicach aby użytkownicy pojazdu mogli go sensownie wykorzystać) i spłaszczenie jego charakterystyki, ma wpływ nie tylko na lepsze rozpędzanie się pojazdu, ale także na mniejsze jednostkowe zużycie paliwa przy niższych prędkościach obrotowych. Fakt niższego jednostkowego zużycia paliwa, a zarazem większej sprawności ogólnej silnika, świadczy o większej ekonomii, a co za tym idzie większej ekologii, a więc o mniejszej ilości związków toksycznych emitowanych z rury wydechowej pojazdu przy określonej jednostce mocy [8]. W artykule porównano elastyczność dziesięciu wybranych silników wysokoprężnych, turbodoładowanych z wtryskiem bezpośrednim z układem zasilnia Common Rail oraz TDI. W celu lepszego zobrazowania tendencji związanych z tym parametrem wszystkie motory pojazdów oscylowały w granicach pojemności skokowej wynoszącej dm ELASTYCZNOŚĆ SILNIKÓW Z UKŁADE ZASILANIA COON RAIL Charakterystyczną cechą układu Common Rail jest wspólny dla wszystkich wtryskiwaczy zasobnik, w którym kumulowane jest paliwo pod wysokim ciśnieniem. Prawie każda firma samochodowa ma w swojej ofercie silnik wysokoprężny o bezpośrednim wtrysku paliwa pod AUTOBUSY 187

3 wysokim ciśnieniem (ang. HDI High Pressure Direct Injection), wyposażony w zasobnikowy układ wtryskowy (ang. CDI Common Rail Direct Injection). Najbardziej rozpowszechnione zasobnikowe układy wtryskowe zostały opracowane przez FIAT a pod nazwą Unijet i zastosowane w samochodach osobowych Alfa Romeo 1,9 i,4 JTD. Bosch uruchomił produkcję układów wtryskowych Common Rail dla samochodów ercedes, BW, Renault, ciężarówek AN i amerykańskich Detroit Diesel [6]. Obecnie w coraz większej ilości pojazdów jest stosowany ten układ. Poniżej w tab. 1. przedstawiono elastyczność silników samochodów osobowych z tym systemem wtrysku. Tab. 1. Elastyczność silników Common Rail arka/model Oznaczenia w tabeli: N emax maksymalna moc użyteczna silnika, max maksymalny moment obrotowy silnika, N moment obrotowy silnika przy maksymalnej mocy, n prędkość obrotowa przy maksymalnym momencie, n N prędkość obrotowa przy maksymalnej mocy, e elastyczność momentu obrotowego, e n elastyczność prędkości obrotowej, e elastyczność całkowita Samochodem z najbardziej elastycznym silnikiem jest VW Golf,0 CR-TDI 81kW (przewyższa średnią o 33,3%). Średnia z zebranych wyników świadczy o tym, że są to silniki wysokoelastyczne [1,3].. ELASTYCZNOŚĆ SILNIKÓW TDI Tab.. Elastyczność silników TDI N emax n N max n N e e n e [kw] [obr/min] [Nm] [obr/min] [Nm] [-] [-] [-] 1. VW Passat,0 CR-TDI 103 kw ,30 1,37,40 3,8. VW Golf,0 CR-TDI 81 kw ,6 1,36,80 3,80 3. azda,0 ZR ,6 1,6 1,75,0 4. Rover 75,0 85 kw ,03 1,8,00,56 5. Chevrolet Epica LT,0 diesel AT ,74 1,,00,44 6. Peugeot 407 Presence,0 HDI ,85 1,34,00,68 7. Citroen Xsara II,0 HDI ,64 1,30,00,60 8. ercedes A 180,0 16 V CDI 109 K ,98 1,37,63 3,61 9. Ford ondeo,0 TDCI ,4 1,,14, Toyota Avensis Verso.0 D-4D ,03 1,3,,74 średnia,85 arka/model N emax n N max n N e e n e [kw] [obr/min] [Nm] [obr/min] [Nm] [-] [-] [-] 1. Skoda Octavia,0 TDI ,0 1,30,9,97. Audi A6,0 TDI 170 K ,35 1,3,40,95 3. VW Golf,0 TDI 140 K ,88 1,30,9,97 4. Audi A4/A4 Avant,0 TDI ,88 1,30,9,97 5. Seat Altea,0 TDI ,35 1,3,40,95 6. BW 30 d,0 TDI ,91 1,3,9,8 7. Opel Zafira,0 16 V DTI ,19 1,04,87,97 8. Opel Vectra,0 DTI ,54 1,03,08,14 9. Saab 9-5,0 TiD ,85 1,4,9, Honda Accord,0 TDI 105 K ,16 1,0,10,5 średnia, AUTOBUSY

