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

iWi O o > o -O ^^ • -M O BIBLIOTHEEK TU Delft P 1270 4322

r

1,1/. '•fl>6. 7y

DE DOELMATIGHEID VAN DE TOEPASSING VAN EEN KOELMACHINE VOOR DE INLAATLUCHTKOELING VAN

DE DOELMATIGHEID VAN DE TOEPASSING VAN EEN

KOELMACHINE VOOR DE INLAATLUCHTKOELING VAN

V I E R T A C T D I E S E L M O T O R E N M E T DRUKVULLING

P R O E F S C H R I F T

T E R VERKRIJGING VAX DE GRAAD VAN DOCTOR IN DE TECHNISCHE W E T E N S C H A P P E N AAN DE TECHNISCHE H O G E -SCHOOL T E D E L F T OP GEZAG VAN DE R E C T O R MAGNIFICUS i r . II. J . DE WIJS. HOOGLERAAR IN DE AFDELING DER MIJNBOUWKUNDE. VOOR EEN C O M MISSIE UIT DE SENAAT T E V E R D E D I -GEN OP WOENSDAG G J U L I 19(iü OM

l ö UUR

DOOR

GERARD FOKKE LOUIS LEISTRA

^2-70 CfZlZ

w e r k t u i g k u n d i g i n g e n i e u r g e b o r e n t e B e r g e n ( N . H . )

Dit proefschrift is goedgekeurd door de promotor Prof. ir. A. H. de Klerck.

Aan mijn ouders Aan mijn vrouw

INHOUDSOPGAVE 1.1 Tekst 1 2 3 4 5 INHOUDSOPGAVE 1. 1 Tekst 1. 2 Figuren 1.3 Tabellen SAMENVATTING 2 . 1 Summary 2. 2 Zusammenfassung NOTATIES INLEIDING 4 . 1 Referenties HET ONDERZOEK 5.1 Doel 5. 2 P l a a t s 5. 3 De proefopstelling

5. 4 De uitvoering van het onderzoek 5. 5 Referenties

6 THEORIE

6.1 Theoretische 4tact dieselmotor met d r u k -vulgroep

6 . 1 . 1 Isentropische compressie

6 . 1 . 2 Warmtetoevoer bij constant volume 6 . 1 . 3 Warmtetoevoer bij constante druk 6 . 1 . 4 Isentropische expansie

6 . 1 . 5 Warmte-afvoer bij constant volume 6 . 1 . 6 Berekening van de verhouding b = v . / v „

6 . 1 . 6 . 1 Gelijkdrukproces 6. 1.6.2 Stootproces

6 . 1 . 7 Beschikbare arbeid voor de uitlaat-gasturbine bij isentropische expansie tot op de atmosferische druk

6. 1. 7. 1 Gelijkdrukproces 6 . 1 . 7. 2 Stootproces 7 7 10 11 13 14 15 17 23 26 27 27 27 27 29 30 31 33 33 34 34 35 35 36 36 36 36 36 37

6 . 1 . 8 Isentropische compressorarbeld

6 . 1 . 9 Berekening van de verhouding T . / T 37

6 . 1 . 9.1 Gelijkdrukproces 37 6 . 1 . 9. 2 Stootproces 38 6.1.10 Theoretische uitlaatgastemperatuur vóór turbine 38 6 . 1 . 1 0 . 1 Gelijkdrukproces 38 6 . 1 . 1 0 . 2 Stootproces 39 6 . 1 . 1 1 Massastroom verbrandingslucht 39

6.1.12 De theoretische, naar het koelwater

afgevoerde, hoeveelheid warmte: Q, 40 6.1.13 De wandtemperatuur aan gaszijde van

de cilindervoering en het cilinderdeksel: T 43 6.1.14 Theoretisch thermisch geïndiceerd wg

nuttig effect: ri , . 44 6.2 Werkelijke 4-tact dieselmotor met drukvulgroep 45

6. 2 . 1 De verhouding T , / T 45 6 . 2 . 2 De m a s s a s t r o o m verbrandingslucht 45

6 . 2 . 3 De uitlaatgastemperatuur vóór turbine 46 6. 2, 3 . 1 Berekening van de gemiddelde

uitlaatgastemperatuur vóór turbine

uit de meetgegevens 50 6 . 2 . 4 De werkelijke afgevoerde warmte naar het

motorkoelwater 52 6. 3 Invloed van de inlaatluchtkoeling 53

6 . 3 . 1 Gedrag van de maximale verbrandingsdruk en de vuldruk bij veranderlijke

inlaat-luchttemperatuur 53 6 . 3 . 2 Het gedrag van het luchtovermaatgetal voor

verbrandingslucht in afhankelijkheid van de

vuldruk en de inlaatluchttemperatuur 58 6. 3. 3 Grafische voorstelling van verschillende

grootheden 58 6.4 Referenties 59 DE KOELMACHINE EN DE INLAATLUCHTKOELING 61

7.1 De koelmachine 61 7 . 1 . 1 Het type koelmachine 61

7.1.2 De theorie van de compressiekoelmachine 63 7 . 1 . 3 De plaats van de verdamper in het

inlaat-luchtsysteem 65

-7.1.4 De aandrijving van de compressor 66 7 . 1 . 5 Het koelmiddel 66 7.2 De inlaatluchtkoeling 68 7 . 2 . 1 De aanzuigomstandigheden 68 7. 2. 2 De luchttemperatuur na de compressor gg 7 . 2 . 3 De water-luchtkoeler 68 7.2.4 De freon-luchtkoeler 69 7. 3 Referenties 69 8 ONTWERP 71 8.1 Referenties 74 9 DE MEETOPSTELLING 75 9.1 De aanzuigomstandigheden 75 9. 2 De temperatuur 75 9. 3 De druk 77 9.4 Het drukverloop 77 9 . 4 . 1 De mechanisch-elektrische methode 77 9.4.2 De capacitieve methode 77 9 . 4 . 3 De piëzo-elektrische methode 77 9. 5 Het toerental 79 9. 6 Het vermogen 81 9. 7 De massastromen 81 9. 7.1 De m a s s a s t r o o m inlaatlucht 81 9.7.2 De massastroom brandstof 81 9. 7. 3 De massastromen motorkoelwater,

smeerolie en koud water 81 9. 7.4 De massastromen koelwater voor de

koelers van motorkoelwater, s m e e r

-olie en lucht 83

9. 8 Referenties 83 10 OVERZICHT VAN DE RESULTATEN 87

10.1 De resultaten van het theoretische onderzoek 87 10. 2 De resultaten van het laboratoriumonderzoek 89 10. 3 Vergelijking van de theoretische met de

praktische resultaten 91 10.4 De resultaten van de vergelijking van een

normale dieselmotor met een dieselmotor,

- 9

voorzien van een koelmachine voor de

inlaatluchtkoeling 95 1 0 . 4 . 1 Gematigd klimaat 96

1 0 . 4 . 2 Tropisch droog klimaat 99 1 0 . 4 . 3 Tropisch regenklimaat 100

10.5 Referenties 100 11 CONCLUSIE 101 12 LEVENSLOOP IO3

Appendix IO5 . Gegevens van de proefmotor IO5

. Gegevens van de drukvulgroepen 106 . Gegevens van de koelmachine 107 . Gegevens van de koelers 107 . Gegevens van de in cilinder LI aangebrachte

thermokoppels 108 . Formule voor het berekenen van de massastroom

inlaatlucht 109 . Omrekeningstabel 110 Bijlage

1.2 Figuren

1 Büchi uitlaatgasdrukvulling 23 2 Schema stoot- en gelijkdruksysteem 24

3 Miller drukvulsysteem 25 4 Proefopstelling 27 5 Drukvulgroepen en uitlaatleidingen van de proefmotor 28

6 pv-diagrammen voor gelijkdruk- en stootproces 32 7 Warmtebalans dieselmotor ( Sankey-diagram ) 33 8 Warmte-overgang: a) vlakke wand, b) concentrisch

cilindrisch gekromde wand 43 9 Metingen van de uitlaatgastömperatuur 48

10 Uitvoering van de temperatuurvoelers 49

11 Warmtebalans drukvulgroep 50 12 Schema luchtexpansiekoelmachine 61 13 Schema absorptiekoelmachine 62 14 Schema compressiekoelmachine 62 15 Enthalple-driilvdiagram koelmiddel 63 10

-16 De plaats van de verdamper in het inlaatluchtsysteem 64 17 Koelmachine met koelwaterpomp ( links onderaan ) 67

18 Schema plaatsing meetpunten 76 19 Meetpunten in zuiger en cilinder 78 20 Meetpunten in cilinderdeksel 80 21 Meetpunten in kleppen 80 22 Meetinstrumenten 79 23 Temperatuurmeting in de zuiger 82

24 Uitvoering van de contacten 82 25 Uitvoering van de meetpunten 84 26 Drukopnemer in cilinderdeksel 85 27 Automatische brandstofmeting 86 1.3 Tabellen

r

I Gegevens betreffende Q, , Q, en Q, van 4-tact

dieselmotoren 41 II Q, = f (T..) voor de proefmotor 42

i n De uitlaatgastemperatuur vóór turbine 51 IV Samenvatting resultaten theoretisch onderzoek

( stootproces ) 88 V Gegevens dieselmotorinstallatie 89

VI Massastroom motorkoelwater <t>, 89 VII Vergelijking van de procentuele veranderingen en de

invloed van ri ,. op de theoretische resultaten 92 VIII Gegevens van de te vergelijken dieselmotoren 96

DC Aanschafprijs 97 X Gewicht 97

SAMENVATTING

DE DOELMATIGHEID VAN DE TOEPASSING VAN EEN KOELMACHINE VOOR DE INLAATLUCHTKOELING VAN VIERTACT DIESELMOTOREN MET DRUKVULLING.

Wanneer een d i e s e l m o t o r m e t drukvulling wordt gebruikt voor r a i l t r a c t i e of voor a n d e r e doeleinden, waarbij de o m gevingslucht het medium is dat de l a a g s t e , b e s c h i k b a r e t e m p e r a t u u r heeft, zal de t e m p e r a t u u r van de inlaatlucht h o -g e r zijn dan deze t e m p e r a t u u r .

