A motortól a kész járműig - A haladás technikája

Átírás

1 A motortól a kész járműig - A haladás technikája A belsőégésű motorok múltja, jelene, jövője Orbán László G/GE-34

2 2 Tartalom 1. Belsőégésű motorok múltja 1.1 Gőzgéptől a belső égésű motorig 1.2 Belső égésű motorok felhasználási területei 1.3 Egy motor fő komponensei 2. Belsőégésű motorok jelene 2.1 Diesel-motorok Befecskendező rendszerek Diesel motorok személygépjárművekben A követelmények változása 2.2 Otto-motorok Otto-motorok alkalmazása gépjárművekben FSI vs. MPI Technológia V-motorcsalád Feltöltéses Audi Ottomotorok Thermomanagement, szabályozható olajszivattyú Vezérműtengelyállítás 3. Belsőégésű motorok jövője 3.1 A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája 3.2 Összefoglalás - kitekintés

3 3 1 Belsőégésű motorok múltja 1.1 Gőzgéptől a belsőégésű motorig Az első ős-személygépjármű 1770-ből Nicholas-Joseph Cugnot francia tüzértiszt, mérnök és feltaláló A dugattyúk egyenes vonalú mozgását kilincsművel alakították át forgó mozgássá A sofőr fűtő is egyszemélyben V max = 4 km/h!!! 1860-ban Jean-Joseph Étienne Lenoir feltalálta az első belsőégésű motort 1863-ban az első 4 ütemű motort Üzemanyag: világítógáz Sűrítés nélküli motor Effektív hatásfok: η=1-3 %

4 4 1 Belsőégésű motorok múltja 1.1 Gőzgéptől a belsőégésű motorig 1867 Nikolaus August Otto: az első tartósan működő 4 ütemű belsőégésű motor Aranyérmet nyert a párizsi világkiállításon Valós p-v diagram megalkotása ból (η 10 %) Fontos találmányok Magyarországról: a karburátor (ill. elgázosító) Bánki Donát és Csonka János nevéhez köthető (1893)

5 5 1 Belsőégésű motorok múltja 1.1 Gőzgéptől a belsőégésű motorig 1897-ből Nesseldorf Präsident az első magyar-osztrák kooperációval készült automobil 2-hengeres Boxermotor Felületi elgázosító karburátor Folyadékhűtés (vízzel) Bosch megszakítós gyújtás P max = 5 LE (3,7 kw) v max = 30 km/h Henry Ford mérföldkő a gépgyártásban gyártósori összeszerelés T-Modell 1908-ból Galamb József Az első nagyszériában gyártott autó a T-Modell és traktor a Fordson VIDEO

6 6 1 Belsőégésű motorok múltja 1.1 Gőzgéptől a belsőégésű motorig BMW Brutus Karosszéria 1908-ból Motor egy II. világháborús bombázóból, BMW VI repülőgépmotor cm 3, V12, 60 -os hengerszög, 3.82 liter / henger, 750 LE rpm-nél Lánchajtás a hátsó keréken Üzemi fék csak a hátsó tengelyen

7 7 1 Belsőégésű motorok múltja 1.2 Belső égésű motorok felhasználási területei

8 8 1 Belsőégésű motorok múltja 1.3 Egy motor fő komponensei OHV motor, alulfekvő vezérműtengely OHC motor, felülfekvő vezérműtengely DOHC motor, két vagy több felülfekvő vezérműtengely

9 9 1 Belsőégésű motorok múltja 1.3 Egy motor fő komponensei Motorblokk Hengerfal gyűrű futófelület Kenés / olajellátás / hűtés Forgattyústengely csapágyazás Égési és tömegerők felvétele R4 beöntött nedves persely V8 TFSI csapágykeret Forgattyústengely Hajtórúd megvezetése Gáz és tömegerők átvitele Tömegkiegyensúlyozás Kenés és olajellátás Lengéscsillapító gumi, Visco-olaj töltet R4 sík forgattyú Split pin csapeltolású V8TFSI Visco

10 10 1 Belsőégésű motorok múltja 1.3 Egy motor fő komponensei Dugattyú, dugattygyűrű és dugattyúcsapszeg Égéstér tömítése Erőátvitel a hajtórúdra Hőátvezetés a hengerfalra Töltetirányítás Hajtórúd Erőátvezetés a forgattyústengelyre Dugattyúcsapszeg olajellátása

11 11 1 Belsőégésű motorok múltja 1.3 Egy motor fő komponensei Szelepvezérlés / szelepek Töltetcsere vezérlése, irányítása (Drall, Tumble) Égéstér tömítése Hőelvezetés (A nátrium-só töltet ~97 Con folyékonnyá válik) Hengerlekapcsolás, ZAS, AVS, szerelt tg. Desmodromic Vezérműtengely és vezérműtengely állító, VVT, OCV Szelepek mozgatása A vezérlési idő változtatása

