De doelmatigheid van de toepassing van een koelmachine voor de inlaatluchtkoeling van viertact dieselmotoren met drukvulling

B I J L A G E

GRAFIEKEN, FIGUREN, TEKENINGEN EN TABEL

behorende bij het proefschrift:

DE DOELMATIGHEID VAN DE TOEPASSING VAN EEN

KOELMACHINE VOOR DE INLAATLUCHTKOELING VAN

VIERTACT DIESELMOTOREN MET DRUKVULLING

G. F. L. LEISTRA

15-1

O

INHOUDSOPGAVE Grafiek 1 T ^ T volgens ( 1 7 ) en ( 1 8 ) 3 2 ( T , / T ) a l s functie van p _ / p e n p V p v o o r d e ^ 1 o'w ^3 *^o ^1 ^o proefmotor 4 3 ( T V T ) : v e r g r o t e w e e r g a v e van 1 m e t '' J - = 0,2857 5 4 M a s s a s t r o o m verbrandingslucht 4> volgens ( 2 1 a ) en

t h e o r e t i s c h t h e r m i s c h geïndiceerd nuttig effect V , .

volgens ( 2 7 b ) 6 5 W a r m t e afgevoerd n a a r het koelwater volgens ( 22 ) 7

6 Afgevoerde w a r m t e tijdens t o e s t a n d s v e r a n d e r i n g 5 - 1 ;

Q ^^ volgens (11a ) en (21a ) 8 7 Maximale c y c l u s t e m p e r a t u u r T volgens ( 6 a ) 9

8 U i t l a a t g a s t e m p e r a t u u r T volgens ( 1 0 a ) 10 9 U i t l a a t g a s t e m p e r a t u u r vóór turbine voor gelijkdrukproces

T volgens ( 2 0 a ) 11 10 Invloed van het luchtovermaatgetal X voor v e r b r a n

dingslucht op de berekening van de t h e o r e t i s c h a f g e

-v o e r d e hoe-veelheid w a r m t e n a a r het koelwater: Q, 12 (zie voor legende tabel I)

In de volgende grafieken wordt het verband van de grootheden weergegeven a l s functie van de belasting p , het m o t o r t o e r e n t a l n en de i n l a a t l u c h t t e m p e r a t u u r t^

11 De vuldruk p- 13 12 De m a x i m a l e v e r b r a n d i n g s d r u k p - 14

13 De druk in de uitlaatleiding nS, c i l i n d e r d e k s e l p. 15

14 De m a s s a s t r o o m inlaatlucht 4», 16 15 De m a s s a s t r o o m brandstof 4>, 17 16 Het totale luchtovermaatgetal X, 18 17 Het p e r c e n t a g e w a r m t e afgevoerd in het koelwater:

%w^% ^ 100 % 19 18 Het p e r c e n t a g e w a r m t e afgevoerd in de s m e e r o l i e :

Q / Q . X 100 % 20

SIIl D

19 Het effectief nuttig effect TJ en het specifieke b r a n d

-stofverbruik b 21 e

-20 De u i t l a a t g a s t e m p e r a t u u r nk cilinderdeksel en vóór turbine bij n = 16, 67 o m w / s e c 22 21 De u i t l a a t g a s t e m p e r a t u u r nk cilinderdeksel en vóór turbine bij n = 18,33 o m w / s e c 23 22 De u i t l a a t g a s t e m p e r a t u u r nk c i l i n d e r d e k s e l en vóór turbine bij n = 20, 00 o m w / s e c 24 23 De w a n d t e m p e r a t u u r t aan gaszijde van het c i l i n d e r

-deksel ( t u s s e n i n - en uitlaatklep) 25 24 De w a n d t e m p e r a t u u r t aan gaszijde van de c i l i n d e r

-voering ( t e r hoogte van de bovenste z u i g e r v e e r a l s de

zuiger in BDP s t a a t ) 26 25 De w a n d t e m p e r a t u u r t aan gaszijde van de z u i g e r