Afgezien van de invloed van de a t m o s f e r i s c h e druk zal dan het vermogen van een bepaalde m o t o r door de o m g e v i n g s t e m p e r a t u u r worden b e g r e n s d en bij stijging van deze t e m p e r a t u u r moeten worden v e r m i n d e r d , indien de u i t l a a t g a s -t e m p e r a -t u u r r e e d s de m a x i m a a l -t o e l a a -t b a r e w a a r d e bezi-t. Door het gebruik van een inlaatluchtkoeler kan e c h t e r de invloed van de stijgende o m g e v i n g s t e m p e r a t u u r binnen b e -paalde g r e n z e n geheel of gedeeltelijk teniet worden gedaan. Hetgeen geldt voor de o m g e v i n g s t e m p e r a t u u r is ook van toepassing op de t e m p e r a t u u r van het koelwater voor de l u c h t k o e l e r , indien w a t e r a l s t u s s e n m e d i u m wordt g e -bruikt.

Door toepassing van een koelmachine voor het koelen van de inlaatlucht tot onder de o m g e v i n g s t e m p e r a t u u r zal het afgegeven v e r m o g e n van een d i e s e l m o t o r m e t drukvulling kunnen worden v e r g r o o t . In de m e e s t e gevallen is voor dit doel de toepassing van een c o m p r e s s i e k o e l m a c h i n e m e t verdampingskringloop de b e s t e oplossing.

Uit de b e p r o e v i n g s r e s u l t a t e n , waarop dit proefschrift i s g e b a s e e r d , kan ten aanzien van de onderzochte m o t o r de conclusie worden getrokken, dat, indien de inlaatlucht e e r s t in een met w a t e r a l s koelmedium werkende k o e l e r en d a a r n a m e t behulp van een koelmachine v e r d e r wordt g e -koeld, b e s p a r i n g e n ten aanzien van omvang, gewicht en p r i j s van de i n s t a l l a t i e worden v e r k r e g e n .

-2.1 Summary

THE EFFICIENCY OF THE USE OF A REFRIGERATOR TO

COOL THE CHARGE AIR FOR PRESSURECHARGED 4

-STROKE DIESEL ENGINES.

When a pressurecharged diesel engine is used in r a i l t r a c

-tion or is applied to other purposes in which the ambient

air is the medium with the lowest available temperature,

the temperature of the air entering the cylinders will be

above the ambient air temperature.

Apart from the effect of the atmospheric pressure, the

power of a certain engine depends on the ambient air t e m

perature: it will have to be reduced with rising air t e m

-perature if the exhaust gas has already the maximum

ad-missible temperature.

However by using an intercooler, the effect of increasing

air temperature can within certain limits be neutralized to

a large extent. What has been said about the ambient air

temperature also applies to the cooling water temperature,

if water is used as cooling medium for air.

When using a refrigerator, to cool the charge air below the

ambient air temperature, the power of the diesel engine can

be increased. For this purpose, in many cases, the

com-pression type vapour cycle refrigerator seems to be the

most suitable.

From the test-bed results, on which this thesis is based,

as to the investigated engine, the conclusion can be drawn

that, when cooling the air first in a conventional charge air

cooler with water as a coolingmedium and by using a r e

-frigerator thereafter, savings are achieved in overall bulk,

total weight and cost of the installation.

-2. 2 Zusammenfassung

DIE ZWECKMASSIGKEIT DER ANWENDUNG EINER K A L TEMASCHINE FÜR DIE KÜHLUNG DER LADELUFT A U F -GELADENER VIERTAKT-DIESELMASCHINEN.

Bei einer für die Zugförderung oder für a n d e r e Zwecke auf-geladenen D i e s e l m a s c h i n e , wobei die a t m o s p h a r i s c h e Luft d a s Mittel i s t , d a s die t i e f s t e , zu benutzende T e m p e r a t u r b e s i t z t , wird die T e m p e r a t u r d e r Luft b e i m E i n t r i t t in den Zylinder höher sein a l s die T e m p e r a t u r d e r Aussenluft. Abgesehen von dem Einfluss des a t m o s p h a r i s c h e n D r u c k e s w i r d die Nutzleistung e i n e r Maschine in d i e s e m Fall durch die T e m p e r a t u r d e r Aussenluft b e g r e n z t , d. h. die Leistung hat m i t steigender Lufttemperatur abzunehmen, wenn die A b g a s t e m p e r a t u r schon den höchstzulassigen Wert b e s i t z t . Durch den Gebrauch eines Ladeluftkühlers kann a b e r der Einfluss e i n e r steigenden T e m p e r a t u r d e r Aussenluft i n -nerhalb g e w i s s e r Grenzen ganz oder teilweise aufgehoben werden. Was für die T e m p e r a t u r d e r Aussenluft gilt, gilt auch für die T e m p e r a t u r d e s K ü h l w a s s e r s , falls W a s s e r a l s Kühlmittel verwendet wird.

Beim Gebrauch e i n e r Kaltemaschine z u r Kühlung der L a -deluft bis unter die A u s s e n t e m p e r a t u r kann die Nutzleistung d e r Maschine g e s t e i g e r t werden. Zu d i e s e m Zweck e r scheint in manchen Fallen die Anwendung einer K o m p r e s s i o n s k a i t e m a s c h i n e m i t Verdampfungskreislauf a l s die b e -s t e Lö-sung.

Die V e r s u c h s e r g e b n i s s e , worauf d i e s e D i s s e r t a t i o n b e r u h t , haben für die u n t e r s u c h t e D i e s e l m a s c h i n e gezeigt, d a s s , wenn nach Kühlung in einem üblichen, mit W a s s e r a l s Kühlm i t t e l arbeitenden K ü h l e r , d i e Ladeluft Kühlm i t t e l s e i n e r K a l t e -m a s c h i n e w e i t e r gekühlt w i r d , V o r t e i l e h i n s i c h t l i c h U -m f a n g , Gewicht und P r e i s d e r Anlage e r z i e l t werden,

-3 NOTATIES

r . l verwijzing n a a r de r e f e r e n t i e s aan het eind van i e d e r hoofdstuk

( . ) verwijzing n a a r v e r m e l d e formules BDP bovenste dode punt

ODP o n d e r s t e dode punt W L - k o e l e r w a t e r - l u c h t k o e l e r L L - k o e i e r lucht-luchtkoeler F L - k o e l e r freon-luchtkoeler = v e r d a m p e r F W L - k o e l e r f r e o n - w a t e r - l u c h t k o e l e r ; w a t e r a l s t u s s e n m e d i u m a aantal c i l i n d e r s A l - 2 a r b e i d in p v - d i a g r a m van 1 n a a r 2 J / k g A3-4 a r b e i d in p v - d i a g r a m van 3 n a a r 4 J A g A4-5 a r b e i d in p v - d i a g r a m van 4 n a a r 5 J / k g Ac arbeid c o m p r e s s o r drukvulgroep J / k g Atg b e s c h i k b a r e arbeid in p v - d i a g r a m

voor turbine bij gelijkdrukproces J A g

Atot i n d i c a t e u r a r b e i d J A g Ats b e s c h i k b a r e arbeid in p v - d i a g r a m

voor turbine bij stootproces J A g b verhouding v 4 / v 3

be effectief specifiek brandstofverbruik k g A J of g A J ck soortelijke w a r m t e koelwater = 4186 J A g °C Cp soortelijke w a r m t e bij constante druk

van lucht bij lage t e m p e r a t u u r en

druk = 1004 J A g °C CpT soortelijke w a r m t e bij constante druk

van v e r b r a n d i n g s g a s bij t e m p e r a t u u r Cv C , C i , C 2 , C 3 , C 4 , di du D Fk T °K soortelijke w a r m t e bij l u me van lucht = 7 1 1 constanten b i n n e n d i a m e t e r b u i t e n d i a m e t e r constant c i l i n d e r d i a m e t e r d i e s e l m o t o r v o -oppervlak wanden w a a r d o o r w a r m t e wordt afgevoerd n a a r k oelwater

JAg '^c

JAg "c

-m m m m2

g v e r s n e l l i n g van de z w a a r t e k r a c h t m / s e c Go s t o i c h i o m e t r i s c h luchtgewicht

h enthalpie J A g hc enthalpie inlaatlucht nS, c o m p r e s s o r

drukvulgroep J A g h^o enthalpie inlaatlucht in a a n z u i g

-leiding van c o m p r e s s o r drukvulgroep J A g h t l enthalpie uitlaatgas vóór u i t l a a t g a s

-turbine J A g ht2 enthalpie uitlaatgas nè. u i t l a a t g a s

-turbine J A g hy gemiddelde afstand t u s s e n zuiger en

deksel tijdens de t o e s t a n d s v e r a n d e

-r i n g 3-4 m hw enthalpie gecondenseerde w a t e r d a m p

in inlaatleiding d i r e c t voor de motor J A g h w l enthalpie inlaatlucht nh W L - k o e l e r J A g h l enthalpie inlaatlucht vóór d i e s e l m o t o r J A g Ho o n d e r s t e v e r b r a n d i n g s w a a r d e b r a n d

-stof J A g i constante: i = 1 voor tweetact motoren

i = 2 voor v i e r t a c t m o t o r e n k verhouding Cp/cy = 1 , 4 0 voor lucht bij

relatief lage t e m p e r a t u u r en druk

L drijfstanglengte m n m o t o r t o e r e n t a l o m w / s e c nd t o e r e n t a l drukvulgroep o m w / s e c

