Momenteel ben ik bezig met een project voor mijn school, om het werkelijk proces in de dieselmotor zo dicht mogelijk te benaderen.
Voor mijn project heb ik een dieselmotor (MAN B&W K108 ME-C) genomen met de volgende data:
S = 2660 mm
d = 1080 mm
Va = 12%Vs
Vc = 7,4%Vs
Pspoel = 2,8 bara
Tlbc = 68degC
(Hierboven is S de slag, d de diameter van de zuiger, Va het aanloopvolume in procenten van het slagvolume, Vc het compressievolume, Pspoel de spoeldruk geleverd door de turbo, Tlbc de temperatuur van de lucht bij aanvang van effectieve compressie)
Verder rekenen met de volgende gegevens:
LambdaV = 2
Lth = 14,4 kg/kg
NSE = 42,2 MJ/kg
ettaTot = 0,49
proces = 1 (2-slag)
n = 1,8 Hz
Z = 12
Levert op:
mbt = 4,99 kg/sec
P0 = 210,45 MW
Pe = 103,12 MW
(Hierboven is LambdaV de verhouding voor overmaat lucht, Lth de luchtfactor 14,4 kg lucht per kg brandstof, NSE de Net Specific Energy van de brandstof, ettaTot het totale rendement van de motor, n het aantal omwentelingen per seconden en Z het aantal cilinders, mbt de totale massastroom brandstof, P0 het theoretisch vermogen en Pe het effectieve (as) vermogen.)
Het Theoretische proces
Het theoretische proces in een dieselmotor is makkelijk te benaderen. Er wordt dan gesproken over een gecombineerd gelijkdruk- en Ottoproces.
Na een isentropische compressie van de lucht in de cilinder wordt er onder isochore omstandigheden een hoeveelheid warmte toegevoerd. Hierdoor loopt de druk op, waarna de zuiger naar beneden beweegt en het volume dan dus verandert. Vervolgens is er een isobare toevoeging van warmte, waardoor de druk nagenoeg gelijk blijft. Je krijgt dan het volgende:
In de bovenstaande figuren is het gecombineerd proces weergegeven in een p-V diagram en een T-s diagram.
Punt 1-2 is de isentropische compressie
Punt 2-3 is de isochore warmtetoevoer
Punt 3-4 is de isobare warmtetoevoer
Punt 4-5 is de isentropische expansie
Punt 5-1 is de isochore expansie
Het werkelijk proces
Bij het werkelijke proces is dit niet het geval. Er zijn een aantal factoren die het proces niet zo theoretisch laten benaderen. Nu volgt het volgende figuur:
De vorm van dit figuur is te verklaren door het verloop van de verbranding. Hiervan van invloed zijn de volgende factoren:
- de rotatiefrequentie
- de kwaliteit van de brandstof (met name de CCAI)
- de hoeveelheid ingespoten brandstof
- de temperatuur en druk in de cilinder bij inspuiting
- de staat van de verstuiver
- de inspuitdruk van de brandstof
- de temperatuur van de brandstof (daarme dus de viscositeit)
- de belasting van de motor
en nog een aantal factoren
De bedoeling is dus een zo werkelijk mogelijk proces te berekenen met een aantal ingevoerde waarden (die hierboven vermeldt zijn).
Dus stel:
Ik heb de motor, die draait prima op een belasting van 70% MCR. Vervolgens stap ik van de ene brandstof (zware olie, HFO) over op de andere die in een andere bunkertank zit. De kwaliteit van de brandstof is slechter en de temperatuur is iets lager.
Dit heeft tot gevolg dat de ontstekingsvertraging groter is, waardoor er meer naverbranding is met een hogere druk bij de isentropsiche expansie:
De rode lijn in het Ricardo-diagram geeft het drukverloop weer in de cilinder bij ontbranding die optijd plaatsvind en de groene lijn de karakteristiek bij te late ontbranding.
Dit probleem is op te lossen door een VIT-regeling (variable injection timing) toe te passen op de hoge-druk brandstofpomp. Aan de hand van de gegevens die ik dan te zien krijg, wil ik mijn inspuiting 2 graden vervroegen, en dan moet het effect te zien zijn in het p-V diagram.
Heeft iemand een idee hoe het proces in de dieselmotor zo dicht mogelijk te benaderen is, met verschillende factoren die ik heb genoemd in gedachte houdend? Belangrijkste eigenlijk de druk en temperatuurverloop.
Mvgr. Niels
