OCENA WŁAŚCIWOŚCI EKSPLOATACYJNYCH SILNIKÓW SAMOCHODÓW OSOBOWYCH

Transkrypt

1 Janusz Mysłowski OCENA WŁAŚCIWOŚCI EKSPLOATACYJNYCH SILNIKÓW SAMOCHODÓW OSOBOWYCH Strszczni W artykul przdstawiono problmy konomiczności pracy nowoczsnyc silników o zapłoni iskrowym, wolnossącyc, turbodoładowanyc oraz z doładowanim kombinowanym. Jako przykład posłużyły silniki koncrnu Volkswan najnowszj nracji. WSTĘP Burzliwy rozwój motoryzacji spowodował koniczność oranicznia jj szkodliwo działania na otoczni. Związan jst to z coraz ostrzjszymi wymaaniami odnośni do ocrony środowiska naturalno. Zaistniała koniczność zastosowania rozwiązań, któr dotycczas ni były bran pod uwaę lub były inorowan. Uzyskano zadziwiająco dobr rzultaty. Trwając trudności paliwowo-nrtyczn powodują stał poszukiwania nowyc nośników nrii oraz próby oranicznia jj zużycia, co będzi skutkowało zmnijsznim szkodliwo oddziaływania na otoczni. Wymaania stawian współczsnym silnikom są często przciwstawn, co widać wyraźni jśli wźmi się pod uwaę stal rosnącą liczbę samocodów i utrudninia w rucu z tym związan, a z druij zaś strony koniczność oraniczania ilości zużywano paliwa i wydalanyc szkodliwyc składników toksycznyc spalin do otocznia [, 9]. W odnisiniu do silników zarówno napędzającyc samocody osobow jak i ciężarow sprowadza się to do uwzlędninia trzc najbardzij istotnyc czynników: mało zużycia paliwa (konomiczność pracy), niskij toksyczności spalin, dużj lastyczności (dobryc właściwości dynamicznyc). Problm tn najwczśnij został zauważony w odnisiniu do silników samocodów ciężarowyc dużj ładowności, dzi konomiczność przwozów ma podstawow znaczni. Do rozwiązania problmu poprawy konomiczności oraz zmnijsznia toksyczności w przypadku tyc silników równiż koniczn było now podjści odbiając od tradycyjnyc rozwiązań. O il codzi o silniki samocodów ciężarowyc były on podatnijsz na spłnini zaostrzonyc wymoów już od lat i w ic konstrukcji dokonał się znaczący postęp wymuszony przz rstrykcyjn przpisy z jdnj strony oraz koniczność obniżnia kosztów związanyc z zużycim paliwa z druij. Prosto rzcz ujmując, im mnijsz będzi zużyci paliwa przz silnik, tym lobalna ilość toksycznyc składników wydalanyc przz silnik do atmosfry będzi mnijsza. W tn sposób kluczowym problmm pozwalającym na spłnini dwóc pirwszyc postulatów jst obniżni zużycia paliwa przz silnik lub wyko- 28 AUTOBUSY

2 rzystani nośników nrii dotycczas nistosowanyc lub stosowanyc w niznacznym stopniu. W odnisiniu do silników samocodów osobowyc postęp dokonał się przz wprowadzni wtrysku bzpośrdnio w silnikac o zapłoni samoczynnym stosowanyc coraz częścij do ic napędu. Taki zabi był możliwy dzięki opanowaniu problmu tworznia miszaniny palnj przy prędkościac większyc od 000 /min, co było ranicą przy zastosowaniu tyc silników do napędu samocodów ciężarowyc. Dzięki usprawniniu procsu tworznia miszaniny palnj w silnikac o małj objętości skokowj i wtrysku bzpośrdnim uzyskano prędkości obrotow rzędu 5000 do 6000 /min w płni wystarczając dla napędu samocodów osobowyc. Koljnymi tapami postępu było zastosowani: wtrysku bzpośrdnio w silnikac o zasilaniu bnzynowym i doładowania tyc silników [, ].. PORÓWNANIE WŁAŚCIWOŚCI ENERETYCZNYCH SILNIKÓW O ZAPŁONIE ISKROWYM Do porównania wybrano silniki VW o zapłoni iskrowym najnowszj nracji oraz bardzo popularny silnik o zapłoni samoczynnym tj firmy. Dan caraktrystyczn ocnianyc silników przdstawiono w tabli. Tab.. Paramtry pracy silników o wtrysku bzpośrdnim koncrnu Volkswan [] Lp. Modl,4FSI AUX,4 TFSI CAXC,4 TSI BL.9 TDI. Rodzaj rzędowy rzędowy rzędowy rzędowy 2. Liczba cyl D [mm] 76,5 76,5 76,5 79,5 4. Liczba zaworów V ss [cm ] ε ,5 7. N / n [kw]/[/min] 6/ / / / M o /n [Nm]/[/min] 0/ / / / Doładowani - Turbo Turbo + Mc Eaton Turbo 0. Wym. LO 95/98 95/ Dla silników zstawionyc w tabli wykonano na drodz symulacyjnj caraktrystyki jdnostkowo zużycia paliwa przdstawion na rys. jdn.zuż.paliwa /kw prędkość obrotowa /min,4 FSI AUX,4 TFSI CACX,4 TSI BL.9 TDI- Rys.. Caraktrystyki jdnostkowo zużycia paliwa silników z w tabli AUTOBUSY 29

