Työkonedieselmoottorin kaasunvaihtojärjestelmän optimointi Tier 3 -päästövaatimukseen

Abstract

Tässä opinnäytetyössä tutkittiin dieselmoottorin venttiilien ajoituksien ja nousukäyrien muutoksien vaikutusta moottorin suoritusarvoihin ja emissioihin. Tutkimuksessa vertailtiin keskenään neljää erilaista nokka-akselia, joista yksi oli varustettu sisäisen pakokaasun takaisinkierrätyksen mahdollistavalla pakoventtiilin nousuprofiililla. Muilla kolmella nokka-akselilla oli keskinäisenä erona imuventtiilien sulkeutumishetki ja venttiilin nousu. Tutkimuksessa tutkittiin Miller-menetelmää typen oksidipäästöjen alennusmenetelmänä.

Moottorin suorituskykyä ja emissioita tutkittiin erilaisissa staattisissa kuormitustilanteissa, sekä dynaamisissa kuorman nostoissa. Lisäksi tutkittiin venttiilien nousuprofiilien muutoksien vaikutusta moottorin hukkalämmön tuottoon ja polttoaineen ominaiskulutukseen. Mittaukset suoritettiin AGCO Power Oy:n moottorilaboratoriossa yrityksen omalla testimoottorilla ja mittalaitteistolla.

Testatuilla Miller-nokka-akseleilla ei päästy emissiorajat täyttäviin tuloksiin staattisessa emissiotestissä. Sisäisen pakokaasun takaisinkierrätyksen mahdollistavalla nokka-akselilla päästiin vertailun alhaisimpaan typen oksidipäästöön. Sisäinen pakokaasun takaisinkierrätys huononsi moottorin dynaamista vastetta, sekä kasvatti voimakkaasti moottorin savutusta nopeissa kuorman nostoissa.

Miller-menetelmä alensi typen oksidipäästöä tavanomaiseen kaasunvaihtojärjestelyyn verrattuna selvästi, mutta sisäinen pakokaasun takaisinkierrätys oli tehokkaampi menetelmä alentaa typen oksidipäästöä. Sisäinen pakokaasun takaisinkierrätys kasvattaa moottorin jäähdytysveteen luovuttamaa lämpömäärää.

Luottamuksellinen aineisto on poistettu julkisesta raportista.

The purpose of this thesis was to research the influences of valve timing and valve lift curves to emissions and performance of diesel engine. There were four different cam-shafts in comparison, in which one had an additional lobe to allow the recirculation of the exhaust gas. The main goal of the thesis was to research Miller system for a method to lower NOx emissions.

Performance and emission tests were done with eddy current engine dynamometer in both static and dynamic operating conditions. Also the heat rejection was measured with all camshafts in comparison. All measurements were done at AGCO Power Inc.’s engine laboratory with AGCO Power engine.

The NOx emissions with Miller camshafts were higher than with the exhaust gas recir-culating camshaft, but the particulate emissions in dynamic situations were much lower than with the exhaust gas recirculating camshaft.

Miller system lowers the NOx emissions when compared to conventional gas exchange systems, but the exhaust gas recirculation is more effective in NOx reduction. The heat rejection to coolant is significantly higher with the exhaust gas recirculating camshaft.

Confidential information has been removed from the public version of the thesis.