-kroon ( in het midden ) 27 26 Het t o e r e n t a l n , van de drukvulgroep 28

5 2 27 Overzicht g e d r a g grootheden bij p = 12.10 N / m en

n = 20,00 o m w / s e c bij v e r a n d e r l i j k e

inlaatlucht-t e m p e r a inlaatlucht-t u u r T^ 29 28 Het drukverloop in de uitlaatleiding n i 'cilinderdeksel

bij p = 8.10^ N / m ^ , n = 16,67 o m w / s e c 30 29 Het drukverloop in de uitlaatleiding nS. cilinderdeksel

bij p = 9. 10^ N / m ^ , n = 16,67 o m w / s e c 31 30 De t e m p e r a t u r e n aan gaszijde van de zuigerkroon

p = 12. 10^ N / m ^ , n = 20,00 o m w / s e c en t, = 60 °C 32

'^e 1 1 Langsaanzicht ontwerp ( zie voor legende tek. 2 ) 33

2 Zij-aanzicht ontwerp 34 3 Bovenaanzicht ontwerp ( zie voor legende tek. 2 ) 35

4 Een b e s t a a n d e d i e s e l i n s t a l l a t i ^ in een motorrijtuig

( zie voor legende tek. 2 ) 36 5 Installatie m e t koelmachine in een m o t o r r i j t u i g

( zie voor legende tek. 2 ) 37

XI Overzicht van de berekeningen behorende bij de v e r gelijking van een d i e s e l m o t o r zónder, met een d i e s e l

o

I GO I crq o a 1,2-y Stootprocts f. = 17,5.10"'N/m^ ' 2.2 E =15/4 2 , 0 / / 1.8 / / / /

i.6yy / / / / A V

I I I / 7\ // / ' I

mi

/ / / / / / / / / ) 6 6 0 IS0140 130 120

^W / / y

/ / /

A /^"°

/ / X

z/""

X/^''2=P3

/ \ / ' 9 0 ^90 Pg/Pj „ „

_^^\

\

/To 0,5 0,4 0,3 0,2 ^ ^ GdijkdrukproCK 5 •• p. =17,5.10'N/m" E : 1 ^ 4

2 . 0 / V / y

/////ML- •/•*/

/riU // /h^

/ y y / X / / / 6 0

iV"

/K/y^130

/ / / < y - 1 2 0

2 , i / / V x

/ / / Y ^ i i o

/ V / 1 0 0 ^ 9 0 ' ' 3 / ' ' 0 - ^ " / " O " ' •

Grafiek 2 ( T , / T ) als functie van p„/p en p , / p

^ 1 o'w ^3 ^o 1 o voor de proefmotor

-1.40

'V^o'w

0,70

Grafiek 3 (T-/T ) : vergrote weergave van 1 met >? ,. ; 0,2857

-Grafiek 4 Massastroom verbrandingslucht "ï> volgens ( 21a ) en theoretisch thermisch geïndiceerd nuttig effect rj volgens (27b)

--"I I

o

p a p crq

<

O TT O Q P crq 3

I

Grafiek 6 Afgevoerde warmte tijdens toestands verander ing 5-1; Q^ . volgens (11a) en (21a)

Grafiek 8 Uitlaatgastemperatuur T^ volgens (10a )

-o

p H C

<

O a 3 co ctq p o p

<

o o. o-5' ro

<

o o

Ti f ^

0°

^

- ^

. ^

0o

/

-y

y

. /

0 O

^

^ ^

^

^

©<

/ ^

/ ^

/

-0<

y

/

/^ °

©<

- ^

©°

/

y

/

©«

/

/

/

/

0 O

^

„./

X

0<

y

/ ^

y^

©«

/ ^

/

/

0 O

y

p /

/

©«

y

/

y

/

Grafiek 10 Invloed van het luchtovermaatgetal X voor verbrandings-lucht op de berekening van de theoretisch afgevoerde hoeveelheid warmte naar het koelwater: Q,

k (zie voor legende tabel I)

-Grafiek 11 De vuldruk p..

