Zážehový vozidlový motor EA111.03E

Technická univerzita v Liberci
FUNKČNÍ VZOREK
WP03C03 a WP03V003
Projekt č.TE01020020 „Centrum kompetence AP JB“
Název v originále
Zážehový vozidlový motor EA111.03E-LPG s tvořením směsi
vstřikováním kapalného LPG do sacího potrubí
Název anglicky
The SI Vehicle Engine EA111.03E-LPG with the Mixture Forming by
Injection of the Liquid LPG to the Inlet Manifold
Funkční vzorek vozidlového zážehového motoru pro alternativní provoz na benzin (BA95) nebo LPG
byl vytvořen úpravou motoru EA111.03E (3válcový motor,VZ = 1,2 dm3). Do sacího potrubí motoru
byly zabudovány vstřikovače LPG s koncovou částí, opatřenou ohřevem výtokové trysky průtokem
vody (vlastní konstrukce KVM TUL). EŘJ palivového systému Vialle pro LPG byla připojena k EŘJ pro
provoz motoru na BA. Označení takto upraveného motoru je EA111.03E-LPG.
Motor EA111.03E-LPG byl nainstalován na zkušebním stanovišti v laboratoři oddělení vozidel a
motorů Ústavu pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace (Technická univerzita v Liberci,
Bendlova ul. 1407/7, 461 17 Liberec). Zkušební stanoviště je osazené vířivým dynamometrem
Schenck WT 150 a je vybavené teplotní stabilizací chladicí kapaliny motoru. Ovládání dynamometru
je pomocí systému Simatic s řídícím a měřícím systém CMS pod OS Windows a umožňuje
automatizovaný provoz motoru podle naprogramovaného zkušebního režimu s elektronickým
sběrem dat, záznamem a vyhodnocením všech standardních provozních veličin motoru.
Fotografie vlevo ukazuje motor EA111.03E-LPG na zkušebním stanovišti, vpravo je detailní pohled na
partii sacího potrubí motoru se vstřikovači LPG. upevněnými do koncových částí vstřikovačů.
Koncové částí vstřikovačů LPG s ohřevem výtokové trysky a jejich zástavbu do sacího potrubí motoru
dokumentují následující nákresy.
Koncová část vstřikovače LPG s ohřevem
výtokové trysky prùtokem vody
Paprsek vstřikovaného LPG
Endoskop s nasměrováním snímací
optiky i osvětlení k sacím kanálům v
hlavě válců
Model koncové části vstřikovače LPG
s ohřevem výtokové trysky průtokem
1
Technická univerzita v Liberci
FUNKČNÍ VZOREK
WP03C03 a WP03V003
Projekt č.TE01020020 „Centrum kompetence AP JB“
Regulace bohatosti směsi motoru EA111.03E-LPG v závislosti na provozním režimu vychází
z programu EŘJ pro BA95. V EŘJ pro LPG byla pomocí korekcí upravena doba otevření vstřikovačů LPG
(posunutím nebo naklopením regulační křivky pro řízení bohatosti směsi z EŘJ pro BA95 – korekce
umožňují úpravy bohatosti směsi pouze v omezeném rozsahu).
Autoři
Prof. Ing. Stanislav Beroun, CSc.
Ing. Pavel Brabec, Ph.D.
Ing. Aleš Dittrich
Datum uplatnění
31. 12. 2015
Popis v originále
Zážehové motory na LPG s tvořením směsi vefukováním odpařeného LPG do sacího traktu motoru
mají při provozu na LPG nižší výkon proti provozu motoru na BA. Při tvoření směsi vstřikováním
kapalného LPG do sacího traktu zážehového motoru lze při provozu na LPG dosáhnout stejného nebo
mírně vyššího výkonu motoru jako při provozu motoru na BA. Účinkem velmi rychlého odpařování
vstřikovaného kapalného LPG však vzniká na výtokové trysce v sacím traktu motoru námraza (mokrá
pára LPG má ve výtokové trysky vstřikovače teplotu hluboko pod bodem mrazu, cca -30 až -50 0C).
Odlamování a zanášení námrazy nasávaným vzduchem do válců motoru způsobuje občasné
vynechávání zážehu. Motor EA111.03E je vybaven koncovou částí vstřikovače LPG s ohřevem
výtokové trysky (vlastní konstrukce), která potlačuje (v optimálním případě zamezuje) icing.
Klíčová slova v originále
Zážehový motor na LPG, tvoření směsi vstřikováním kapalného LPG, tvoření námrazy na trysce LPG,
ohřev výtokové trysky, výkon motoru na LPG.