Po

a t m o s f e r i s c h e druk N / m ^ PI vuldruk N / m ^ P2 e i n d c o m p r e s s i e d r u k N / m ^ P3=P4 m a x i m a l e v e r b r a n d i n g s d r u k N / m PjT eindexpansiedruk p druk inlaatlucht nk c o m p r e s s o r 2 P5 ^c - - " - ' " ^ , 2 drul<;vulgroep N / m ^ Pp gemiddelde effectieve druk N / m ^

p- gemiddelde geihdiceerde druk N / m Pj_„. gemiddelde druk uitlaatgas in u i t

-laatleiding gemeten m e t een U-buis N / m "n

-p P e Q2-3 Q3-4 Q 5 - I Qco Q c l Qfi Qi v e r m o g e n effectief vermogen d i e s e l m o t o r toegevoerde w a r m t e bij constant volume in p v - d i a g r a m ( 2 n a a r 3 ) toegevoerde w a r m t e bij constante druk in p v - d i a g r a m ( 3 n a a r 4 ) afgevoerde w a r m t e bij constant volume in p v - d i a g r a m ( 5 n a a r 1 ) w a r m t e s t r o o m vóór c o m p r e s s o r drukvulgroep w a r m t e s t r o o m nk c o m p r e s s o r drukvulgroep w a r m t e s t r o o m in de F L - k o e l e r tijdens inductietijd toegevoerde

W W of kW ,1/kg J / k g ' l A g cJ/sec j / s e c J / s e c '^g w a r m t e J Qjj t h e o r e t i s c h afgevoerde hoeveelheid w a r m t e n a a r het koelwater in p v - d i a g r a m J A ^ QJ t h e o r e t i s c h e hoeveelheid w a r m t e

afgevoerd n a a r het koelwater in

pvic' - d i a g r a m J /Ivg Qj^jj^ w a r m t e s t r o o m koelmiddel d r u k

-vulgroep J / s e c Ql^g w a r m t e s t r o o m d i e s e l m o t o r n a a r

het motorkoelwater ( theoretisch ) J / K O C

Qjj^ werkelijke hoeveelheid w a r m t e

af-gevoerd n a a r het motorkoelwater J / k g

Qjjj w a r m t e s t r o o m tengevolge van de

m e c h a n i s c h e verliezen in de d r u k

-vulgroep J / s e c Qg^-j. w a r m t e s t r o o m tengevolge van

s t r a l i n g aan de drukvulgroep -J/sec Q|. totaal in de vorm van brandstof

toegevoerde w a r m t e 'J/I<g Q^]^ w a r m t e s t r o o m vóór turbine drul-c-vulgroep -j/sec Q ^ w a r m t e s t r o o m nk turbine d r u k v u l -g r o e p -l/.sec R g a s c o n s t a n t e voor lucht = 2 9 3 J / k g °C S slag m

to omgevingsluchttemperatuur °C te i n l a a t l u c h t t e m p e r a t u u r nk c o m -p r e s s o r drukvulgroe-p °C tkwl k o e l w a t e r t e m p e r a t u u r nk W L - k o e l e r °C tnt u i t l a a t g a s t e m p e r a t u u r nk turbine drukvulgroep °C tvt u i t l a a t g a s t e m p e r a t u u r vóór turbine drukvulgroep "^C twl i n l a a t l u c h t t e m p e r a t u u r nk W L - k o e l e r °C T t e m p e r a t u u r °K To o m g e v i n g s t e m p e r a t u u r °K T i i n l a a t l u c h t t e m p e r a t u u r vóór het inlaatorgaan ' ' K T2 c o m p r e s s i e - e i n d t e m p e r a t u u r °K T3 t e m p e r a t u u r in punt 3 van p v - d i a g r a m °K T4 t e m p e r a t u u r in punt 4 van p v - d i a g r a m °K T ' t e m p e r a t u u r in punt 4' van p v i c ' -d i a g r a m °K T5 t e m p e r a t u u r in punt 5 van p v - d i a g r a m ^K TG t e m p e r a t u u r in punt 6 van p v - d i a g r a m ( na expansie tot op de a t m o s f e r i s c h e druk ) °K Tc t e m p e r a t u u r inlaatlucht nk c o m p r e s s o r drukvulgroep '^K To momentane g a s t e m p e r a t u u r °K

Term werkelijke gemiddelde u i t l a a t g a s

-t e m p e r a -t u u r °K Tot tijdsgemiddelde van de u i t l a a t g a s

t e m p e r a t u u r gedurende een v o l l e

-dige a r b e i d s c y c l u s ^^K Tow werkelijke gemeten u i t l a a t g a s

-t e m p e r a -t u u r °K Tou tijdsgemiddelde van de u i t l a a t g a s

t e m p e r a t u u r gedurende de u i t l a a t -p e r i o d e °K Tk gemiddelde k o e l w a t e r t e m p e r a t u u r °K Tti> u i t l a a t g a s t e m p e r a t u u r vóór turbine bij gelijkdrul<proces *^K T t s u i t l a a t g a s t e m p e r a t u u r vóór turbine bij s t o o t p r o c e s K Tvd u i t l a a t g a s t e m p e r a t u u r vóór turbine °K

Tvvi;- \ \ a n d t e m p e r a t u u r aan gaszijde °K Twk w a n d t e m p e r a t u u r aan koelwaterzijde °K

-V specifiek volume m"^Ag

v-^ specifiek b e g i n c o m p r e s s i e v o l u m e m A g

V2=V3=Vg specifiek e i n d c o m p r e s s i e v o l u m e m"^Ag v^ specifiek volume in punt 4 van

p v - d i a g r a m m A g V volume m'^ Vg slagvolume p e r cilinder m ^ a ^ k w a r m t e - o v e r g a n g s c o ë f f i c i ë n t wand-koelwater j / m ^ '^C s e c j8 c o r r e c t i e f a c t o r voor de berekening van m a s s a s t r o o m verbrandingslucht 5 wanddikte m Ap drukstijging gedurende de t o e s t a n d s -v e r a n d e r i n g 2-3 in p -v - d i a g r a m N / m At t e m p e r a t u u r s t i j g i n g inlaatlucht vóór drukvulgroep in aanzuigleiding °C Atj^ t e m p e r a t u u r s t i j g i n g m o t o r k o e l w a t e r in d i e s e l m o t o r °C Atj' , t e m p e r a t u u r s t i j g i n g koelwater van

s m e e r o l i e k o e l e r °C c c o m p r e s s i e v e r h o u d i n g

VQ effectief t h e r m i s c h nuttig effect

^ t h i t h e o r e t i s c h t h e r m i s c h geïndiceerd nuttig effect

^udi v e r z a m e l nuttig effect voor u i t l a a t -gasdrukvulling

öy krukhoek w a a r o v e r de v e r b r a n d i n g bij constante druk plaatsvindt in

p v - d i a g r a m r a d \ x totale l u c h t o v e r m a a t g e t a l Xy l u c h t o v e r m a a t g e t a l voor v e r b r a n -dingslucht Xw warmtegeleidingiscoëfficiënt van de wand j / m "^ C s e c I verhouding totaal v e r l i e s aan w a r m t e

drukvulgroep tot de in a r b e i d o m g e -zette w a r m t e in de uitlaatgasturbine

•'"i inductietijd s e c T Q tijd van de uitlaatperiode s e c

Ty tijd gedurende welke de verbranding bij constante druk in p v - d i a g r a m

plaatsvindt s e c *Pr r e l a t i e v e vochtigheid van de i n l a a t -lucht ^\j m a s s a s t r o o m brandstof k g / s e c c^g m a s s a s t r o o m uitlaatgas k g / s e c 4>k m a s s a s t r o o m m o t o r k o e l w a t e r k g / s e c ct5ik m a s s a s t r o o m koelwater s m e e r o l i e k o e l e r k g / s e c <i>kwl m a s s a s t r o o m koelwater W L - k o e l e r k g / s e c ct>, m a s s a s t r o o m doorgespoelde lucht k g / s e c <J>t m a s s a s t r o o m inlaatlucht k g / s e c (1>T momentane m a s s a s t r o o m uitlaatgas bij de t e m p e r a t u u r T k g / s e c 4>y m a s s a s t r o o m verbrandingslucht k g / s e c 4\v m a s s a s t r o o m van de in de lucht aanwezige gecondenseerde w a t e r d a m p k g / s e c «A' verhouding Qj^/Q^^ \P verhouding \ / \ ^ 22

INLEIDING

E e r t i j d s werd een 4 - t a c t d i e s e l m o t o r ontworpen voor een b e g m c o m p r e s s i e d r u k van ongeveer 9 , 8 1 . lO'* N/m-' a b s . De c o m p r e s s i e v e r h o u d i n g werd zo groot gekozen, dat zonder v o o r v e r w a r m e n bij een inlaatluchttemperatuur van O °C kon worden g e s t a r t . Hetzelfde gold voor de 2 - t a c t d i e s e l m o t o r , e c h t e r m e t dien v e r s t a n d e , dat hierbij de inlaatlucht onder een g e r i n g e overdruk werd toegevoerd. Bij de verbrandintr t r a d e n verbrandingsdrukken op van 35. 10^ tot 40.10^^ N / m " a b s , , terwijl de v e r r i c h t e arbeid p e r cilinder relatief g e -ring w a s .

Aangezien de v r a a g n a a r g r o t e r e v er m o g en s s t e r k toenam, ontstond het s t r e v e n een zo groot mogelijk vermogen met een gering motorgewicht en tegen een lage p r i j s te l e v e r e n . De v o o r n a a m s t e g r e n z e n , w a a r a a n de c o n s t r u c t e u r was g e bonden, w a r e n de m a x i m a l e verbrandingsdrul^, de t e m p e r a t u u r en de r o o k g r e n s , die in hoofdzaak door de b e s c h i k -b a r e m a t e r i a l e n w e r d e n -bepaald. V M zyyyi \ ^ 2 1 - DiMtlmotor 2_ Cofnprtfsor ~ 3 _ Turbine ( - kilautkltp 5w Uitlaotklip

Fig. 1 Büchi uitlaatgasdrukvulling

De mogelijkheden om het vermogen p e r cilinder te verhogen, waren r e e d s spoedig uitgeput.

Dr. Ing. A. J. Büchi ontwik-kelde echter in het j a a r

1903 een s y s t e e m , waarbij met behulp van een d o o r h o l hete uitlaatgas gedreven turbine m e t aangekoppelde c o m p r e s s o r , fig. 1, lucht m e t zo hoog mogelijk s o o r -telijk gewicht in de cilinder wordt gestuwd.

