BMW:n M30B35-moottorin alkuperäisen ja turboahdetun version hyötysuhdetarkastelu
Maununen, Jimi (2021)
2021
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202103072981
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-202103072981
Tiivistelmä
Tässä opinnäytetyössä muutetaan vapaasti hengittävä BMW-henkilöajoneuvon M30B35-ottomoottori moottoriurheilukäyttöön soveltuvaksi turboahdetuksi moottoriksi. Kohdeajoneuvon moottorikokonaisuus kuvataan keskeisimpien vaihdettavien, muokattavien ja siihen lisättävien komponenttien osalta. Kohdeajoneuvon rakentamisen työvaiheista tarkimpaan tarkasteluun on otettu itse moottorin lohkoon ja kanteen liittyvät toimenpiteet sekä säädettävään moottorinohjaukseen liittyvät komponentit ja niiden toiminnot.
Turboahtimen mitoituksessa käytetään työkaluina tilavuus- ja massavirtalaskukaavoja sekä turboahtimien kompressorikarttoja. Turboahtimen valintaa perustellaan mitoituslaskujen tuloksilla ja kohdeajoneuvon käyttötarkoituksella. Mitoituksen onnistumista analysoidaan jälkeenpäin tehodynamometrimittauksen suorituskykyarvojen sekä taltioitujen anturiarvojen perusteella. Myös mahdollisia kehityskohteita nostetaan lopuksi tarkasteluun.
Hyötysuhdelaskut suoritettiin alkuperäiselle ja valmiille turboahdetulle moottorille. Laskujen tarkoituksena oli selvittää moottorin käyttämän polttoainemäärään sisältämän termisen energian jakautuminen ennen ja jälkeen turboahtamisen. Samalla saatiin tietoon myös moottorin kiertoprosessin puristus- ja työtahtien kaasuseoksien paine- sekä lämpötila-arvojen nousu turboahtamisen seurauksena. Hyötysuhdelaskujen vertailuanalyysissä hyötysuhteiden ja häviöiden muutosten lisäksi tarkastellaan mekaniikan rasitusastetta lisääviä arvoja sekä pohditaan mahdollisia tulevaisuuden kehitystoimenpiteitä.
Kohdeajoneuvon uudella moottorikokonaisuudella saavutettiin suhteellisen hyvä suorituskyky keskikierrosalueelta lähtien ja moottoriurheiluun soveltuva käytös päästiin toteamaan myös moottoriradoilla. Turboahtimen mitoituksessa onnistuttiin käyttötarkoitus huomioiden. Hyötysuhdelaskukaavoilla saatiin selvitettyä polttoaineen termisen energian kulutussuhteiden teoreettiset muutokset. Maksimitehoa ja vääntömomenttia onnistuttiin lisäämään noin 85 %, mutta teoreettisessa akselitehossa eli kokonaishyötysuhteessa tapahtui noin 2 %:n lasku alkuperäiseen nähden. Akselitehon suhteen laskua pidettiin kuitenkin jälkiahdetulle ottomoottorille kohtuullisena, varsinkin kun huomioitiin kohdeajoneuvon käyttötarkoitus.
Turboahtimen mitoituksessa käytetään työkaluina tilavuus- ja massavirtalaskukaavoja sekä turboahtimien kompressorikarttoja. Turboahtimen valintaa perustellaan mitoituslaskujen tuloksilla ja kohdeajoneuvon käyttötarkoituksella. Mitoituksen onnistumista analysoidaan jälkeenpäin tehodynamometrimittauksen suorituskykyarvojen sekä taltioitujen anturiarvojen perusteella. Myös mahdollisia kehityskohteita nostetaan lopuksi tarkasteluun.
Hyötysuhdelaskut suoritettiin alkuperäiselle ja valmiille turboahdetulle moottorille. Laskujen tarkoituksena oli selvittää moottorin käyttämän polttoainemäärään sisältämän termisen energian jakautuminen ennen ja jälkeen turboahtamisen. Samalla saatiin tietoon myös moottorin kiertoprosessin puristus- ja työtahtien kaasuseoksien paine- sekä lämpötila-arvojen nousu turboahtamisen seurauksena. Hyötysuhdelaskujen vertailuanalyysissä hyötysuhteiden ja häviöiden muutosten lisäksi tarkastellaan mekaniikan rasitusastetta lisääviä arvoja sekä pohditaan mahdollisia tulevaisuuden kehitystoimenpiteitä.
Kohdeajoneuvon uudella moottorikokonaisuudella saavutettiin suhteellisen hyvä suorituskyky keskikierrosalueelta lähtien ja moottoriurheiluun soveltuva käytös päästiin toteamaan myös moottoriradoilla. Turboahtimen mitoituksessa onnistuttiin käyttötarkoitus huomioiden. Hyötysuhdelaskukaavoilla saatiin selvitettyä polttoaineen termisen energian kulutussuhteiden teoreettiset muutokset. Maksimitehoa ja vääntömomenttia onnistuttiin lisäämään noin 85 %, mutta teoreettisessa akselitehossa eli kokonaishyötysuhteessa tapahtui noin 2 %:n lasku alkuperäiseen nähden. Akselitehon suhteen laskua pidettiin kuitenkin jälkiahdetulle ottomoottorille kohtuullisena, varsinkin kun huomioitiin kohdeajoneuvon käyttötarkoitus.