Kaksiportainen ahtopaineensäätö dieselmoottorissa

Abstract

Opinnäytetyössä mitoitettiin ja toteutettiin kaksiportainen ahtopaineensäätö Volkswagenin 1,9-litraiseen suoraruiskutusdieselmoottoriin. Tavoitteena oli saada moottori tuottamaan hyvä vääntömomentti mahdollisimman laajalla kierrosalueella. Maksimitehon tavoite oli 220 kW. Lisäksi moottoriin haluttiin tuottaa niin suuri ilmaylimäärä, ettei näkyvää savutusta tapahtunut.

Kaksiportainen ahtaminen toteutettiin turboahtimilla. Ahtimien mitoituksessa käytettiin apuna lähdemateriaalien teoriatietoja sekä ahdinvalmistajalta saatavia kompressorikarttoja. Mitoituksen onnistumista testattiin suorittamalla sopivia mittauksia alustadynamometriä apuna käyttäen. Mittauksissa keskityttiin etenkin ahtimien toimintaan sekä moottorin suorituskykyyn.

Saadut mittaustulokset osoittivat, että ahtimia mitoittaessa moottorin tarvitsema ilmamassavirta oli arvioitu todellista suuremmaksi. Turboahtimien todettiin kuitenkin toimivan hyvällä hyötysuhteella, koska turbiinien tekemä kokonaisvastapaine jäi alle imusarjan paineen. Moottorista saatiin tehoa 219 kW ja vääntömomentti rajattiin 526 Nm:iin. Vääntömomentti saatiin hyvälle tasolle jo alakierrosalueelta. Yläkierroksilla savutus oli lähes olematonta. Pakokaasun lämpötila nousi yläkierroksilla yli ahdinvalmistajien suositusten, koska polttoaineen ruiskutusaika jouduttiin kasvattamaan pitkäksi. Kehitettävää jäi polttoainelaitteiston lisäksi ahto- ja vastapaineiden mittauksiin, joita olisi voinut mitata elektronisesti. Mittauslaitteiston kehittämien olisi vaatinut kuitenkin enemmän rahaa ja aikaa.

The purpose of this thesis was to scale and execute controlled two-stage turbocharging of Volkswagen 1.9-liter direct injection diesel engine. The objective was to get the torque curve of the engine as wide as possible. Power target was 220 kW.

Theoretical information gathered from source material and compressor maps by turbocharger manufacturer were used when scaling the turbochargers. Success of scaling was tested in chassis dynamometer with suitable measurements. Measurements were focused in function of turbochargers and performance of the engine.

Results of measurements indicate that mass air flow the engine needed was smaller than estimated. Nevertheless the turbochargers operated with good efficiency. This was concluded from backpressure of turbines being lower than intake manifold pressure. The engine produced 219 kW power and torque was limited to 526 Nm. Torque was in good level already in low revolutions. Although there was very little visible smoke produced by the engine in higher revolutions the exhaust gas temperature was higher than the recommendation of turbocharger manufacturers. This was due to long duration of fuel injection. Fuel injection equipment was left as a target of development. Other improvements could be done for measurement instruments of boost and backpressure. These could have been electronic with data capture. However, the use of electronic devices would have taken more time and money.