Het op deze wijze verhogen van de b e g i n c o m p r e s s i e d r u k wordt drukvulling genoemd. Tenzij uitdrukkelijk a n d e r s is v e r m e l d , wordt in dit proefschrift onder " d r u k -vulling" s t e e d s drukvulling met gebruikmaking van u i t -l a a t g a s e n e r g i e v e r s t a a n . Aangezien de g e b r u i k e r s van d i e s e l m o t o r e n deze

nieuwe methode in het b e

-gin niet durven toepassen,

duurt het tot 1922,

voor-dat de eerste motor met

een drukvulgroep wordt

uitgerust. Het toegepaste

systeem werkt volgens het

gelijkdruk-principe. Het

stootsysteem, waarbij de

drukgolven in de

uitlaat-leidingen worden benut,

vindt zijn eerste

toepas-sing in 1928. In fig. 2 zijn

beide systemen

schema-tisch weergegeven.

Aan-vankelijk wordt

drukvul-ling vrijwel alleen

toege-past voor langzaam

lopen-de 4-tact dieselmotoren,

waardoor dit type een

voorsprong krijgt op de toen sterk opkomende 2-tact motor.

In 1933 worden de eerste snellopende dieselmotoren

voor-zien van drukvulgroepen, terwijl hiermee een begin wordt

gemaakt voor de2-tact dieselmotor, waarbij de mechanisch

gedreven spoelpomp blijft gehandhaafd.

Na de Tweede Wereldoorlog gaan de motorfabrikanten e r

-toe over om zo goed als alle motoren van drukvulling te

voorzien. Het maximale vermogen wordt daarbij bepaald

door de volgende factoren:

a) voor de dieselmotor: door de warmtebelasting, de

maxi-male verbrandingsdruk en de rookgrens.

b) voor de drukvulgroep: door de maximaal toelaatbare

gastemperatuur en het maximaal toelaatbare toerental.

Bij hef toepassen van een drukvulgroep stijgt niet alleen de

druli, maar ook de temperatuur van de inlaatlucht vóór de

motor, waardoor de dichtheid van de lucht in mindere mate

toeneemt dan de druk. Door tussen de compressor van de

drul<:vulgroep en de dieselmotor een luchtkoeler te plaatsen,

kan de temperatuurstijging gedeeltelijk of geheel teniet

worden gedaan.

Het aanbrengen van deze koeler heeft tot gevolg, dat

- de dichtheid van de inlaatlucht bij eenzelfde druk groter

wordt,

stootproetl

Otiijhdruhprocof

Fig. 2 Schema stoot- en gelijkdruksysteem

-, - door de lagere inlaatluchttemperatuur de

uitlaatgastem-I peratuur lager wordt,

\ - het temperatuurniveau van de wanden, die in aanraking

komen met het gas, lager wordt,

' - de invloed van de veranderlijke omgevingstemperatuur,

[ binnen bepaalde grenzen, gedeeltelijk teniet wordt g e

-daan [l] .

De verhoogde begincompressiedruk betekent, dat bij

een-zelfde compressieverhouding de mechanische belasting

toeneemt. Voor dit probleem vond R. H. Miller [2] een

op-lossing.

,= constant "AR. compr. 35'C _3Fc ntmlijn ognzuisslgq compfssi* AP P.. 35 0 P.- 3rc P, 35'C ILscansfont oonzuigslog comprtssi»

Fig. 3 Miller drukvulsysteem

Bij vuldrukken tot ongeveer 1,4. 105 N/m2 abs. werkt de

dieselmotor normaal; bij een vuldruk van 1,4. lO-'^ N/m^

abs. zijn de mechanische belasting en de warmtebelasting

maximaal.

Bij h o g e r e vuldrukken wordt de eis gesteld, dat de e i n d -c o m p r e s s i e d r u k en 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 niet toenemen, terwijl de e i n d c o m p r e s s i e t e m p e r a t u u r bij t o e -nemende belasting dezelfde bliift of l a g e r wordt. Dit wordt b e r e i k t door:

- öf de inlaatklep tijdens de v..ompressieslag te sluiten, - öf de inlaatklep tijdens de aanzuigslag te sluiten.

In fig. 3 is s c h e m a t i s c h het p r i n c i p e van het M i l l e r d r u k -v u l s y s t e e m weergege-ven.

De noodzakelijkheid,het v e r m o g e n van een d i e s e l m o t o r m e t drukvulling en inlaatluchtkoeling te v e r l a g e n , indien de k o e l -w a t e r - i n l a a t t e m p e r a t u u r boven een bepaalde -w a a r d e stijgt, was voor G. A. Montgomerie en M. K. F o r b e s [3] aanleiding voor een onderzoek. T h e o r e t i s c h w e r d nagegaan of het, t e r verkrijging van vermogenswinst economisch verantwoord zou zijn de inlaatlucht van een d i e s e l m o t o r m e t drukvulling m e t behulp van een koelmachine e x t r a te koelen. De r e s u l -taten wezen uit dat deze mogelijkheid inderdaad b e s t a a t . De v r a a g n a a r g r o t e r e v e r m o g e n s heeft tot gevolg, dat de vuldruk s t e e d s hoger wordt gekozen en dat de noodzaak om de inlaatlucht te koelen tot op een niveau, dat l a g e r ligt dan het thans gebruikelijke, in toenemende m a t e wordt gevoeld. Het bovenstaande i s de aanleiding geweest voor h e t u i t v o e r e n van een onderzoek n a a r de doelmatigheid van het g e bruik van een koelmachine voor het koelen van de i n l a a t -lucht van een d i e s e l m o t o r m e t drukvulling,

4. 1 R e f e r e n t i e s 1 K. Zinner

Der Einfluss d e r Ladeluftkühlung auf die Leistung auf-g e l a d e n e r V i e r t a k t - D i e s e l m o t o r e n bei v e r a n d e r l i c h e n Aussenbedingungen.

M . T . Z. jaargang 20 - deel 6 b l z . 169-172, 1959 2 R . H . Miller

N o r d b e r g s u p a i r t h e r m a l d i e s e l , duafuel and g a s engines operating on the Miller s u p e r c h a r g i n g s y s t e m .

A. S. M. E. P e t r o l e u m Division Conference T u s c a 1951 3 G. A. Montgomerie and M. K, F o r b e s

Refrigeration of c h a r g e a i r for diesel engines. CIMAC A 14, 1959

-5 HET ONDERZOEK 5. 1 Doel

Aan de hand van een t h e o r e t i s c h e beschouwing, van proefs t a n d r e proefs u l t a t e n en van c o n proefs t r u c t i e v e mogelijkheden v a proefs t -stellen in h o e v e r r e het toepassen van een koelmachine voor 1 het koelen van de inlaatlucht van een d i e s e l m o t o r met d r u k - i vulling economisch en constructief aantrekkelijk i s . In hel bijzonder d a a r wa a r a t m o s f e r i s c h e lucht het koudste Ier O beschikking staande koelmedium i s , hetgeen o. a. bij d i e -sellocomotieven in w a r m e s t r e k e n het geval i s .

5.2 P l a a t s

De p r o e f s t a n d r e s u l t a t e n zijn v e r k r e g e n uit een onderzoek aan een i n s t a l l a t i e in het l a b o r a t o r i u m voor v e r b r a n d i n g s -motoren en g a s t u r b i n e s van de Technische Hogeschool, Mekelweg 2, Delft.

5.3 De proefopstelling

De proeven werden v e r r i c h t aan een Werkspoor snelle d i e -s e l m o t o r , voorzien van drukvulling, van het type RUB 168 [ i j . In fig. 4 is een overzicht gegeven van de proefopstelling, terwijl voor de technische gegevens van de d i e s e l -m o t o r , de drukvulgroepen, de k o e l e r s en de koel-machine n a a r de appendix wordt v e rw e z e n.

De dieselmotor is een enkelwerkende 4tact motor met c i

-linders in V-vorm en voorzien van Ricardo-wervelkamers.

De zuigers, die uit een aluminium hemd met een

zuiger-kroon van nodulair gietijzer bestaan, worden gekoeld met

behulp van smeerolie.

De uitlaatleidingen zijn zodanig geconstrueerd, dat bij de

gegeven verbrandingsvolgorde een goede werking van de

twee drukvulgroepen, fabrikaat Holset, type 4-650/. 285,

wordt verkregen. In fig. 5 zijn de drukvulgroepen en de

uit-laatleidingen, voorzien van expansiestukken afgebeeld.

Fig. 5 Drukvulgroepen en uitlaatleidingen van de proefmotor

De drukvulgroepen zijn zodanig gemonteerd, dat het

moge-lijk is de inlaatlucht nk de drukvulgroepen en vóór de

die-selmotor met behulp van luchtkoelers te koelen. Deze

koe-lers bestaan uit een water-luchtkoeler (WL-koeler) en een

freon-water-luchtkoeler (FWL-koeler) die water als

koel-medium heeft, dat door de freon-koelmachine tot minimaal

4 ^ 0 wordt gekoeld.

Het afgegeven vermogen van de dieselmotor werd bepaald

met behulp van een Junkers-waterrem, terwijl het

opgeno-men vermogen van de koelmachine-compressor werd

aan-gegeven door een kW-meter.

-5. 4 De uitvoering van het onderzoek

De d i e s e l m o t o r werd beproefd bij de volgende toerentallen: 1 6 , 6 7 , 18,33 en 20,00 o m w / s e c , terwijl de belasting v a r i e e r d e t u s s e n 80 % en 160 % van het oorspronkelijke v e r mogen. De belasting van 100 % kwam overeen met een g e -middelde effectieve druk van 8,4 x 105 N / m 2 .

Voor het v a s t s t e l l e n van de inlaatluchttemperatuur vóór de d i e s e l m o t o r werd uitgegaan van de v e r o n d e r s t e l l i n g , dat alleen omgevingslucht a l s koudste koelmiddel t e r b e s c h i k king s t a a t . De inlaatlucht van hoge druk en hoge t e m p e r a -tuur kan worden gekoeld 6f door een lucht-luchtkoeler 6f door een s y s t e e m m e t een t u s s e n m e d i u m . Het m e e s t g e bruikelijke voor het l a a t s t e geval is een gesloten k o e l w a -t e r c i r c u i -t .