3 Caraktrystyki jdnostkowo zużycia paliwa z rys. przdstawiono w na rysunku 2..9 TDI-,4 FSI AUX,4 TFSI CACX,4 TSI BL prędkość obrotowa /min TDI-,4 FSI AUX,4 TFSI CACX,4 TSI BL jdn.zuż.paliwa /kw Rys. 2. Caraktrystyka słupkowa jdnostkowo zużycia paliwa silników z tabli Z analizy rys. wynika, ż jdnostkow zużyci paliwa silnika VW,4 FSI AUX (bz doładowania) waa się w ranicac 00 /kw (minimaln) do 80 /kw przy mocy znamionowj. Wartości t przyjęto do porównań [5, 8, 9], dyż producnci w danyc silników podają j najczęścij w danyc rklamowyc. Uzyskan wartości dla silnika,4 FSI AUX ni odbiają od przciętnyc dla tj klasy silników. Dla silnika VW,4 TFSI CACX (turbodoładowany) uzyskano nico korzystnijsz wartości, odpowidnio 285 /kw i 60 /kw, co jst w płni zrozumiał [, 4]. Stanowi to spadk zużycia paliwa o 5% przy wzrości mocy znamionowj o %. Dla silnika,4 TSI BL, w którym poza turbodoładowanim zastosowano doładowani mcaniczn za pomocą sprężarki Eaton minimaln jdnostkow zużyci paliwa wynosiło 80 /kw, a maksymaln przy prędkości obrotowj odpowiadającj mocy znamionowj 480 /kw. Jst to zrozumiał, dyż zastosowani sprężarki mcanicznj zawsz poarsza wartość jdnostkowo zużycia paliwa. Zastosowani połącznia obydwu sposobów doładowania miało na clu poprawę właściwości dynamicznyc silnika, a tym samym pojazdu przz tn silnika napędzano. Porównując t dan z zużycim paliwa silnika VW.9 TDI, różnica między wartością minimalno jdnostkowo zużycia paliwa wynosi dla silnika,4 TSI BL 50%, a dla silników,4 FSI AUX i,4 TFSI CACX odpowidnio 6,6% i,%. W porównaniu tym pominięto położni minimum jdnostkowo zużycia paliwa na osi prędkości obrotowj caraktrystyki zwnętrznj dla poszczólnyc silników [2, 4, 7]. 0 AUTOBUSY

4 jdn.zuż.paliwa /kw TDI,4 TFSI CACX,4 FSI AUX,4 TSI BL prędkość obrotowa /min Rys.. Porównani wartości minimalno zużycia i odpowiadająco mocy znamionowj opisywanyc silników, strona lwa min, strona prawa Nz 2. PORÓWNANIE UZYSKANYCH REZULTATÓW Dla porównania wykorzystania nrii zawartj w paliwi porównywanyc silników przyjęto jo wartości minimaln oraz wartości przy mocy znamionowj zodni z rys.. Obliczni dla minimalno jdnostkowo zużycia paliwa : dla minimalno jdnostkowo zużycia paliwa i mocy silnika.9 TDI 66 kw , 54 k/ ,54k / 0,82dm 5,29dm dla minimalno jdnostkowo zużycia paliwa i mocy silnika,4fsi AUX 6 kw ,9 k ,9k/ 24,86dm dla minimalno jdnostkowo zużycia paliwa i mocy silnika,4tfsi CACX 92 kw ,22 k ,22k/ 4,5dm AUTOBUSY