Description in English
SI LPG engine with the mixture forming by injection of the gasseous LPG to the intake air has the
lower power in comparison to the engine running on petrol fuel. Using of the liquid LPG injection to
the intake air the engine power is in effect equivalent on LPG and petrol fuel. The very intensive
evaporation of the liquid injected LPG there cases to very low tepertaure on the outlet orifice of the
LPG injector at suction manifold (the temperature about -30 up to -50 0C). The icing rises from the
atmospheric humidity on the outlet orifice and the fragments of the icing be intake to the engine
cylinder and the irregular misfire coming. The engine EA111.03E-LPG has the special heating of the
outlet orifice of the LPG injector for prevention to the icing.
Keyword in English
SI engine on LPG, mixture forming by the liquid LPG injection, icing on the outlet orifice, heating of
the outlet orifice, engine power on LPG.
Parametry technické
Zážehový motor EA111.03E-LPG s tvořením směsi vstřikováním kapalného LPG do nasávaného
vzduchu (koncepce MPI) dosahuje při provozu na LPG stejný nebo i poněkud vyšší výkon proti
provozu motoru na BA95 (při 100% zatížení v režimech středních provozních otáček je výkon motoru
při provozu na LPG vyšší o cca 2%). Při provozu na LPG pracuje motor EA111.03E-LPG s menším
obohacením směsi než při provozu na BA95 a to spolu s menším podílem uhlíku v LPG (proti BA95)
přispívá k menší produkci CO2 při jeho provozu na LPG.
2
Technická univerzita v Liberci
FUNKČNÍ VZOREK
WP03C03 a WP03V003
Projekt č.TE01020020 „Centrum kompetence AP JB“
Zážehový motor EA111.03E-LPG byl sestaven v jednom provedení na zkušebně motorů v oddělení
vozidel a motorů, Ústavu pro nanomateriály, pokročilé technologie a inovace, Bendlova 1407/7, 461
17 Liberec. Motor byl připraven ze sériového motoru EA111.03E, který pro laboratorní práce poskytla
a.s. Škoda Auto.
Parametry ekonomické
Zážehový motor EA111.03E-LPG poskytuje možnost dalšího technického vývoje zážehových motorů
na alternativní paliva (BA95 a LPG) s efektem zvýšení celkové účinnosti zážehových motorů a snížení
produkce (a emisí) CO2. Funkční vzorek zážehového motoru EA111.03E-LPG a poznatky
z provedených měření na motoru umožní snížit náklady a zkrátit čas při následném výzkumu a vývoji
vozidlových motorů pro alternativní provoz na BA95 nebo LPG.
Předáno za projekt
TE01020020 Centrum kompetence automobilového průmyslu Josefa Božka
Kontaktní osoba
Prof. Ing. Stanislav Beroun, CSc.
Telefon
+420 485 353 143
Prohlášení
Prohlašuji, že popsaný výsledek naplňuje definici uvedenou v Metodice hodnocení výsledku
výzkumu, experimentálního vývoje a inovací pro rok 2010, a že jsem si vědom důsledků
plynoucích z porušení § 14 zákona č. 130/2002 Sb. (ve znění platném od 1. července 2009).
Prohlašuji rovněž, že na požádání předložím technickou dokumentaci výsledku.
Prof.Ing. Stanislav Beroun, CSc.
Příloha
Grafické zpracování vybraných výsledků z provedených měření na funkčním vzorku motoru
EA111.03-LPG jak při provozu na BA95, tak na LPG.
3
Technická univerzita v Liberci
FUNKČNÍ VZOREK
WP03C03 a WP03V003
Projekt č.TE01020020 „Centrum kompetence AP JB“
EA111.03E-LPG, VOCH: LPG vers. BA95
Mt-LPG
qte-BA95
gte-LPG
15
115
14
110
13
105
12
100
11
95
10
90
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
qte [MJ/kWh]
Mt [Nm]
Mt-BA95
120
9
5500
[n 1/min]
Motor EA111.03E-LPG při provozu na LPG má proti provozu na BA95 vyšší výkon v relativně
širokém rozsahu provozních otáček v režimech vnější otáčkové charakteristiky (VOCH) a
pracuje s celkově vyšší účinností. Zvýšení účinnost motoru EA111.03E-LPG je dosaženo
seřízením směsi na nižší obhacení (proti seřízení bohatosti při provozu na BA95) ve všech
režimech VOCH. Pozitivním efektem vyšší celkové účinnosti motoru EA111.03E-LPG a
poněkud nižšího podílu uhlíku v LPG (proti podílu uhlíku v BA95) je příspěvek ke snížení
produkce (a emisí) CO2.