Met behulp van een W L of L L k o e l e r van n o r m a l e a f m e -tingen i s het bijna niet mogelijk de vullucht te koelen lot onder c i r c a 17 ^C boven de o m g e v i n g s t e m p e r a t u u r . Het c a l o r i s c h rendement van de koeler bedraagt in dal geval 0 , 8 0 . Met g r o t e r e k o e l e r s is weinig m e e r te bereiken, aangezien de kosten dan g r o t e r worden dan de voordelen,

[2] en [3] .

In een gematigd k l i m a a t bedraagt de o m g e v i n g s t e m p e r a -tuur 15 ^ 35 ° C , tn de tropen en in woestijnen e c h t e r 50 k 55 OC. Bij d i e s e l m o t o r i n s t a l l a t i e s , zoals in locomotieven worden toegepast, kan de inlaatluchttemperatuur vóór de d i e s e l m o t o r waarden b e r e i k e n , die v a r i ë r e n van 3U «C lol 80 o c . Uitgaande van deze gegevens werd bij het o n d e r zoek de t e m p e r a t u u r van de lucht in de leiding vóór de m o -t o r ach-tereenvolgens inges-teld op: 80, 70, 60, 50, 40, .'!(), 20, 10 o c .

Het vermogen van de proefmotor werd begrensd door de t o e l a a t b a r e waarden van:

de v e r b r a n d i n g s d r u k 85 x 105 N/m2 de rookdichtheid 30 '/,, Harlridge het t o e r e n t a l van de drukvulgroepen 1400 o m w / s e c - gedurende 1 uur 1600 o m w / s e c de u i t l a a t g a s t e m p e r a t u u r vóór de turbine 700 "C

5. 5 Referenties A. H. de Klerck

De Werkspoor snellopende d i e s e l m o t o r e n type RUB De Ingenieur, 1951 - No. 66

R . J . Hampson

Development and application of charge a i r cooling Combustion Engine P r o g r e s s 1959

H. Blok

Collegedictaat Technische W a r m t e - o v e r d r a c h t T . H . Delft, 1955

-6 THEORIE

Voor het beschrijven van de toestandsveranderingen in een d i e s e l m o t o r m e t drukvulling wordt m e e s t a l g e b r u i k g e m a a k t van het t h e o r e t i s c h e , gemengde d r u k v o l u m e d i a g r a m ( S e i -l i g e r - d i a g r a m ) voor -lucht m e t cp = 1004 J A g ^C en k = c p / c y = 1,40 voor het gehele d i a g r a m . Aangezien vele b e rekeningen, met dit diagram evenals met behulp van a n d e r e t h e o r e t i s c h e d i a g r a m m e n g e m a a k t , niet met de p r a k -tijk o v e r e e n s t e m m e n , zijn door mij enige e s s e n t i ë l e punten van het door A. H. de Klerck [^l]geïntroduceerde p v i c ' d i a -g r a m over-genomen.

De v o o r n a a m s t e kenmerken van het p v i c ' - d i a g r a m zijn: hel doortrekken van de k r o m m e voor i s e n t r o p i s c h e c o m p r e s s i e van de e i n d c o m p r e s s i e d r u k tot aan de m a x i m a l e v e r b r a n dingsdruk en het toevoeren van a l l e b r a n d s t o f w a r m t e bij d e ze v e r b r a n d i n g s d r u k . Een ander k e n m e r k van het p v i c ' d i a g r a m i s , dat het oppervlak van het t h e o r e t i s c h e p v d i a -g r a m wordt -gelijk-gesteld aan het product van de werkelijke gemiddelde g e i h d i c e e r d e druk en het slagvolume. Tevens wordt v e r o n d e r s t e l d , dat alleen bij de m a x i m a l e v e r b r a n -dingsdruk w a r m t e n a a r het koelwater wordt afgevoerd. Ten einde, wat betreft dit l a a t s t e punt, een b e t e r e o v e r e e n -s t e m m i n g met de praktijk te v e r k r i j g e n , wordt door mij uitgegaan van een p v - d i a g r a m , zie fig. 6, dat een gemengd d i a g r a m i s .

De k e n m e r k e n van dit p v - d i a g r a m zijn:

. oppervlak gelijk aan het oppervlak van het werkelijke i n -d i c a t e u r -d i a g r a m

. i s e n t r o p i s c h e c o m p r e s s i e en expansie

. w a r m t e t o e v o e r bij constant volume tot de druk P3 . w a r m t e t o e v o e r bij constante druk P3

. warmteafvoer n a a r het koelwater alleen gedurende do v e r b r a n d i n g bij constante druk p^.

De o v e r e e n k o m s t e n van het door mij gekozen pv-diagram m e t het werkelijke d i a g r a m zijn (evenals bij het pvic'-dia-g r a m ) :

. p]^ = de absolute druk en Tj^ = de absolute t e m p e r a t u u r van de inlaatlucht gemeten d i r e c t voor het inlaatorgaan of zoals aangenomen bij het maken van een ontwerp, . P3, de m a x i m a l e verbrandingsdruk, hetzij gemeten hetzij

a l s uitgangspunt voor de sterkteberekeningen van een o n t -w e r p .

6EUJKDRUKPR0CES

Fig. 6 pv-diagrammen voor gelijkdruk- en stootproces

-. Xy = het luchtovermaatgetal voor de verbrandingslucht is in het t h e o r e t i s c h e d i a g r a m hetzelfde a l s voor de w e r k e -lijke d i e s e l m o t o r .

Het p v d i a g r a m van fig. 6 dient a l s grondslag voor een t h e o r e t i s c h onderzoek n a a r de invloed van de i n l a a t l u c h t t e m p e -r a t u u -r T l op:

. de vuldruk pj^

. de m a x i m a l e verbrandingsdruk pg

. het t h e o r e t i s c h t h e r m i s c h geïndiceerd nuttig effect Vi]^[

. de n a a r het koelmedium afgevoerde hoeveelheid w a r m t e

Qk

. de w a n d t e m p e r a t u r e n aan gaszijde van de c i l i n d e r v o e r i n g , het c i l i n d e r d e k s e l en de zuigerkroon Twg . de m a s s a s t r o o m verbrandingslucht «i>y . de t h e o r e t i s c h e u i t l a a t g a s t e m p e r a t u u r vóór de turbine Tyt ^\\\u'tloatgo«Sx^ \ \ \ \ \ \ \ \ \ < S \ \ \ «troUng wrijving+ hulpwtrkt. \^»ft»ctityt orbtid ^ '

xWWXWWWW-Fig. 7 Warmtebalans dieselmotor ( Sankey-diagram )

6 . 1 T h e o r e t i s c h e 4 - t a c t d i e s e l m o t o r m e t drukvulgroep 6 . 1 . 1 T o e s t a n d s v e r a n d e r i n g l 2 : i s e n t r o p i s c h e c o m p r e s -s i e V e r k r e g e n a r b e i d : A _1-2

Pr^i

{ 1 -^^-^) J A g ( 1 ) V, V, V. c w a a r i n : « = — = — = — e n k = ^ = 1.40

G.1.2 T o e s t a n d s v e r a n d e r i n g 2 - 3 : w a r m t e t o e v o e r bij con-stant volume Toegevoerde w a r m t e : 'r,-.sW,,i, u o ' ' . u v ' ^2-3'-%- ^ 1 - * ' ' " ' • ( ^ - I k - ^ ) J / ^ S (2> Hierin is c = 711 J A g °C V '^ 6 . 1 . 3 T o e s t a n d s v e r a n d e r i n g 34: w a r m t e t o e v o e r bij c o n -stante druk V e r k r e g e n arbeid: P 3 V A3_4 =^r^ . ( b - 1 ) J A g ( 3 ) ''4 ''4 m e t b = — = — ^c ^3 T o e g e v o e r d e w a r m t e : T . :>''

%-y-

I V

"'"

'^^

^^^

3 Hierin i s : P 3 ^1 • p^ • * T . = T^ . - ^ . i °K ( 5 )

T4 = T^ . ^ . I ^K of (6)

l i II • Z l •

ZP

• b (6a)

T ' T p p., e o o o ^1

De gebruikelijke w a a r d e van de soortelijke w a r m t e bij c o n stante drulx voor lucht, welke geldt bij relatief l a g e t e m p e

-r a t u u -r en d-ruk, b e d -r a a g t Cp = 1004 J A g ° C .

De werkelijke soortelijke w a r m t e bij constante drulv van het g a s in de cilinder ligt e c h t e r aanzienlijk hoger en is af-hankelijk van de t e m p e r a t u u r en het luchtovermaatgetal voor de verbrandingslucht: [2] , [3] , [4] , [5] en [öj .

Het onderlinge verband i s door mij benaderd met:

^pT ( 2063 + 14520. X ) + ( 0,879 +- 1,977. X ). T 1 + 1 4 , 5 . X v J A g *^C ( 7 ) 6 . 1 . 4 T o e s t a n d s v e r a n d e r i n g 4 - 5 : i s e n t r o p i s c h e expansie V e r k r e g e n a r b e i d : P 3 - ' ' l b b'^

In het punt 5 van het p v - d i a g r a m geldt:

p^ = P3 . ^ N / m ^ ( 9 ) p„ vk T^ = T , . — . ^ °K of ( 1 0 ) 5 1 Pj^ ek ^ '

^ Li ^3 ^

i_

^ o ' '^o • Po • P i • *k ( 1 0 a ) 6 . 1 . 5 T o e s t a n d s v e r a n d e r i n g 5 1 : wairmteafvoer bij c o n -stant volume Afgevoerde w a r m t e :

«5-1 = %• -^i- < J - 7 f - ' » '^ "' ' " •

35

-^ 5 - 1 '-^1 P3 Po b -^ _{( - ^ . _ £ . H_ - 1 ) ( 1 1 a )} c . T T • p • p ,

V o o ^o ^1

6 . 1 . 6 Berekening van de verhouding b = —

6 . 1 . 6 . 1 Gelijkdrukproces

Onder het gelijkdrukproces wordt h i e r v e r s t a a n : u i t l a a t -gasdrukvulling zonder gebruik te maken van de drukgolven in de uitlaatleiding. Het uitlaatgas expandeert tot op de v u l -druk, w a a r d o o r de zuiger v e r d r i n g i n g s a r b e i d op het g a s m o e t v e r r i c h t e n .