4 Samochodami z najbardziej elastycznymi silnikami są Skoda Octavia,0 TDI, VW Golf,0 TDI 140 K, Audi A4/A4 Avant,0 TDI oraz Opel Zafira,0 16 V DTI (przewyższają średnią o 4,5%). Średnia z zebranych wyników świadczy o tym, że są to silniki wysokoplastyczne [1, 3]. 3. ANALIZA STATYSTYCZNA WYNIKÓW W celu sprawdzenia zgodności wartości teoretycznych z rzeczywistymi została przeprowadzona analiza statystyczna zebranych wartości. Wyliczone wartości elastyczności silników zostały porównane z wartościami teoretycznymi uzyskanymi przez dobór odpowiedniej krzywej trendu, charakteryzującej się wysoką wartością współczynnika korelacji R. Następnie ze wzorów statystycznych obliczono współczynnik zgodności. Rys.. Elastyczność silników Common Rail wraz z dobraną krzywą trendu (wartość teoretyczna) Tab. 3. Obliczanie współczynnika zgodności ϕ dla silników Common Rail arka/model e wart. teoretyczna e i e-e i = Δ Δ 1. azda,0 ZR,0,4407-0,47 0,0589. Chevrolet Epica LT,0 Diesel AT,44,5313-0,0954 0, Rover 75,0 85 kw,56,6371-0,0758 0, Citroen Xsara II,0 HDI,60,7581-0,1573 0, Ford ondeo,0 TDCI,61,8943-0,813 0, Peugeot 407 Presence,0 HDI,68 3,0457-0,366 0, Toyota Avensis Verso.0 D-4D,74 3,13-0,4759 0,65 8. VW Passat,0 CR-TDI 103 kw 3,8 3,3941-0,1161 0, ercedes A 180,0 16 V CDI 109 K 3,61 3,5911 0,0150 0, VW Golf,0 CR-TDI 81 kw 3,80 3,8033-0,0037 0,0000 SUA 8,51 30,31-1,80 0,55 Wariancja cechy e (wg [5]) wynosi s = 0,8, a ϕ () = Δ n s AUTOBUSY 189

5 gdzie: n ilość pomiarów, stąd: 0,55 ϕ = = 0,04 = 4% (3) 10 0,8 Oznacza to, że wartości rzeczywiste i teoretyczne nie są zgodne w 4%. Zatem są zgodne w 96%. W sposób analogiczny wykonano analizę statystyczną elastyczności silników TDI. Rys. 3. Elastyczność silników TDI wraz z dobraną krzywą trendu (wartość teoretyczna) Tab. 4. Obliczanie współczynnika zgodności φ dla silników TDI arka/model e wart. teoretyczna e i e - e i = Δ Δ 1. Opel Vectra,0 DTI,14,53-0,119 0,017. Honda Accord,0 TDI 105 K,5,4815 0,036 0, BW 30 d,0 TDI,8,6708 0,1497 0,04 4. Saab 9-5,0 TiD,84,809 0,0175 0, Audi A6,0 TDI 170 K,95,9318 0,03 0, Seat Altea,0 TDI,95 3,0035-0,0494 0, Opel Zafira,0 16 V DTI,97 3,036-0,0686 0, Skoda Octavia,0 TDI,97 3,093-0,056 0, VW Golf,0 TDI 140 K,97,9834-0,0086 0, Audi A4/A4 Avant,0 TDI,97,8983 0,0765 0,0058 SUA 8,11 8,11 0,01 0,05 Wariancja cechy e (wg [5]) wynosi s = 0,08, a 0,05 ϕ = = 0,07 = 7%. (4) 10 0,08 Oznacza to, że wartości rzeczywiste i teoretyczne nie są zgodne w 7%. Zatem są zgodne w 93%. 190 AUTOBUSY

6 BIBLIOGRAFIA 1. Dębicki., Teoria samochodu. Teoria napędu. WNT, Warszawa Dyszy J., Charakterystyka silników tłokowych. AUTO-Technika otoryzacyjna 007, nr Lisowski., Teoria ruchu samochodu. Teoria napędu. Politechnika Szczecińska, Szczecin Gołębiewski W., Elastyczność silników koncernu Volkswagen. Zagadnienia konstrukcji i eksploatacji maszyn i pojazdów. Lubelskie Towarzystwo Naukowe, Lublin Hozer J. (red.), Statystyka. Katedra Ekonometrii i Statystyki Wydziału Nauk Ekonomicznych i Zarządzania Uniwersytetu Szczecińskiego, Szczecin Janiszewski T., avrantzas S., Elektroniczne układy wtryskowe silników wysokoprężnych. WKiŁ, Warszawa Luft S., Podstawy budowy silników. WKiŁ, Warszawa ysłowski J., Gołębiewski W., Elastyczność silników FIAT. Archiwum otoryzacji 009 nr ysłowski J., Kołtun J., Elastyczność tłokowych silników spalinowych. WNT, Warszawa Prajwowski K., Krupczyński T., Załoga D., Kępiński J., Elastyczność silnika Andoria 4CTi90. Zagadnienia konstrukcji i eksploatacji maszyn i pojazdów. Lubelskie Towarzystwo Naukowe, Lublin Prajwowski K., Tarczyński G., Analityczne wyznaczanie charakterystyk mocy częściowych za pomocą wzorów Leidemanna. Archiwum otoryzacji 005, nr Wiśniewski K., Samochody osobowe. Opisy techniczne i dane regulacyjne. WKiŁ, Warszawa Zasobnikowe układy wtryskowe Common Rail. Bosch. Informator techniczny, Warszawa Prospekty informacyjne Volkswagen, Audi, Skoda, SEAT, BW, Opel, Saab, Honda, azda, Rover, Chevrolet, Citroen, Peugeot, ercedes, Ford, Toyota. COPARING THE ELASTICITY OF COON RAIL AND TDI ENGINES Abstract At the work an elasticity of engines was compared with the Common Rail power system and TDI. 10 collected types of chosen engines were from individual vehicles about jumping capacity dm 3 with each of arrangements. A statistical analysis was conducted - a rate of the agreement, that is a relation were being examined between theoretical but real values, based on the selected curve of the trend being characterized by a maximum value of the coefficient of correlation R. A high unanimity of these results was get. Both types of engines were high-elastic engines, however with considerable value of this parameter (flexibilities), essential in conditions of the movement, Common Rail engines were characterized. Key words: engines elasticity, Common Rail, TDI. Autorzy: mgr inż. Wawrzyniec Gołębiewski Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny dr inż. Konrad Prajwowski Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny AUTOBUSY 191