Miller-cycle on a heavy duty diesel engine
Abstract: Denna report beskriver ett examensarbete inom ämnet förbränningsmotorteknik och är utfört på Scania CV AB i Södertälje i sammarbete med Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm. Fordonsindustrin står inför nya utmaningar när en större fokusering på koldioxid (CO 2) utsläpp från väg-gående fordon efterfrågas, vilket är direkt kopplat till fordonets bränsleförbrukning. Detta skall klaras av med lägre övriga emissioner i form av kväveoxider (NOx) och rök som är de två stora problemområdena för en dieselmotor. Scania vill därför undersöka potentialen med Miller cykling och om detta koncept skulle kunna implementeras på en lågeffektsmotor. Idén är att byta hög effekt mot verkningsgrad på motorer i motorprogrammet som inte utnyttjar hela grundmotorns effektpotential. Med Miller cykling menas senare- eller tidigarelagd stängning av insugsventilen och på så sätt öka graden expansionsarbete i förhållande till kompressionsarbete, dvs. öka den indikerade verkningsgraden. Då detta medför en minskning i effektiv slagvolym då cylindern inte fylls med luft helt måste kompensering i laddtryck göras för att motorn skall få samma luftmängd. En del kompressionsarbete görs då alltså utanför cylindern som belastar turbosystemet och inte motorn. En ny turbomatchning måste således göras då förflyttningar i turbomappen görs på ett mindre fördelaktigt sätt. Arbetet inleddes med motorprov av en encylindrig dieselmotor som har samma cylinder, kolv och cylinderhuvud som en D12 produktionsmotor där förbränningsdata samlades in för senare simuleringar i GT-power. Två olika kompressioner, tidig resp. sen stängning av insugsventil och EGR provades i testcellen. Det visade sig att generellt sjunker NO x-emissionerna vid Millring tillsammans med en högre verkningsgrad på framförallt höglast. Vid jämförelse mellan standardkompression 17.3:1 CR standard ventilprofil och 23:1 CR Millerprofil åstadkoms en ökning (i procentenheter) av bromsad verkningsgrad på mellan 1.79 % till 3.3 % vid encylinderprov utan EGR. Den annorlunda kolvgropen vid 23:1 CR ökar rök-emissionerna, kolvgropsutformning bör alltså optimeras för att sänka röken. Med EGR är den maximala ökningen i bromsad verkningsgrad (också i procentenheter) mellan 0.93 % och 3.43 %. Vid låglast ökar avgastemperaturen med upp till 100°C vid 50 kW effektuttag på en motsvarande DLC motor vid 1250 rpm. Detta är till fördel vid eventuell avgasefterbehandling. Vid fullmotorsimuleringar med matchad turbo ökar den bromsade verkningsgraden från 43.5 % (standard motor 17.3:1 CR) till 45.2 % (Miller motor 23:1 CR) på bästa punkten i ESC cykeln. Miller tillsammans med höjd kompression kan vara ett koncept som är användbart i vissa effektvarianter i en motorfamilj där en högre avgastemperatur på låglast och en högre verkningsgrad på höglast efterfrågas. Det som bör undersökas närmare är att få ned rök emissionerna vid en ökning i kompression.
AT THIS PAGE YOU CAN DOWNLOAD THE WHOLE ESSAY. (follow the link to the next page)