Door gelijkstelling van de totale a r b e i d Atot= A i _ 2 + A3_4 + A4_5 aan het product van de werkelijke gemiddelde g e ï n d i -c e e r d e druk Pi en het slagvolume Vg ontstaat:

b'^ - k . b . «^ ^ + —. *^. («^"-^-l) + (k-l). e^"^.rA(e-l) + l

Pg

1^3

J

6 . 1 . 6 . 2 Stootproces

Onder het stootproces wordt h i e r v e r s t a a n : u i t l a a t g a s d r u k vulling,waarbij de drukgolven in de uitlaatleiding zoveel m o gelijk worden gebruikt voor het drijven van de u i t l a a t g a s -turbine. De door de vuldruk op de zuiger v e r r i c h t e a r b e i d komt ten goede aan het a r b e i d s p r o c e s van de d i e s e l m o t o r .

Bij het t h e o r e t i s c h e s t o o t p r o c e s ontstaat de volgende b e -trekking: (Atot = A l - 2 + A3_4 + A4_5 + Pj.Vg)

bi< -k.b. .-^-lA «".(."^-i-ink-i). .''-i.r^ilïs^i.c-iJ

"' ' - . " 3 ^^3j J

6. 1. 7 B e s c h i k b a r e a r b e i d voor de uitlaatgasturbine bij i s e n t r o p i s c h e expansie tot op de a t m o s f e r i s c h e druk

6. 1. 7. 1 Gelijkdrukproces

De b e s c h i k b a r e a r b e i d bij het g e l i j k d r u k p r o c e s , fig. 6, b e s t a a t uit:

-. expansie van het gas tot op de atmosferische drulc:

oppervlak 5 - 6 - a - l - 5

. uitschuiven van het gas door de zuiger uit de cilinder:

oppervlak 1-a-b-e-l

. verwijdering van het gas uit de eindcompressieruimte

tengevolge van volledige spoeling:

oppervlak e-b-c-d-e

Na substitutie van de diagramgegevens wordt verkregen:

A D T^ f i ^ 1 '^S b ^ k Po P 3 , k b l , A, = R . T i 1 + 1—T- . — . - j ,—T- . — . ( — ) . - j / k o

tg 1 [ k-1 pj^ tk k-1 pj^

V Q ' * J

^ ^

(14)

6. 1. 7.2 Stootproces

De beschikbare arbeid voor de turbine bij het stootproccö

wordt verkregen uit de expansie van het gas tot op de a t

-mosferische druk, oppervlak 5 - 6 - a - l - 5 :

A - R T r ^ + ^ ^3 b|^ _ J ^ ^ P3k b ]

^ s - ^- ^ r | _ p ^ k-1 • p^- ek k-1 • p^- \> • * J J / ^ s

(15)

6.1.8 Isentropische compressorarbeld

Bij de berekening wordt verondersteld, dat de druk p^ na

de compressor van de drukvulgroep gelijk is aan de

vul-druk p^.

Opgenomen arbeid:

r Pi lizl "1

A = c . T . ( - i ) k -1 J A g (16)

c p o L>^ ' J

6 . 1 . 9 Berekening van de verhouding T ^ / TQ

6 . 1 . 9.1 Gelijkdrukproces

Bij gelijkstelling van de beschikbare arbeid voor de turbine

( 14 ) aan de compressorarbeld ( 16 ) ontstaat na enige

herleiding het verband tussen de verhoudingen Tj^ /TQ , P3/P0

T , P i L *^0 k - 1

']

P3 b ^ k - 1 + — . ^ Pi «k ( 1 7 )

k. ^ . ( ï ^ ) k b

Pi P ' ^1 ^o 6. 1. 9. 2 Stootproces

Door gelijkstelling van ( 15 ) en ( 16 ) wordt voor het p r o c e s het verband t u s s e n de verhoudingen T^ / T Q , en P i / p o gevonden: k - 1 P-P ^o

- ]

r Po P3

_{( k - 1 ) . — + —}

L Pi Pi

- k _(—) P3 k P ^o

']

s t o o t -P3/P0 ( ( 1 8 )

Aangezien de b e s c h i k b a r e a r b e i d , zowel Atg a l s A t s , voor de turbine enige malen g r o t e r i s dan de door de c o m p r e s -s o r van de drukvulgroep opgenomen a r b e i d Ac, heeft d e , voor het gelijkdrukproces èn het s t o o t p r o c e s b e r e k e n d e , t h e o r e t i s c h e verhouding T I / T Q voor de praktijk geen w a a r -de ( Zie ook fig. 6 en 6. 2. 1 ).

6 . 1 . 1 0 T h e o r e t i s c h e u i t l a a t g a s t e m p e r a t u u r vóór turbine 6 . 1 . 1 0 . 1 Gelijkdrukproces

Voor het gelijkdruKproces wordt aangenomen, dat de druk bij intrede van de turbine gelijk is aan de vuldruk, terwijl de druk nk de turbine dezelfde is a l s de a t m o s f e r i s c h e drulv. Voor. de t u r b i n e - a r b e i d bij een gelijkdrukproces geldt: A, = c tg P "tg

[

P, 1 - ( — ) P i k - 1

]

JAg

( 1 9 ) Mei behulp van de betrekkingen ( 14 ) en ( 19 ) wordt voor de t h e o r e t i s c h gemiddelde u i t l a a t g a s t e m p e r a t u u r vóór de turbine v e r k r e g e n :

-T

T. =

-tg

of

1 L Pi «k p^ ^p^^ ej

r P k - i i *^

( 2 0 )

T i . L i , ! 3 > b k _ ^ P , P3 i , - |

T ^ Po Pi '^ Pi Po M

tg _ o L -I

T o

^-'ï'"^]

(20a)

6. 1. 10.2 Stootproces

De theoretisch gemiddelde uitlaatgastemperatuur Tts vóór

de turbine bij het stootproces zal liggen tussen de

temperaturen T5 en Tg. De juiste waarde wordt in hoofdzaak b e

-paald door:

. de druk in de cilinder op het moment dat de uitlaat opent

. de temperatuur van het gas in de cilinder op het moment

dat de uitlaat opent

. de doortocht van de uitlaatklep(pen)

. de massastroom van het uitlaatgas

. de diameter van de uitlaatleiding

. de lengte van de uitlaatleiding tussen cilinderdeksel en

drukvulgroep

. de doortocht van de uitlaatgasturbine

, de reactiegraad van deze turbine.

Aangezien de temperatuur Tg de grootste invloed heeft op

de theoretisch gemiddelde uitlaatgastemperatuur T^g vóór

de turbine, zal deze temperatuur, volgens ( 10 ) en ( 10a ),

als kenmerkende grootheid voor de belasting van de turbine

van de drukvulgroep bij het stootproces worden aangenomen.

6,1.11 Massastroom verbrandingslucht

Bij de theoretische berekening van de massastroom v e r

-brandingslucht wordt verondersteld, dat de

eindcompres-sieruimte volledig wordt gespoeld:

-^ 1 * v ^ R . T ^ - ^ • a . V of m e t C = „ ^ <ï.v P i '^o C ' Po • T l V * " 'S € - 1 • i T e n o * - 1 • i • Po 6 . 1 . 1 2 De t h e o r e t i s c h e , n a a r h e t V hoeveelheid w a r m t e O t

kg/sec (21)

(21a)

Volgens definitie heeft in het pv-diagram warmte-afvoer

naar het koelmedium alléén gedurende de toestands

veran-der ing 3-4 plaats. Dit komt overeen met de onveran-derstellingen,

dat de veranderingen 1-2 en 4-5 isentropisch zijn, terwijl

de veranderingen23 en 51 in een oneindig kleine tijd v e r

-lopen.

In het pvic'-diagram [ i j wordt de warmte-afvoer naar het

koelmedium Qjj gedefinieerd door te stellen, dat Q^ = c^.

( T4 - T4 ). Uit proefstandmetingen blijkt echter, dat - Dij

dieselmotoren met waterkoeling - de theoretische

hoeveel-heid door het koelwater afgevoerde warmte Qif = \p\ Qj^^

is (met ^ ' = 1 , 6 - ^ 3 , 4 bij 4 -tact motoren en V'' = 2 , 0 ^ 4 , 0

bij 2-tact motoren ), terwijl het tot nu toe niet is gelukt het

functionele verband tussen yf/' en daarvoor in aanmerking

komende diagramgrootheden vast te leggen: tabel I.

Naar mijn mening behoeft deze moeilijkheid niet op te t r e

-den, indien rekening wordt gehouden met het feit, dat bij

de toestandsverandering 3-4 de werkelijke waarde van de

soortelijke warmte bij constante druk aanzienlijk hoger

ligt dan de gebruikelijke waarde Cp = 1004 JAgPC, welke

geldt voor lucht bij relatief lage temperatuur en druk.