-t, ' c , p .10 N/m -5 , 2 e

Grafiek 12 De maximale verbrandingsdruk p„

Grafiek 13 De druk in de uitlaatleiding nk cllinderdeksel p

-Grafiek 14 De massastroom inlaatlucht 't>,

Grafiek 15 De massastroom brandstof 4> b

2.8 2.6 2.4 2.2 2.0 1.8 - 2,8-n = 16.67 o2,8-n2,8-nw/sec 2 . 6 -n = 18,33 omw/sac 1,8- 2,8- 2,6-n' 10 n = 20,00 omw/sec 1 ^ * - 5 , 2 p ,10 N/m

Grafiek lö Het totale luchtovermaatgetal X

2 6 %

t,-C -»• p. lÖ^N/m^

Grafiek 17 Het p e r c e n t a g e w a r m t e a f g e v o e r d in h e t k o e l w a t e r : O, ./Q,, X 100 %

• t i - C -»• p_,lÖ^N/m^

Grafiek 18 Het percentage warmte afgevoerd in de smeerolie: Q s m / ^ b ^ ^ O " ^ "

Grafiek 19 Het effectief nuttig effect v en het specifieke brand-stofverbruik b

p

1 s. s

i 1 ^

' J\

1

\ l

J \ /

i 1

J \ / ^

1 1 1 1

i

\ 1 1

/N

II

S

o 3 • 1 "

. / \ / \ i \ . ' \ \ V

\ / \ r \ i / \ \

i \wLi^

\ / \ / \ i / \ \ i

i i lil}

[iw\ w

\ t \ 1 1 u

l i \ l vi

/ \ / ' \ / \ / \

-K N /\ 1 /\ Ys

_{\ / \ / \ / \ / °°}

/\' /\ iK Ys

\ / \ / \ / \ / ' ' ° °

i( K Y A"

^^^Y^

" \ / \ ' \ i \ ( \ \ \ \ \ \ =

t \ t \ 1

X ^ \ \ Y..

" \ i \ i \ ( \ i \ \ \ V /

, 1 ^a 11 \ Y Y Y.

1 '\l\t\t \ \ \

i \ \

WlW

W i

' \ l

1

\ K f

\ Ys.

\

^ » .

Grafiek 20 De uitlaatgastemperatuur nk cilinderdeksel en vóór turbine bij n = 16,67 omw/sec

-• ^ ' • \

~i \

\ \

\ \ \

.. \ / \ \

1

•

IW

t t

/ \ / \ .

t t t

/ 1 / \ / \ c

T X X X r n 1 1

t

/ \ / \ / \

/ \ / \ / \ / \ / ' \

• 0 / \ / \ / ; \ / \ , "

N X X X. X \ n J I

' \ / \ / \ / \ / \ \ l \ ' \ ' \ ' \ .

X X X X x*

t t t t

.: \ \ \ : \ K / \ / \ / \ i \ .

^X X X X

/

\

/

K

X

. _ / \ /

Xj

IM > •" \

\ ' \ p

\1

%l

\ / \ \ / / \ / \

. K' X X*^ ^ 1

\ / \ / \

/\\A

/ \ (

X

X X I I 1 ï

V \ X \ V I \ / \ /

X

X X XI n I

\ \ \ \ / \ / \

X X X, X

01 £ 0 II c

T\ \ r

X: X

0> OD 1

1

\

l l

\l\

Y ' t 1

1 "

t l t

/ \ / \ /

t l

• "

\ / \ / ' ^

t t

\ / \ / '

t l

i\r

^

l

i\r

[ t

Grafiek 21 De uitlaatgastemperatuur n^ cllinderdeksel en vóór turbine bij n = 18, 33 omw/sec

-u>

>

t

L'

r^

K

^ OD

t l

t t

, / \ / \

\

l

l\

t t t t

J \ / \ | / \ / \

t t j t t

/ \ / \ / ] \ / \ / )

i t t! t tx

\ / \ / ^

t t

\ / \ / \

t t

/ \ / \

t t t

" \ / \ /

i t

" \ / ^

\

w

W\//\

t i

/\/\N

i i t

' \ / \ /

t t^

\ / \ / \

t t

j \ / \

t t )

i\i\i

{ t t

A / \ /

t t

' \ /

i

Ui

/ \

00

/Y

X X >

/ \

K r

\ /

t Y

\ /

(Y

/ \

Y /

\ *^

/ \ °

X X

X

; X /

V X

\ A

l/\

X

\ X, K

\ ; \ / x / \

\ X

Y /

^ X

X

\ / Y

Y

X

/ \ ,

)( y

' Y/Y/Y/

Y Yi Y

\ /

Y

\ / \

X

-^i?

