VAASAN YLIOPISTON TUTKIMUSHANKKEISTA Miller-ajoitus ja kaksiportainen ahtaminen Seppo Niemi
MUUTTUNUT SISÄLT LTÖ Stipendinsaaja Markus Uuppo, TuAMK, ei pääp äässyt matkansa takia seminaariin mukaan Tämä esitys piteni 10 minuutista 25:een Uusi sisält ltö Vaasan yliopiston polttomoottorikoulutus VY:n polttomoottoritutkimus Biopolttoaineet (Markus Uuppo) Kaksiportainen ahtaminen (DI Kaj Lundin) Työkonedieseltutkimus Miller-ajoitus NRTC-analyysej analyysejä
ENERGIATEKNIIKAN DI-OPINNOT Lähtökohtana tekniikan kandidaatin- tai insinöö öörintutkinto soveltuvalta alalta Teknillinen termodynamiikka Virtausmekaniikka Lämmönsiirtotekniikka Energiantuotannon fysikaaliset perusteet Uusiutuvat energialähteet Diesel- ja kaasumoottorit Moottori-installaatiot installaatiot Pako- ja savukaasujen puhdistustekniikan seminaari Poltto- tai voiteluaineita koskeva erikoistyö Polttomoottoriprosessin mallinnus ja simulointi
JATKO-OPINNOT OPINNOT JA TUTKIMUS Tutkimusaiheet ensisijaisesti elinkeinoelämäst stä Opintojen sisält ltö räätälöidään n opiskelijan työteht tehtävien ja kiinnostuksen mukaan
TUTKIMUSYHTEISTYÖ Paikalliset ammattikorkeakoulut (Novia, VAMK: Vaasan Energiainstituutti) Turun AMK Yliopistot (OY, LTY, ÅA, muut) VTT Cleen Oy
TUTKIMUSHANKKEET Laiva- ja voimaladieseltutkimus Moottorien biopolttoaineet Työkoneet Hajautettu energiantuotanto Hajautetun energiantuotannon moottoritekniikka (Micro and Smart grids) Työkonedieseltutkimus ja -kehitys
LAIVA- JA VOIMALADIESELTUTKIMUS Laivapää äästöjen kokonaisvaltainen vähentv hentäminen SO 2, NO x, (PM) 2015-2016 2016-taso Väitöskirjatyö Jari Lahtisen seminaariesitys Kaksiportainen ahtaminen Kaj Lundinin diplomityö Pakokaasujen jälkikj lkikäsittelylaitteet Moottorivoimalan hyötysuhteen parantaminen
BIOPOLTTOAINEET Polttoainevaihtoehtojen perusmittaukset Markus Uupon insinöö öörityö,, TuAMK Wärtsilä; ; Sybimar Oy, Energy Solutions Seminaariesitelmä peruuntui matkan takia Vaikutus katalysaattoreihin ja hiukkassuotimiin Laadunvalvonta Väitöstyö Ominaisuuksien mallinnus Väitöstyö
BIOPOLTTOAINEET Fox oil (FO) Turkistarhauksen jätteistä Chicken oil (CO) Broilerituotannon jätteistä MSO RSO StO FO CO Acid value 4.4 2.8 7.7 4.8 Moisture 0.06 Iodine value 118 137 82 87 Fatty acid 14:0 3.6 2.2 16:0 3.2 4 11 13 21 16:1 5.5 7.8 5.7 18:0 2.2 6.6 4.4 18:1 cis 23 58 33 51 43 18:2 cis ω 6 18 21 11 10 19 20:1 cis 9.1 3.5 0.9 0.6 20:5 cis ω 3 4.2 18:3 cis ω 3 14 11 3.9 1.2 2.7 22:1 cis 26 3.1 22:5 cis ω 3 2.1 0.5 0.2 22:6 cis ω 3 7.9 0.9 0.5 Phosphorus 4 to 15 30 PUF 34 14 23 MUF 60 61 50 SAF 6.3 25 27
BIOPOLTTOAINEET HC, g/kwh 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 1800 rpm, 100% 1500 rpm, 100% 1500 rpm, 75% DFO FO CO
BIOPOLTTOAINEET PM mass, g/kwh 1 0.1 0.01 0.001 1500 rpm, 100% Raw Filtered DFO FO CO
BIOPOLTTOAINEET PM number, 1/cm 3 1.E+08 1.E+07 1.E+06 1.E+05 1.E+04 1.E+03 CO; 1500 rpm, 100% load Raw Filtered 1.E+02 10 100 1000 Aerodynamic diameter, nm
KAKSIPORTAINEN AHTAMINEN Kaj Lundinin diplomityö Tausta: Meriliikenteen tiukentuvat NO x -rajat IMO Tier II 2011 (-20%)( IMO Tier III 2016 (-80%)( Miller-ajoitus