Indien de werkelijke,bij de temperatuur T behorende w a a r

-de van -deze soortelijke warmte bij constante druk Cp-p i s ,

kan de naar het koelwater afgevoerde hoeveelheid warmte

Q]^ als volgt worden berekend:

% = Qt ~ ^ ^ 2 - 3 ^ ^ 3 - 4 ) ' ^ ^ ^ ^^'^- ^) • ^^^)

Cj<^

'( t ' 40

Tabel II: Q, = f ( T^^ ) voor de proefmotor ^ 1 «K 353 343 333 323 313 303 293 283 p = 9. lO^N/m^ n=16,67 o m w / s e c Q k w / ^ b 0,2535 0,2470 0,2426 0,2354 0,2310 0,2257 0,2207 0,2161 %^% 0,2472 0,2398 0,2327 0,2255 0,2181 0,2106 0,2030 0,1947 p = l l . l O ^ N / m ^ n=18,33 o m w / s e c Q k w / ^ b 0,2299 0,2229 0,2180 0,2132 0,2097 0,2060 0,2030 0,1997 %^% 0,2204 0,2153 0,2090 0,2041 0,1994 0,1944 0,1897 0,1848 p = 13. lO^N/m^ n=20,00 o m w / s e c

\J%

0,2129 0,2090 0,2049 0,2008 0,1970 %^% 0,2007 0,1972 0,1953 0,1934 0,1907

rit het voorgaande volgt, m e t . At ^ ^

H 1 O - — — ^ t - G • X o V

JAg ,

r23) dat Qk f ( X^, T ^ , p ^ , pg, p . , e ) De gemiddelde w a r m t e s t r o o m n a a r h e t k o e l w a t e r Qj^ , m e t Oy T = 2lF— . is in het p v - d i a g r a m , fig. 6, Q, Q . 2 T n ^ k s T V

e

J A g s e c ( 2 4 )

w a a r i n Q 2 - 3 en Q 3 - 4 achtereenvolgens ( 2 ) en ( 4 ), ( 5 ), ( 6 ) en ( 7 ) kunnen worden berekend: tabel I en II.

Tabel I: Gegevens betreffende Q, , Q^ en Q, van 4 - t a c t

d i e s e l m o t o r e n / ,

y y

MiM^ Pf'

i

%

k J / a . s

/

T

\ w

k J / a . s

k J / a . s

1 M . A . N . K6V30/45 2 W e r k s p o o r RUB 1616 3 Werkspoor RUB 215x12 4 M. G. O. V12BSHR 5 M e r c e d e s Benz MB820Db 6 S . L . M . VD25TH 7 Werkspoor TMABS 398 8 M . W . M . TRH 348 9 S.G. P . T12b 10 Maybach MD 650 11 M . A . N . L12V18/21TL 12 S a u r e r BXDL 13 W e r k s p o o r RUB 162 13,65 2 , 6 8 6,24 2,22 3 , 3 1 7,03 3 3 , 9 1 13,94 3,98 2 , 6 8 3 , 0 1 1,26 2 . 8 9 39,93 4 , 8 3 14,64 5,20 7,24 12,00 78,03 34,83 9,58 9,67 8,00 2 , 0 7 5.14 2 , 9 3 1,80 2 , 3 5 2,34 2,19 1,71 2,30 2,50 2,46 3 , 6 1 2,66 1,64 1,78 14,24 2 , 5 1 6 , 3 1 2 , 5 5 3,06 7,08 31,30 15,98 5,12 4 , 1 7 3,67 1,11 2,56 1,05 0,94 1,01 1,15 0 , 9 3 1,01 0,92 1,15 1,32 1,57 1,23 0,87 0 . 8 9

* Overgenomen van blad Vo-134; L a b o r a t o r i u m voor v e r b r a n d i n g s m o t o r e n en g a s t u r b i n e s , TH Delft.

Tabel II: Q, = f ( T.. ) voor de proefmotor ^ 1 ^K 353 343 333 323 313 303 293 283 p = 9. lO^N/m^ n=16,67 o m w / s e c Q k w / ^ b 0,2535 0,2470 0,2426 0,2354 0,2310 0,2257 0,2207 0,2161 %^% 0,2472 0,2398 0,2327 0,2255 0,2181 0,2106 0,2030 0,1947 p ^ = l l . l O ^ N / m ^ n=18,33 o m w / s e c Q k w / ^ b 0,2299 0,2229 0,2180 0,2132 0,2097 0,2060 0,2030 0,1997 %^% 0,2204 0,2153 0,2090 0,2041 0,1994 0,1944 0,1897 0,1848 p = 13. lO^N/m^ n=20,00 o m w / s e c

\J%

0,2129 0,2090 0,2049 0,2008 0,1970 \ ^ % 0,2007 0,1972 0,1953 0,1934 0,1907

4,'_ / ^''.^ev!^*^'"^ 4vijM^v

_{het voorgaande volgt, m e t}

H

Q t " G X

J A g ,

^23)

dat

f ( X^, T ^ , pj^, P3, p . , e )

De gemiddelde w a r m t e s t r o o m n a a r het koelwater Qj^^, m e t

ey

r = -^ , is in het p v - d i a g r a m , fig. 6, V 2 T. n ' Q, ^ k s Q, . 2 Trn

ë

JAg sec

( 2 4 )

waarin Q2-3 en Q3.4 achtereenvolgens ( 2 ) en ( 4 ),

( 5 ), ( 6 ) en ( 7 ) kunnen worden berekend: tabel I en II.

Tabel I: Gegevens betreffende Q, , Q' en Q van 4-tact

dieselmotoren / ,

\*J

1 M.A.N. K6V30/45

2 Werkspoor RUB 1616

3 Werkspoor RUB 215x12

4 M. G. 0. V12BSHR

5 Mercedes Benz MB820Db

6 S.L.M. VD25TH

7 Werkspoor TMABS 398

8 M.W.M. TRH 348

9 S.G.P. T12b

10 Maybach MD 650

11 M.A.N. L12V18/21TL

12 Saurer BXDL

13 Werkspoor RUB 162

.a^ ^^'

k J / a . s .

13,65

2,68

6,24

2,22

3,31

7,03

33,91

13,94

3,98

2,68

3,01

1,26

2,89

Qk

k J / a . s.

39,93

4,83

14,64

5,20

7,24

12,00

78,03

34,83

9,58

9,67

8,00

2,07

5,14

'

'

_ïy

/

2,93

1,80

2,35

2,34

2,19

1,71

2,30

2,50

2,46

3,61

2,66

1,64

1,78

kJ/a. s.

14,24

2,51

6,31

2,55

3,06

7,08

31,30

15,98

5,12

4,17

3,67

1,11

2,56

^

^

1,05

0,94

1,01

1,15

0,93

1,01

0,92

1,15

1,32

1,57

1,23

0,87

0,89

^'f

A i l^V-v.

* Overgenomen van blad Vo-134; Laboratorium voor

verbrandingsmotoren en gasturbines, TH Delft.

-6.1.13 De wandtemperatuur aan gaszijde van de

cilinder-voering en van het cilinderdeksel: T^g

Fig. 8 geeft schematisch het temperatuurverloop tijdens de

warmte-overgang van gas naar wand, de warmtegeleiding

door de wand en tenslotte de warmte-overgang van wand op

'woelwater.

KoelwQttr kottwottr

Fig. 8 Warmte-overgang: a) vlakke wand, b) concentrisch cilindrisch gekramte wand

De wandtemperatuur van cilindervoering of deksel aan g a s

-zijde wordt berekend met de volgende vereenvoudigende

on-derstellingen, die gerechtvaardigd lijken, omdat alleen de

invloed van de inlaatluchttemperatuur T i wordt onderzocht:

. constante gemiddelde koelwatertemperatuur Tj^

. constante warihte-overgangscoëfficiënt wand-koelmedium

«wk

. constante warmtegeleidingscoëfficiënt van de wand X^

, het oppervlak Fj^ (26) van de cilindervoering tijdens de

warmteafvoer is het gemiddelde oppervlak van de

toe-standen 3 en 4 van het pv-diagram van fig. 6 en is voor

gegeven belasting constant, aangezien de verandering van

Fjj tengevolge van de veranderlijke inlaatluchttemperatuur

uiterst gering is.

Uit de oekende formules van de warmte.-overgang van gas

naar koelwater door een vlakke wand volgt:

- ^ks 1 6 o " ' ' ' ''

T = T, + ^ . ( -i— + ^ ) K , ( 2 5 ) wg k F, ^ a , X ' ' ^ '

" k wk w

terwijl voor een c o n c e n t r i s c h c i l i n d r i s c h g e k r o m d e wand geldt: d _ Q. d. d . . l n ; T ^ T = T + ^ . ( ^ - + ' ^ V ) °K ( 2 5 a ) ^ S k \ « w k - ^ u ^ w - ^ ^ F, , in bovenstaande f o r m u l e s , is gedefinieerd a l s : _/ F, = 2. J . D^ + r . D . h m^ ( 2 6 ) k 4 V

De t e m p e r a t u u r T is dus een l i n e a i r e functie van de wg

w a r m t e s t r o o m Q, . ^

6 . 1 . 1 4 T h e o r e t i s c h t h e r m i s c h geïndiceerd nuttig effect: " t h i

Het t h e o r e t i s c h t h e r m i s c h geïndiceerd nuttig effect is g e -i def-in-ieerd a l s de verhoud-ing van de v e r r -i c h t e a r b e -i d tot de ' totaal in de v o r m van brandstof toegevoerde w a r m t e :

! A, , G I tot o , / o -7 \ _{r j . , . = r\ = p. . V . Tj- . X ( 2 7 )} ' t h i Q, *^i s H V ^ ' \ t o . - 1 ^ - " ^ l of m e t V = . v, en v, = _{s € • 1 1 p.,} ., . = — i . p. . R. ^ . X . — ^ ( 2 7 a ) thi e ^1 H '^v Pi ^ ' o ^1 of m e t C f 1 G T « - 1 „ o o 1 = — - P i . R . H- • r o "^o \ ^tlii '^1 Po C , . X T • p , 1 V o 1 ( 2 7 b ) 44

-STELLINGEN

1 De w a a r d e 1750 J/m"^ ^C s e c voor de w a r m t e o v e r g a n g s -coëfficiënt van cilinderwand op koelwater, w a a r m e d e H. W. van Tijen zijn berekeningen heeft gemaakt, komt niet overeen m e t in de praktijk gevonden waarden.

( H. W. van Tijen

Method for calculation of cylinder l i n e r t e m p e r a t u r e in d i e s e l engines

Waltman, Delft, 1962 )

2 Het doel van de methode van H. W. van Tijen, namelijk om voor een ontwerp een schatting van de t e m p e r a t u u r v e r d e -ling in een cilindervoering te kunnen maken, wordt m e t d e z e methode niet b e r e i k t .