Mt [Nm]
1,05
t_výf/Bcat-LPG
950
1
900
0,95
850
0,9
800
0,85
750
0,8
700
0,75
1500
2000
2500
lambda-LPG
3000
3500
[n 1/min]
t_výf/Bcat-BA95
4000
4500
5000
t_výf [0C]
EA111.03E-LPG, VOCH: LPG vers. BA95
lambda-BA95
650
5500
Seřízení směsi pro LPG s menším obohacením (proti BA95) je v režimech VOCH v celém
otáčkovém režimu. Ve vyšších otáčkách motoru se menší obohacení projevilo určitým
zvýšením teploty výfukových plynů (v grafu jsou uvedeny teploty t_výf před katalyzátorem),
které ale z hlediska katalyzátoru nepředstavuje žádné riziko.
4
Technická univerzita v Liberci
FUNKČNÍ VZOREK
WP03C03 a WP03V003
Projekt č.TE01020020 „Centrum kompetence AP JB“
EA111.03E-LPG: ZCH 2000, 3700 a 5000 1/min
lambda-BA95(3700)
lambda-LPG(3700)
lambda-BA95(2000)
lambda-LPG(2000)
lambda-BA95(5000)
lambda-LPG(5000)
1,05
lambda [-]
1
0,95
0,9
0,85
0,8
0,75
0
20
40
Mt [Nm]
60
80
100
120
Porovnání průběhů seřízení bohatosti směsi v režimech zatěžovacích charakteristik motoru
(ZCH) EA111.03E-LPG. Korekce seřízení bohatosti pro provoz motoru na LPG byly prováděny
především pro režimy VOCH a v několika bodech i pro režimy částečného zatížení v ZCH
nízkých, středních a vysokých otáček. Korekce EŘJ pro LPG ve standardním provozu (i při
měření motoru na zkušebně) se však poněkud odlišovaly od nastavení, které bylo vloženo do
EŘJ při seřizování motoru EA111.03E-LPG. Zřetelně to je vidět na průběhu řízení bohatosti
v ZCH 3700 1/min, v koncových bodech ve všech ZCH jsou potom hodnoty bohatosti směsi
při provozu na LPG rozdílné proti hodnotám v odpovídajících otáčkových režimech na VOCH,
což je pravděpodobně způsobeno zásahem EŘJ pro provoz motoru na BA95 do adaptačních
korekcí pro řízení bohatosti směsi (k těmto nežádoucím samovolným nebude docházet při
použití novější EŘJ pro LPG –na motoru EA111.03E-LPG byla použita EŘJ pro LPG z r. 2006).
EA111.03E-LPG, ZCH 3700 1/min: teploty na trysce LPG
t_tryska(LPG-bez ohřevu)
t_tryska(LPG-s ohřevem)
t_tryska(provoz na BA)
80
t_tryska LPG [0C]
60
40
20
0
-20
-40
-60
0
20
40
60
80
100
120
Mt [Nm]
Teploty na čelní ploše výtokové trysky LPG režimech ZCH 3700 1/min. Průběh teploty na
trysce s ohřevem trysky průtokem vody z chladicího systému motoru byl měřen v první části
zkoušek motoru EA111.03E-LPG. Ztráta těsnosti v systému pro průtok ohřívací vody
5
Technická univerzita v Liberci
FUNKČNÍ VZOREK
WP03C03 a WP03V003
Projekt č.TE01020020 „Centrum kompetence AP JB“
koncovou částí vstřikovače LPG (neopravitelné poškození v koncové části vstřikovače)
znemožnila provoz motoru s ohřevem výtokové trysky LPG a teploty na čelní ploše výtokové
trysky bez ohřevu tak výrazně poklesly pod 0 OC. Zdánlivě nelogický průběh teplot v závislosti
na zatížení motoru (tj. velikosti vstřikované dávky LPG) je dán závislostí teploty vypařování
LPG na tlaku: účinkem kvantitativní regulace zážehového motoru je v nízkých zatíženích
v sacím potrubí motoru nízký tlak a tím se teplota vypařování (tj. teplota mokré páry LPG na
výtoku z trysky) výrazně snižuje. Na čele výtokové trysky bez ohřevu se při velmi nízkých
teplotách vytvářela námraza, zanesení odlomené námrazy do válce motoru se však
projevovalo menšími efekty než v případě původního provedení koncových částí vstřikovačů.
6