KAKSIPORTAINEN AHTAMINEN Hyvin aikainen imuventtiilin sulkeutuminen Suuri ahtopaine Aksiaaliturbiini pienpaineahtimessa Aksiaali- tai radiaaliturbiini suurpaineahtimessa Waste-gate pienpaineahtimen optiona HT- and LT-vesij vesijäähdytys kummassakin ahtoilman jääj äähdytysvaiheessa Värähtelylaskelmat
Kriteerit KAKSIPORTAINEN Yksinkertainen ja tiivis rakenne Soveltuvuus muihin moottoreihin Ilmaputkisto Jäähdytysputkisto Huollon helppous Asentamisen nopeus Painopiste lähelle l runkoa Hukkaportin sijoitusmahdollisuus AHTAMINEN CONCEPT 1 2 3 4 5 6 Compact design/simple structure - - - - + + + + - Suitability for larger engines - - - + + + + + Charge air piping - - + + + - - Cooling water piping - - + + - - Easy maintenance + + + + + + + + + Easy assembly / modularity - - - - + + + - CoG near the engine block + + - - + + + Waste-gate implementation + + + - - + Total - 3-4 + 7 + 4 + 4 + 2
Low-pressure charger: ABB TPL C High-pressure charger: ABB TPL C High-pressure charge air cooler Low-pressure charge air cooler
KAKSIPORTAINEN AHTAMINEN
TYÖKONEDIESELIT US EPA Tier 4i- ja 4 -moottorikehitys (2011 ) Kaasunvaihto, ruiskutusjärjestelm rjestelmä,, pakosarjat, ahtimet, EGR, ym. Miller-ajoitus Katalysaattorit, suotimet Transienttimittaukset Havaintoja
MILLER-AJOITUS Valve lift, mm Typical valve timing Conventional Exhaust Inlet Courtesy of WärtsilW rtsilä.. After: Raikio, T. (2010)
MILLER-AJOITUS Valve lift, mm Relative air flow 1.1 0.9 0.7 0.5 0.3 2200 rpm Conventional Exhaust Inlet 0 5 10 BMEP, bar 0 % 33 % 49 % 67 % 82 %
MILLER-AJOITUS Valve lift, mm 9 1500 rpm NOx, g/kwh 8 7 6 5 Exhaust Inlet Conventional 4 8 12 16 20 BMEP, bar 0 % 33 % 49 % 67 % 82 %
MILLER-AJOITUS Valve lift, mm 235 2200 rpm BSFC, g/kwh 230 225 220 Exhaust Inlet Conventional 215 6 8 10 12 14 BMEP, bar 0 % 33 % 49 % 67 % 82 %
MILLER-AJOITUS Valve lift, mm Relative BSNOx 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 Miller, IVC timing at 82% of maximum Conventional Exhaust Inlet 1500/100% 1500/75% 1500/50% Single stage TC 2 stage TC
MITTAUSSYKLIT Steady cycle Transient cycle (NRTC) Mode Speed Torque # % 1 Rated 100 2 Rated 75 3 Rated 50 4 Rated 10 5 Intermediate 100 6 Intermediate 75 7 Intermediate 50 8 Idle 0
AHTOJÄÄ ÄÄHDYTTIMEN PAINEHÄVI VIÖ NRTC, 125 kw Relative emissions and SFC 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 NOx HC CO Opacity, > 5% PM SFC 45 mbar 100 mbar 200 mbar
PAKOSARJAT NRTC, 148 kw Relative emissions and SFC 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 NOx HC CO PM Opacity, > 5% SFC Std Pulse converter Pulse
TURBOAHTIMET NRTC, 148 kw Relative emissions and SFC 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 NOx HC CO PM Opacity, > 5% SFC Std VGT 2 stage
AHDIN JA PARAMETRIT NRTC, 125 kw Relative emissions and SFC 5 4 3 2 1 0 NOx HC CO Opacity, > 5% PM SFC TC 1, std TC 1, NRTC TC 2, std TC 2, NRTC
LÄHITULEVAISUUS Cleen FCEP -hankkeet: Voimalahyötysuhteen parantaminen Pesuritekniikan jatkotutkimus Biopolttoainetyöt: t: Analyysit Hapettumistutkimus Ominaisuuksien mallinnus Mittausajot Ohjausautomatiikan tutkimus Moottoritutkimuslaboratorion kehittäminen Biopolttoainelaboratorion laajentaminen