3 II .O O o o w O

\ ^

Y

_{/ \}

Y

/ Y /

Y;

Y /'

/ \ a > / o

/

Y

\ (A> l\fj

Y / '

1 ^ » j\Ui 1 ^*

_,

u\

'«

1

Grafiek 22 De uitlaatgastemperatuur nk cllinderdeksel en vóór turbine bij n = 20,00 omw/sec

-Grafiek 23 De wandtemperatuur t aan gaszijde van het cllinder-deksel ( tussen In- en uitlaatklpn \

-n = 16.67 omw/sec

n= 18.33 omVsac

n = 20J0 omw/sac

-»• p.lÖ^N/m^

t , t ^

-Grafiek 24 De wandtemperatuur t aan gaszijde van de cilinder-voering ( ter hoogte van de bovenste zuigerveer als de zuiger in BDP staat )

400 twfl'C . 350 300 250 400 350 300 250 400 350 300 250 n = 16,67 o m w / s e c

y^

80 ^=^"^ 7 0

- ^

60 - ^ y ~ P ' ' = —

y

^ ^ P"^^--—; ^ i / ^ ' ^ 9 40 ^ ^ ^ ^ ^ - ^ ; ^ ? - ^ jJP 10 n-18,33 omw/sec ^

'-'^-y'^-:^

_{^^ ^^ ^} 80

y —

^

^ /

y ^ ^ 70 /

y^-y

-^^—

y y y ^ ^-y -^^ /

-^^y

y — — ; ^y—p

::^^ï

50

2

y

_^^ '^9 40

^y

y^Vi 30

y

•yA\--3? 10 y^~py^3 ^ 2 ' n X 20 00 omw/sec

/

80

/

/

70

7 ^

60

7 ^

^

50 40 ^ 30 20 ~ X - , 10

y yy^y^^y^ yy-^^^^y^

/ O ^

y^zz^

^ ^ ^ ^ ^-^ ^

7^

—^

/

-^ -^-^

^ y ^ y ^ y ^ ^ ^^

^^"^^--^

^ y ^

^ ^^

- ^

"^f^

y^n t , ° c . — -5 , 2

Grafiek 25 De wandtemperatuur t aan gaszijde van de zuiger-kroon ( in het midden )

1000 600 lOOOf 900 800 f 700 600 1000 900 800 700 600 1 n = 16,67 omw/sec

' yy

~

^

/—

1

n = 18,33 omw/sec 1 n = 20,00 omw/sec

y^—y^-yy^y

80

'^

y^

y^

y y

y y

23

yWy

/ y

80

/

/

X

/

/

70

^

y

w

/

—

70 y

y^

^

y

w

-y—

70

2

y 60

W-y

-^

yC

W

7 ^

y ~y-i 50 y

y ^

/

y~~-y ^

~?yn 60 _ y

%

7 ^

- / l

y

y—

y

y

y—

y~~-y ^ 8

y

^y—

y

y

y

y~~

y y-i

^

7^^

y—

y

y

y

w.

50

yC

y

y~~~

y-9 _ 50_ y

y~

y

y^

50

y-—

^

7 ^ 9 40

yi

y

y

iO

-^

yC

7 - 1 0 40 y y

y-—

y^

30

yC

y

30

X

y—

y

J L

y-w 20 y^2 20 x ^ yyyi 20 7 - ^ — y^i 10 > ^ 1 3 7 ^ 1 3 i 10 ; ^ i 3 1 \ • 1

'c—

p .1Ö^N/m'

Grafiek 26 Het toerental n , van de drukvulgroep

650 C

550 C

385 C

5 Z

Grafiek 27 Overzicht gedrag grootheden bij p = 12. 10 N/m en n = 20,00 omw/sec bij veranderlijke inlaatlucht-temperatuur T.

