| dc.description.abstract | 2-trinns turbolader konseptet som brukes i denne masteroppgaven, er to separate turboladere koblet i serie. Luften går gjennom en lavtrykkskompressor, og en høytrykkskompressor, før den kommer inn på innsugingsventilene. Eksosen passerer gjennom både en høytrykks- og en lavtrykksturbin før den når eksosrøret. Dette konseptet tillater ladeluftkjøling mellom de to kompressortrinnene, i tillegg til ladeluftkjøling mellom høytrykkskompressoren og motoren.
Viktige begreper som Miller syklus, timing, og tap blir introdusert i begynnelsen for senere referanse. Også forventede effekter av 2-trinns turboladning med Miller timing er presentert. Litteraturgjennomgangen ser på hva konseptet 2-trinns turboladning er, og hva som er gjort tidligere innen dette feltet. Som et utgangspunkt er matching prosedyren for en 2-trinns turbolader presentert i korte trekk. Betydningen av et godt spalteforhold mellom trykkforhold på lavtrykks- og høytrykkskompressoren er funnet å være omkring 2. En enkel matematisk modell av en 2-trinns turboladet motor er bygget i Matlab-kode, ved hjelp av enkle termodynamiske relasjoner. Koden benyttes for beregninger, og kan finnes i vedlegget. Ved å gjøre kvalifiserte antakelser og sette mange konstanter, kan modellen brukes til å illustrere en 2-trinns turbolader, og resultatene blir presentert i et kompakt format ment å gi grunnleggende informasjon som er nødvendig for å bestemme turbolader familie og modell.
I kapittelet om verifisering presenteres RR BEAS motoren. Dette er en 6-sylindret turboladet rekkemotor som kan kjøre på både tungolje (HFO) og marin gassolje (MGO). RR BEAS har skaffet testresultater fra den virkelige motoren, samt en GT-Power modell av samme motor utstyrt med en 1-trinns turbolader. GT-Power programvaren er kraftig og brukervennlig. Motormodellen var i god stand, men en ny NOx-måling ble etablert i eksosrøret som regner ut gjennomsnittsverdier. I tillegg ble NOx beregningene endret fra likevekts beregninger i sylinderen til å bruke en EngCylNOx mal som deretter ble tunet inntil tilfredsstillende NOx målinger ble oppnådd. Deretter ble motormodellen kontrollerert mot testdata fra den virkelige motoren, med tilfredsstillende resultater. Det neste skrittet var å bygge en 2-trinns turbolader i GT-Power. Dette ble gjort ved å bruke de tilgjengelige malene i GT-Power. RR BEAS har anskaffet de nødvendige kompressor og turbinkart i form av SAE-filer. Disse ble benyttet med hell i modellen. Ladeluftkjølerne ble modellert som "black boxes", noe som betyr at de ikke er laget som en eksakt kopi av en ekte en. Veggtemperaturen på rørene i kjøler blir satt nært ønsket lufttemperatur etter kjøler. Deretter er rørene i ladluftkjøleren gitt en svært høy varmeoverføringskapasitet. Dette tvinger ladelufttemperaturen ned mot den satte veggtemperaturen meget raskt. Nye løftkurver for inntaksventiler ble laget for Miller timinger 40-100 veivakselgrader. En ekstra 2-trinns turbolader modell ble også laget. Den var identisk med originalen, bare med økt effektivitet ved bruk av effektiviserings multiplikatorer i kompressor og turbin maler. Dette ble gjort slik at den kunne brukes som en referanse for hva som kan oppnås med enda høyere ladetrykk, enn det som følger av den opprinnelige 2-trinns turboladete modellen.
viii
Den første simuleringen kjørte 2-trinns turboladeren på 100% av maximum continuous rating, og testet Miller timingene 40-100 med trinn på 10 veivakselgrader. Miller 70 ble funnet som en optimal timing for kombinert reduksjon av både BSFC og NOx. Deretter ble en sammenligning kjørt mellom en 1-trinns turbolader, 2-trinns turbolader, og den ideelle 2-trinns turbolader. De ble kjørt gjennom seks forskjellige belastninger, 110, 100, 75, 50, 25 og 10% av MCR. De to 2-trinns turboladerene ble begge kjørt med Miller 70, mens den 1-trinns turboladeren ble kjørt med sin standard Miller 40. Resultatene viste at 2-trinns turbolader modellen reduserte NOx-utslippene med rundt 1 g / kWh, og BSFC av rundt 2 g / kWh. Turbotrykket var over 7 bar for 100% MCR. Men den maksimale sylindertemperatur ble ikke redusert, og dette hindret sannsynligvis ytterligere reduksjon av NOx. Dette førte til troen på at turboladerne kanskje ikke er en perfekt match for denne motoren. Høytrykksturbinen fungerte sub-optimalt på en virkningsgrad rundt 70%, 10% mindre enn kompressorene og lavtrykksturbinen. Når man ser på den ideelle 2-trinns turboladeren, oppnås det en NOx reduksjon rundt 2g / kWh, og BSFC ble redusert med nesten 6 g / kWh. Dette bekrefter mistanken om at turboladerne og motoren ikke er en perfekt match. Det som skjer er at de ikke er i stand til å levere et høyt nok ladetrykk, derfor blir AF-forholdet redusert, og sylindertemperaturen går opp, begrenser NOx reduksjonen. Når man ser på energibalansen avslører den at varmeoverføringen kan reduseres betraktelig med lavere temperaturer. Motorfriksjonen reduseres med lavere sylindertrykk, og dette er direkte knyttet til sylindertemperaturer. Konklusjonen er at videre arbeid må gjøres for å finne en god kombinasjon av motor og turboladere, som muliggjør høyere ladetrykk, og lavere prosesstemperaturer. | |
