Dieselmoottorin polttoaineenkulutus vaihtelevissa kuormitustilanteissa
Ojala, Timo (2019)
2019
Automaatiotekniikka
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2019-03-06
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201902151250
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201902151250
Tiivistelmä
Dieselmoottorit ovat liikkuvien työkoneiden eniten käytetty tehonlähde. Työssä tutkitaan työkoneelle tarkoitetun dieselmoottorin polttoaineenkulutusta erilaisissa ja vaihtelevissa kuormitustilanteissa. Tutkimukset suoritetaan kokeellisilla mittauksilla. Päästömittaukset on rajattu työn ulkopuolelle. Työn teoriaosuudessa käsitellään dieselmoottorin ja dieselpolttoaineiden perusteet.
Dieselmoottoria tutkitaan yksittäisenä komponenttina laboratorio-olosuhteissa ja sisätiloissa. Tarkoitusta varten laboratorioon on rakennettu erityinen mittaus- ja testijärjestelmä. Testijärjestelmän olennaisin osajärjestelmä on hydrauliikalla toimiva kuormitusjärjestelmä, jolla tuotetaan halutun suuruista vääntömomenttia, eli kuormaa dieselmoottorille. Muita tärkeitä osajärjestelmiä ovat AVL:n valmistava polttoaineenkulutuksen mittauslaitteisto, ja dSPACE-järjestelmää ja HIL reaaliaikasimuloinnin alustaa hyödyntävä ohjaustietokone. Järjestelmällä voidaan ajaa dieselmoottorille myös ennalta määriteltyjä kuormaratoja halutuilla kuormitusarvoilla. Kuormaradoilla voidaan ohjata moottoriin kohdistuvaa vääntömomenttia ja moottorin pyörimisnopeutta ajan funktiona.
Työn ensimmäisessä vaiheessa laadittiin dieselmoottorin ominaiskulutuskartta. Kulutuskartta laadittiin pyörimisnopeuden ja vääntömomentin funktiona ja käyttäen kulutuksen yksiköitä l/h, g/s ja g/kWh. Kulutuskartan pohjalta laadittiin lisäksi laskennallinen hyötysuhdekartta dieselmoottorille.
Työn toisessa vaiheessa tutkittiin säännöllisesti vaihtelevien kuormitusten vaikutusta polttoaineenkulutukseen. Kuormitusvaihteluita suoritettiin vaihtelemalla moottoriin kohdistuvaa vääntömomenttia ja moottorin pyörimisnopeutta erillisissä mittauksissa. Kuormitusvaihtelu suoritettiin siniaallon muotoisilla kuormaradoilla 90 tai 45 sekunnin kuormitussykleissä riippuen taajuudesta. Kuormituksia suoritettiin eri suuruisilla taajuuksilla ja eri toimintapisteissä. Mittausten perusteella säännöllisellä vääntömomentin vaihtelulla on hyvin pieni vaikutus kulutukseen verrattuna vastaavan toimintapisteen tasaiseen kuormaan. Pyörimisnopeuden vaihtelut puolestaan nostavat kulutusta erityisesti pienillä tehoalueilla ja suurilla vaihtelutaajuuksilla.
Dieselmoottoria tutkitaan yksittäisenä komponenttina laboratorio-olosuhteissa ja sisätiloissa. Tarkoitusta varten laboratorioon on rakennettu erityinen mittaus- ja testijärjestelmä. Testijärjestelmän olennaisin osajärjestelmä on hydrauliikalla toimiva kuormitusjärjestelmä, jolla tuotetaan halutun suuruista vääntömomenttia, eli kuormaa dieselmoottorille. Muita tärkeitä osajärjestelmiä ovat AVL:n valmistava polttoaineenkulutuksen mittauslaitteisto, ja dSPACE-järjestelmää ja HIL reaaliaikasimuloinnin alustaa hyödyntävä ohjaustietokone. Järjestelmällä voidaan ajaa dieselmoottorille myös ennalta määriteltyjä kuormaratoja halutuilla kuormitusarvoilla. Kuormaradoilla voidaan ohjata moottoriin kohdistuvaa vääntömomenttia ja moottorin pyörimisnopeutta ajan funktiona.
Työn ensimmäisessä vaiheessa laadittiin dieselmoottorin ominaiskulutuskartta. Kulutuskartta laadittiin pyörimisnopeuden ja vääntömomentin funktiona ja käyttäen kulutuksen yksiköitä l/h, g/s ja g/kWh. Kulutuskartan pohjalta laadittiin lisäksi laskennallinen hyötysuhdekartta dieselmoottorille.
Työn toisessa vaiheessa tutkittiin säännöllisesti vaihtelevien kuormitusten vaikutusta polttoaineenkulutukseen. Kuormitusvaihteluita suoritettiin vaihtelemalla moottoriin kohdistuvaa vääntömomenttia ja moottorin pyörimisnopeutta erillisissä mittauksissa. Kuormitusvaihtelu suoritettiin siniaallon muotoisilla kuormaradoilla 90 tai 45 sekunnin kuormitussykleissä riippuen taajuudesta. Kuormituksia suoritettiin eri suuruisilla taajuuksilla ja eri toimintapisteissä. Mittausten perusteella säännöllisellä vääntömomentin vaihtelulla on hyvin pieni vaikutus kulutukseen verrattuna vastaavan toimintapisteen tasaiseen kuormaan. Pyörimisnopeuden vaihtelut puolestaan nostavat kulutusta erityisesti pienillä tehoalueilla ja suurilla vaihtelutaajuuksilla.