-1.25»10^N/m2 1,00Kl''°N/m2

O.D.P B.D.R O.D.P BD.P on.R

1 , 2 5 » 1 0 5 N / m * I . O O . l O ^ N / m ^ i Orukvarloop in u i t l a o t l a U.Q 10. I US. d i n g bij : n = 16,67 omw/seq P e = 8 « 1 0 5 N / m ' | ,0. ^ I ^ " " ' " ' ^ I U.O. OD.P D D R B D P O.DP

Flg. 28 Het drukverloop in de uitlaatleiding nk cllinderdeksel 5 2

bij p = 8.10 N/m , n = 16,67 omw/sec

-U.O. 1.25»105N/m2 Drukverloopjin u i t l a a t l e i d I 10. US. ng bij:n = 16,67 omw/sec P e = 9 x 1 0 5 N / m 2 ^g^ Tl = 316°K

O.D.P B.D.R O.DP B.DP O.D.P

U.0

1.25.105 N/m2

Drukverloop in uit laat leibing bij: n = 16 67omw/sec

I I lU.S. Pe = 9 » 1 0 5 N / m 2 Tl = 2 9 0 ° K U.0.

O.D.R B.D.R O.D.R B.D.R OD.P.

Fig. 29 Het drukverloop in de uitlaatleiding nk cüinderdeksel bij p^ = 9. lO'"" N/m^, n = 16,67 omw/sec

-P = 12.10 N/m, n= 20,00 o m w / s e c , t = 60 °C . Bovenaanzicht zuigerkroon 3^4 370 414 ^ T ^ 3^4 ^T yso Doorsnede: A - B 2^7 3^4 345 321 Doorsnede:C-D

Fig. 30 De temperaturen aan gaszijde van de zuigerkroon p = 12. lO"" N/m , n = 20.00 omw/sec en t, = 60 °C

00 Condensaat ^ — C

<3> :<3>

*

-*-/

^

^

^

--"\

" ^

•• = , - J

r ^

' ^

r

^

= . ^ =. =^^.= =i..k.=. J.__t_

AANZICHT vlg. A - B

Tek. 1 Langsaanzicht ontwerp ( zie voor legende tek. 2 )

J-- ^ B AANZICHT vlg. EJ--F

^ Drukvutgroap ( s ) Koalargroap

0 WL-koalar

(3) FL-koalar

0 Compressor koelmachine

Tek. 2 Zij-aanzicht ontwerp

( 5 ) Ganerotor

n) Hulp-ganarotor

-0 3 Cn

AANZICHT vlg. C - D

Tek. 4 Een bestaande dieselinstallatie in een motorrijtuig ( zie voor legende tek. 2 )

Tek. 5 Installatie met koelmachine in een motorrijtuig ( zie voor legende tek. 2 )

TAI5EL XI Overzicht van de berekeningen behorende bij de vergelijking van een rlicscimotor zonder, met een dieselmotor mét koelmachine voor de inlaatluchtkoeling

1 Vermogen voor g e n e r a t o r en hulpgenerator 2 Vermogen voor ventilator (en) van k o e l e r g r o e p

n Vermogen voor k o e l m a c h i n e c o m p r e s s o r (-^ r e g e l a p p a r a t u u r ) 4 I'^ffcctlef vermogen van de d i e s e l m o t o r (= 1 + 2 + 3 ) .') Gemiddelde effectieve druk