5 dla minimalno jdnostkowo zużycia paliwa i mocy silnika,4tsi BL 25 kw ,5 k/ ,5k/ 62,5dm Obliczni dla jdnostkowo zużycia paliwa przy mocy znamionowj Nz : dla jdnostkowo zużycia paliwa i mocy silnika.9 TDI 66 kw ,49 k ,49k/ 0,82dm 2,2dm dla jdnostkowo zużycia paliwa i mocy silnika,4fsi AUX 6 kw ,94 k ,94k/,5dm dla jdnostkowo zużycia paliwa i mocy silnika,4tfsi CACX 92 kw 60 92, 2 k , 2k/ 4,57dm dla jdnostkowo zużycia paliwa i mocy silnika,4tsi BL 25 kw PODSUMOWANIE ,0 k/ ,0k/ 78,94dm Jdną z trzc właściwości ksploatacyjnyc wyminionyc na wstępi jst konomika pracy silników. Przdstawion rzultaty pozwalają na wyrobini polądu na il nowoczsn silniki spłniają t wymaania. Poprawa paramtrów pracy w wyniku powszcni stosowano doładowania związana jst z okrślonymi kosztami. Na przykładzi silników koncrnu Volkswan o idntycznyc wymiarac łównyc pokazano jaka współzalżność łączy niktór z wyminionyc paramtrów. Doładowani turbosprężarkow silników bnzynowyc w zalżności od to, który paramtr konomiczności pracy przyjęto do porównań, wykazało, ż wzrost mocy silnika o 46% powoduj wzrost zużycia paliwa od 8, do 9%, bz wzlędu czy za podstawę przyjęto wartość minimalną jdnostkowo zużycia paliwa czy tż jo wartość przy mocy znamionowj. Doładowani kombinowan (turbo + mcaniczn) znaczni 2 AUTOBUSY

6 poprawia właściwości dynamiczn silnika. Jst ono okupion znaczni większymi nakładami konomicznymi, bo przyrost mocy 98,4% wymaa wzrostu zużycia paliwa od 50,0% do 5,4%. Potwirdznim przdstawionyc wyliczń jst fakt, ż przypadku dy przyjęto za podstawę minimalną wartość jdnostkowo zużycia paliwa przyrost mocy o 62 kw wynosił,64 kw/dm zużyto paliwa. W przypadku dy za podstawę przyjęto wartość jdnostkowo paliwa odpowiadającą mocy znamionowj, przyrost mocy o 62 kw wymaał,0 kw/dm. BIBLIORAFIA. Mysłowski J., Mysłowski J., Tndncj rozwojow silników o zapłoni samoczynnym. Wyd. AUTOBUSY, Radom Mysłowski J., Comparativ analysis of opration flxibility of dirct injction disl nins and spark-inition nins. Tka Komisji Motoryzacji i Enrtyki Rolnictwa Vol. II. PAN oddział w Lublini, Lublin Mysłowski J., Pojazdy samocodow. Doładowani silników. WKiŁ, Warszawa Mysłowski J., Mysłowski J., A trial to improv ful fficincy rats of turbo-card nin. Journal of KONES 2008, Vol. 5, No.. 5. Mysłowski J., Mińko A., Ocna zużycia paliwa silników o zapłoni iskrowym. Nadiżnośt i Effktiwnośttcniczskic Sistm. Mżdunarodnyj Sbornik Naucznyc Trudow. Wydawnictwo FOU WPO KTU, Kalininrad Mysłowski J., Mysłowski J., Simulation rsarc of unitary ful consumption of man nin. Tka Komisji Motoryzacji i Enrtyki Rolnictwa vol. III. PAN oddział w Lublini, Lublin Mysłowski J., Próba ocny konomiczności pracy silników wysokoprężnyc przznaczonyc do napędu samocodów ciężarowyc. Nizawodność i Efktywność Systmów Tcnicznyc, Międzynarodowy Zszyt Naukowy, Politcnika Kalininradzka, Kalininrad Mysłowski J., Talaa K., Ocna prawidłowości wyznaczania jdnostkowo zużycia paliwa. Ekoloia poranicza orzów Wilkopolski-Łaów Ubysz A., Enrocłonność samocodu, a zużyci paliwa w złożonyc warunkac rucu. Wyd. Politcniki Śląskij, liwic 200. ASSESSMENT OF PROPERTY PERFORMANCE ENINES FOR PASSENER CARS Abstract In t articl sows t problms t conomics work modrn spark inition nins, naturally aspiratd, turbocart and suprcart combind. As an xampl, providin nins for t Volkswan roup s latst nration. Autor: prof. dr ab. inż. Janusz Mysłowski Zacodniopomorski Uniwrsytt Tcnoloiczny w Szczcini AUTOBUSY