( H. W. van Tijen

Method for calculation of cylinder l i n e r t e m p e r a t u r e in d i e s e l engines

Waltman, Delft, 1962 )

3 De in de l a a t s t e j a r e n te c o n s t a t e r e n vergroting van de t r e k s t e r k t e van g l a s v e z e l s v o r m t één d e r ontwikkelingen op het gebied van de gewapende kunststoffen. Een b e l a n g r i j k e stap vooruit in de c o n s t r u c t i e v e toepassingen van d e z e kunststoffen zal e c h t e r de verhoging van de e l a s t i c i -teitsmodulus van de glasvezel zijn.

4 Een p r o b l e e m bij het t o e p a s s e n van m e t glasvezel v e r s t e r k t e kunststoffen in c o n s t r u c t i e s , die mechanisch w o r -den b e l a s t , v o r m t de onbekendheid m e t de veroudering, m e t a n d e r e woorden het afnemen van de s t e r k t e en de stijfheid m e t de tijd. Onderzoekingen m e t het oogmerk dit v e r o u d e r i n g s v e r s c h i j n s e l te b e h e e r s e n , waarbij in het b i j zonder kan worden gedacht aan de grensvlakhechting t u s -sen h a r s en g l a s , kunnen dit p r o b l e e m helpen oplos-sen. 5 Tengevolge van de z e e r a r b e i d s i n t e n s i e v e vervaardiging

wordt de ontwikkeling van m e t glasvezel v e r s t e r k t e k u n s t stoffen g e r e m d . Onderzoekingen op het gebied van de m a -chinale verwerking bij handhaving van de kwaliteit en m e t g e r i n g e r e afhankelijkheid van de vakbekwaamheid van het

STELLINGEN

1 De w a a r d e 1750 J/m"^ °C s e c voor de w a r m t e o v e r g a n g s -coëfficiënt van cilinderwand op koelwater, w a a r m e d e H. W. van Tijen zijn berekeningen heeft gemaakt, k o m t n i e t overeen m e t in de praktijk gevonden waarden.

( H. W. van Tijen

Method for calculation of cylinder l i n e r t e m p e r a t u r e in d i e s e l engines

Waltman, Delft, 1962 )

2 Het doel van de methode van H. W. van Tijen, namelijk om voor een ontwerp een schatting van de t e m p e r a t u u r v e r d e -ling in een cilindervoering te kunnen maken, wordt m e t deze methode niet b e r e i k t .

( H. W. van Tijen

Method for calculation of cylinder l i n e r t e m p e r a t u r e in d i e s e l engines

Waltman, Delft, 1962 )

3 De in de l a a t s t e j a r e n te c o n s t a t e r e n v e r g r o t i n g van de t r e k s t e r k t e van g l a s v e z e l s v o r m t één d e r ontwikkelingen op het gebied van de gewapende kunststoffen. Een b e l a n g r i j k e stap vooruit in de c o n s t r u c t i e v e toepassingen van d e ze kunststoffen zal e c h t e r de verhoging van de e l a s t i c i -teitsmodulus van de glasvezel zijn.

4 Een p r o b l e e m bij het toepassen van m e t glasvezel v e r s t e r k t e kunststoffen in c o n s t r u c t i e s , die mechanisch w o r -den b e l a s t , v o r m t de onbekendheid m e t de veroudering, m e t a n d e r e woorden het afnemen van de s t e r k t e en de stijfheid m e t de tijd. Onderzoekingen m e t het oogmerk dit v e r o u d e r i n g s v e r s c h i j n s e l te b e h e e r s e n , waarbij in het b i j zonder kan worden gedacht aan de grensvlakhechting t u s -sen h a r s en g l a s , kunnen dit p r o b l e e m helpen oplos-sen. 5 Tengevolge van de z e e r a r b e i d s i n t e n s i e v e v e r v a a r d i g i n g

wordt de ontwikkeling van m e t glasvezel v e r s t e r k t e k u n s t stoffen g e r e m d . Onderzoekingen op het gebied van de m a -chinale verwerking bij handhaving van de kwaliteit en m e t g e r i n g e r e afhankelijkheid van de vakbekwaamheid van het p e r s o n e e l zullen een grote vooruitgang betekenen.

6 Het bevestigen van veiligheidsgordels in personenauto's

aan stijlen van het koetswerk ( carrosserie ) is onjuist.

7 Om het tekort aan ingenieurs te verminderen, moet aan

het invoeren van avondcolleges aan de reeds aanwezige

drie Technische Hogescholen de voorkeur worden gegeven

boven het stichten van een vierde Technische Hogeschool.

8 Voor het verkrijgen van een goed inzicht in de

uitlaatgas-temperatuur vóór de turbine van een dieselmotor met

drukvulling zullen internationale afspraken moeten worden g e

-maakt aangaande de wijze van meten, de uitvoering van de

temperatuurvoeler, de toe te passen materialen en de

meetplaats.

9 De waarde van een psychotechnisch onderzoek van een

in-telligente proefpersoon dreigt sterk te worden verminderd

door het toenemende aantal publikaties op dit gebied.

( Een psychotechnisch onderzoek is een onderzoek

waar-door men zich op wetenschappelijk verantwoorde wijze

inzicht verschaft in eigenschappen, capaciteiten, t e m

-perament en karakter van de proefpersoon. )

10 Het is onjuist, dat een meester in de rechten zonder p r o e

-ven van technische bekwaamheid bevoegd is tot uitoefening

van het beroep van octrooigemachtigde, terwijl een

acade-misch gevormde technicus een verplicht examen moet

af-leggen om octrooigemachtigde te worden.

J, i ,. erkelijke 4-tact dieselmotor met drukvulgroep

6. 2.1 De verhouding T^/T^

Ten einde overeenstemming van de volgens (17) en (18)

berekende theoretische waarde van T i / T ^ met de praktijk

te verkrijgen, kan een verzamel-rendement rj ,. worden

ingevoerd, dat rekening houdt met:

. de verliezen tijdens de uitlaat en in de uitlaatleiding

. de verliezen in de drukvulgroep

. de hoeveelheid doorgespoelde lucht ( dit is het gedeelte

van de spoellucht dat niet in de cilinder blijft )en de

hoe-veelheid brandstof

. de verliezen in de inlaatleiding en tijdens de inlaat.

Hiermee wordt het verband tussen de werkelijke verhouding

( T l / T )w en de theoretische waarde bij isentropische

compressie en expansie:

1 1 ^ 1

( T - > W = 7 7 - T -

(28)

o ''udi o

Voor vergelijking van de theoretische waarden met de

wer-kelijke waarden T.. / T wordt verwezen naar 10. 3.

6.2.2 De massastroom verbrandingslucht: <J>

De massastroom verbrandingslucht van een dieselmotor

met drukvulling wordt berekend met:

* y - / 3 . ^ . | .

^

. a . V^ . f kg/sec (29)

Hierin is /3 de verhouding van de werkelijke hoeveelheid

verbrandingslucht in de cilinder tot de theoretische

hoe-veelheid verbrandingslucht in de cilinder bij volledige

spoe-ling van de eindcompressieruimte. /3 is onder andere

af-hankelijk van:

. de afname van de vuldruk tijdens het vullen van de

cilin-der ( smoring ) of de toename van deze druk gedurende

het sluiten van de inlaat na ODP ( traagkeidskrachten )

. de temperatuurstijging van de verbrandingslucht

tenge-volge van de hete wanden van de cilinderruimte

45

. de krukhoek, waarbij het inlaatorgaan sluit

. de m a t e van spoeling van een eventueel aanwezige v o o r -of w e r v e l k a m e r .

De juiste w a a r d e van j8 kan niet worden bepaald, omdat o n -z e k e r h e i d over het effect van een aantal grootheden b e s t a a t :

/3 = 0,75 k 1,00.

6 . 2 . 3 De u i t l a a t g a s t e m p e r a t u u r vóór de turbine

In de praktijk wordt de u i t l a a t g a s t e m p e r a t u u r van een d i e -s e l m o t o r m e t uitlaatga-sdrukvulling gemeten:

. vlak nk het c i l i n d e r d e k s e l ; deze t e m p e r a t u u r heeft alleen betekenis a l s v e r g e l i j k i n g s t e m p e r a t u u r van de c i l i n d e r s onderling.

. d i r e c t vóór de uitlaatgasturbine; dit gegeven i s van g r o t e betekenis voor de fabrikant van de drukvulgroep.

Aangezien de werkelijke u i t l a a t g a s t e m p e r a t u u r T g ^ g e d u r e n d e een volledige a r b e i d s c y c l u s g r o t e v e r a n d e r i n g e n o n -d e r g a a t , z a l , in-dien een t r a g e m e -d i u m - t h e r m o m e t e r of een t r a a g t h e r m o e l e m e n t wordt toegepast, een bepaalde g e -middelde t e m p e r a t u u r Tgw worden gemeten. Hierbij i s een m e d i u m - t h e r m o m e t e r gedefinieerd a l s een t h e r m o m e t e r w a a r v a n het voor t e m p e r a t u u r gevoelige element b e s t a a t uit een medium a l s kwik, g a s etc.

De v r a a g r i j s t , wat het verband i s t u s s e n de gemeten g e -middelde t e m p e r a t u u r T g ^ en de werkelijke ge-middelde u i t l a a t g a s t e m p e r a t u u r T g ^ i , in de l i t e r a t u u r gedefinieerd door: ffm * ^ . c ^ . T . d r _o, T , , ^ = o ^ T • pT • g • " K (30 )

oj

*T •

%T

•

^'

Voor een d i e s e l m o t o r m e t uitlaatgasdrukvulling volgens het gelijkdrukproces kan de t e m p e r a t u u r vóór de u i t l a a t g a s t u r -bine a l s de werkelijke gemiddelde u i t l a a t g a s t e m p e r a t u u r Tgm worden beschouwd, wanneer e r volledige menging van g a s en spoellucht in de v e r z a m e l l e i d i n g plaatsvindt en i n -dien de v e r z a m e l l e i d i n g goed is g e ï s o l e e r d .

De g a s t e m p e r a t u u r nk het c i l i n d e r d e k s e l en vóór de turbine bij het stootproces zullen e c h t e r g r o t e afwijkingen te zien