0 Specifiek brandstof verbruik

7 C o m p r e s s i e - v e r h o u d l n g in w a r m e toestand 8 Maximale verbrandingsdruk •) Vuldruk 10 b (stoot/gelijkdruk) i l T^ (stoot/gelijkdruk) 12 T^ (stoot/gelijkdruk) V,i Aanzuigluchttemperatuur 1} Luchttemperatuur: na c o m p r e s s o r l.''> na WL-koeler Ki na F L - k o e l e r 17 vóór d i e s e l m o t o r 18 M a s s a s t r o o m : inlaatlucht 1!) condensaat 21) koelmiddel (freon) 21 W a r m t o s t r o o m : s m e e r o l i e k o e l e r 22 motorkoelwaterkoeler 2;! w a t e r - l u c h t k o e l e r 21 freon-luchtkoeler 2r> condenser 2(i k o e l e r g r o e p ( = 20 + 21 + 22 + 24 ) 2T Vcrmoj;on voor k o e l m a c h i n e c o m p r e s s o r

28 Spocifiek volume koelmiddel (freon) 21) Shi^volumc p e r s e c . ( c o m p r e s s o r ) kW kW kW kW 10"^. N / m ^ 1 0 ' " ^ . g r / J -1 0 " ^ . N / m ^ 10"^. N / m ^ -°K °K °C °C °C °C °C k g / s e c k g / s e c k g / s e c kW kW kW kW kW kW kW m^Ag 3 / m / s e c t^=35 °C ¥'j.= 70 % 7 0 8 , 2 8 , 7 3 6 , -9,90 ~ 6 5 , 7 16,80 8 2 . -1,53 1,9410 / 1,9763 2305 / 2347 dlz / 997 4 0 . 9 3 , 6 3 , 7 1 , -1,339 8 2 , 5 0 2 , 4 2 , 6 2 6 ,

-Alle «aarden in deze kolom volgens opgave Werkspoor ( 10. 5, [|2j )

-MOTOR 1 t^=55 °C ¥-^.=20 % 6 1 9 , 2 8 ,

6 4 7 , -8,70 ~ 6 6 , 1 16,80 77,50 1,45 1,8634 / 1,8929 2336 / 2373 969 / 991 6 0 , 1 0 9 , 8 2 , 9 0 , -1,200

7 5 , 4 7 0 , 3 6 ,

5 8 1 ,

-t =55 °C o

g

hc

3

o II

9-g

o in II o

8

> m 0)

2

• 4 - 1

.s

B 0) Q *'^=90 %

%^

co g •o g u D, 'O 4-J B bo o 3

1

(U •o

f

g "o! o .B B MOTOR 2 t^=35 °C <p^=70 % 7 0 8 , 2 4 , 1 6 , 7 4 8 , -13,40 ~ 6 5 , 3 1 5 , 8 2 , 2 , -2,3485 / 2,4275 2178 / 2251 1037 / 1086 4 0 , 1 3 1 , 7 0 , 3 0 , 4 0 , -1,409 0,0168 0,90 7 8 , 4 3 7 , 9 3 , 1 0 2 , 1 1 5 , 7 2 3 , ~ 1 6 , -0,0320 0,0290 t ^ = 5 5 ° C <Pj.=20% ü o r s p r . c o m p r e s s o r 6 8 8 , 2 4 , 2 4 , 7 3 6 , -13,15 ~ 65,4 1 5 , -81,10 2 , -2,3255 / 2,4034 2176 / 2249 1032 / 1081 6 0 , 1 5 6 , 9 1 , 3 5 , 4 5 , -1,381 0,0045 1,02 7 6 , 4 3 0 , 9 6 , 9 0 , 1 1 0 , 7 1 2 , ~ 2 4 , -0,0280 0,0285 t ^ = 5 5 ° c Vj.= 90';;. o o r s p r . c o m p r e s s o r 6 4 3 , 2 4 , 1 6 , 6 8 3 , -12,20 ~ 6 5 , 7 1 5 , -77,50 1,97 2,2387 / 2,3133 2184 / 2256 1022 / 1070 6 0 , 1 5 4 , 9 1 , 6 0 , 7 0 , -1,264 0,0430 l,.'-.5 7 3 , 4 0 5 , 9 6 , 1 6 0 , 1 7 3 , 7 4 7 , ~ 1 6 , -0,0150 0,0240

39