300bar palaminen, uusia tutkimustuloksia. Ossi Kaario

Transkriptio

1 300bar palaminen, uusia tutkimustuloksia Ossi Kaario

2 300bar palaminen P (bar) DegCA

3 Alusta Rakentaminen aloitettu versio valmis versio valmis versio valmis 2010 running time (hrs) EVE running hours date (dd.mm.yyyy) engine rotating engine firing

4 EVE vuodesta 2006 Sylinterihalkaisija 200mm Iskun pituus 280 mm Iskutilavuus 8796 cc Puristussuhde 15.0

5 EVE vuodesta 2006 Miksi EVE on erityisesti niin monipuolinen tutkimusmoottori? elektrohydraulinen venttiilikoneisto erillinen ahtoilmakompressori yksisylinterisyys

6 Mitä tutkittu? Polttoaineenruiskutus BSNOx (g/kwh) Sturman Dash square Sturman Dash ramp Sturman Dash stepped Sturman Dash square Sturman Dash ramp Sturman Dash stepped BSFC (g/kwh) Kuva: Imperato et al.

7 Mitä tutkittu? Polttoaineenruiskutus Heat Release Rate (%) 9.5% 9.0% Sturman Dash square 8.5% 8.0% Sturman Dash ramp 7.5% 7.0% Sturman Dash stepped 6.5% 6.0% 5.5% 5.0% 4.5% 4.0% 3.5% 3.0% 2.5% 2.0% 1.5% 1.0% 0.5% 0.0% CAD Kuva: Imperato et al.

8 Optiset mittaukset toimivassa moottorissa Kuvat: Sarjovaara et al.

9 Optiset mittaukset toimivassa moottorissa a) b) c) d) e) f) Kuvat: Sarjovaara et al. g)

10 Miller sykli Intake reference exhaust reference IVC=50 CAD BBDC IVC=70 CAD BBDC valve lift (mm) asymm scavenging left, INT asymm scavenging left,exh symm scavenging, INT 4 14 symm scavenging, EXH asymm scavenging right, INT 2 12 asymm scavenging right, EXH CAD valve lift (mm) AEVO in intake stroke, INT AEVO in intake stroke, EXH AEVO in compression stroke, INT AEVO in compression stroke, EXH CAD valve lift (mm) CAD Kuva: Imperato et al.

11 Miller sykli ISFC and ISNOx variation (%) 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% -10% -20% -30% ISFC - Miller 50 ISFC - Miller 70 ISNOx - Miller 50 ISNOx - Miller 70 FSN - Miller 50 FSN - Miller FSN -40% -50% -60% Ref Diesel Ref Scav 60 Scav 30 Scav 0 Scav -30 Scav Kuva: Imperato et al.

12 Polttoainetutkimus BSFC - Diesel BSFC - NExBTL NOx - Diesel NOx - NExBTL ISFC (g/kwh) ISNOx (g/kwh) % 50% 25% 6

13 Uusi 300bar EVE Tavoitteena 300bar maksimisylinteripaine 12 m/s keskimääräinen männän nopeus Kuva: O. Ranta et al.

14 Painevärähtelyt Intake pipe EVE - Pressure in inlet port Exhaust pipe Pressure [bar a] 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 Original No tank optimized. 300 l tank 3,5 Cylinder head Balancing tank 3, Crank angle [deg]

15 Suunnittelu ja valmistus Wärtsilä / Harri Rinta-Torala Uusi kansi

16 Uusi kansi Punainen = tuore ilma Vanha kansi Sylinterin virtauskenttä laskettu CFD:llä Kuvat: E. Antila et al. Uusi kansi Ca=420

17 Uusi kiertokanki Suunnittelu ja valmistus Wärtsilä / Patrik Kulla Kuvat: Wärtsilä / Cimac 2010

18 Uusi mäntä Suunnittelu ja valmistus Componenta Pistons

19 Lämmönsiirto Lämpövuo kannessa Lämpövuo männässä Kuvat: M. Nuutinen

20 Tasapainotus Reciprocating mass forces 1st and 2nd order Current Uusi mäntä kg New Vanha mäntä 29.5 kg Force Uusi kiertokanki 74.7 kg CA [deg] Vanha kiertokanki 79.7 kg

21 Palamisprosessin suunnittelu In-Cylinder Pressure (bars) lambda SOI peak187 - CR= peak300 - CR= peak300 - CR= peak300 - CR= peak300 - CR= peak300 - CR= CAD Charge Air Pressure (bars) lambda SOI 0 lambda SOI 2 lambda SOI 4 lambda SOI 0 lambda SOI Ref Peak300 BSNOx (g/kwh) lambda=2.2 later SOI peak187 - CR=14.2 peak300 - CR=14.2 peak300 - CR=15.2 peak300 - CR=16.2 peak300 - CR=17.2 peak300 - CR= ISFC (g/kwh) Kuvat: M. Imperato et al.

22 Palamisprosessin suunnittelu Polttoaineen ruiskutuksen 1-D simulointi injection dose (g) holes 9 holes dose / g Holes, dur 35 CA 8 holes, dur 35 CA Target 8 holes, dur 30 CA 9 holes, dur 30 CA hole diameter (mm) hole diameter/mm Nykyinen ruiskutuspaine ja ruiskutuksen kesto sekä vakio puristussuhde. Korkeampi ruiskutuspaine ja puristussuhde Kuvat: A. Tilli et al.

23 Palamisprosessin suunnittelu Erittäin korkean paineen vaikutus kaasun käyttäytymiseen huomioitava simuloinneissa K Compressibility factor Z = PV / RT K 2000K 1500K 1000K 500K 350K 300K Ideal gas law Peng-Robinson Redlich-Kwong 300bar maximum cylinder pressure E E E E E E E E E E E E E E E E+00 Pressure (Pa) Pressure (bar) Crank angle Kuvat: A. Tilli et al.

24 Palamisprosessin suunnittelu Palamisen CFD laskenta Palaminen vakiomoottorissa. Korkeampi puristussuhde ja ruiskutuspaine. 300bar max sylinteripaine. Kuvat: A. Tilli et al.

25 Lähitulevaisuus Sisäänajo ja varovainen paineen nosto alhaisella kuormalla ennen kesää. Jos ei tule suuria yllätyksiä, aloitetaan kuorman nosto vähitellen. Vaikka kyseessä on olennainen moottorin tehotiheyden nosto, päästöt ja polttoaineen kulutus ovat erittäin tärkeitä myös kaikessa jatkotutkimuksessa.