12 12 1 Belsőégésű motorok múltja 1.3 Egy motor fő komponensei A motor hideg oldala - szívóoldal Üzemanyagellátó rendszer befecskendező rendszer Szíjhajtás - segédberendezések Folyadék és levegővezető csövek Szívócső, töltőlevegőhűtő (direkt, indirekt) V8TFSI indirekt LLK R5 direkt LLK A motor meleg oldala - kipufogóoldal Kipufogó gyűjtőcső - leömlő Turbofeltöltő / Kompresszor Kipufogógáz visszavezetés V8TFSI Twin Scroll

13 13 2. Belsőégésű motorok jelene 2.1 Diesel-motorok Befecskendező rendszerek Közvetett befecskendezés Diesel-motor égésfolyamata Közvetlen befecskendezés Örvénykamra Előkamra Égéskamrák a hengerfejben örvény-, lég-, előkamra Befecskendezés bar nyomásig Befecskendezés időzítés egy adag/munkaütem Mechanikus adagoló Pumpe Düse (PD, UIS) Common Rail Javulás a tüzelőanyag-fogyasztásban > 15 %

14 14 2. Belsőégésű motorok jelene 2.1 Diesel-motorok Befecskendező rendszerek PD-TDI égéslefolyás és nyomatéknövekmény Nyomaték Motorigény PD megvalósítás Fordulatszám

15 15 2. Belsőégésű motorok jelene 2.1 Diesel-motorok Befecskendező rendszerek Common Rail rendszer: Piezo nagynyomású befecskendezőszelepek 2500 bar-ig Adagok: max. 7 / munkaütem Üzemanyag nagynyomású csatlakozó

16 16 2. Belsőégésű motorok jelene 2.1 Diesel-motorok Diesel motorok személygépjárművekben Turbo-Diesel motor jogosultsága Töltőnyomás szabályzás (nyomásvezérelt, vákuumvezérelt) A feltöltés és a töltőlevegő-hűtés előnyei

17 17 2. Belsőégésű motorok jelene 2.1 Diesel-motorok A követelmények változása A 1970-es évek olajkrízise nagyobb követelményeket támasztott a Diesel-motoros személyautókkal szemben 1989: R5 2.5l TDI Audi, 85 kw (115 LE) 265 Nm, Euro I és II 2014: V6 3.0l TDI BiTurbo Audi, 235 kw (320 LE) 650 Nm, Euro VI Vezetési élmény, Komfort magas teljesítmény alacsony zaj alacsony emisszió Gazdaságosság - fogyasztás gyárthatóság - flexibilitás - újraértékesíthetőség Audi A8 V8TDI végsebesség: 250 km/h - Gyorsulás: 5,9 mp km/h-ra Tüzelőanyag-fogyasztás 94/12/EG EU6 5,8 l/100 km - CO2 emisszió 151 g/km

18 18 2. Belsőégésű motorok jelene 2.1 Diesel-motorok A követelmények változása Kipufogógáz kibocsátási normák Euro, NEFZ, WLTC

19 19 2. Belsőégésű motorok jelene 2.1 Diesel-motorok A korszerű Audi TDI motorok felépítése Közvetlen és nagynyomású befecskendezés 4 szelepes technika, állítható Drall-áramlással Twin-Scroll, regiszterturbó, AVS, NWV IMA kódok

20 20 2. Belsőégésű motorok jelene 2.1 Diesel-motorok A korszerű Audi TDI motorok felépítése Többszörös adag Az ún. Diesel-égési tüskék elkerülése Az égéstér ún. előkondicionálása A csúcshőmérséklet csökkentése A mechanikus igénybevétel csökkenése Az égési zaj csökkenése NOx-emisszió csökkentése

21 21 2. Belsőégésű motorok jelene 2.1 Diesel-motorok A korszerű Audi TDI motorok felépítése Kipufogógáz utókezelés, Oxi-kat, SCR-Kat, DPF Nagynyomású és kisnyomású kipufogógáz visszavezetés hűtéssel

22 22 2. Belsőégésű motorok jelene 2.1 Diesel-motorok A korszerű Audi TDI motorok felépítése Thermomanagement Szétválasztott vízkör Víz-olaj hőcserélő

23 23 2. Belsőégésű motorok jelene 2.1 Diesel-motorok A korszerű Audi TDI motorok felépítése Online kompresszor fordulatszám szenzor Online hengernyomás jeladó

24 24 2. Belsőégésű motorok jelene 2.1 Diesel-motorok A korszerű Audi TDI motorok felépítése Elektromos hajtású centrifugál-feltöltő AUDI SQ7 EAV - V8 TDI

25 25 2. Belsőégésű motorok jelene 2.2 Otto-motorok Otto-motorok alkalmazása gépjárművekben Lambda-szabályozás 3 utas katalizátor működése Gyújtásszög kopogásszabályozás kitöltési tényező

26 26 2. Belsőégésű motorok jelene 2.2 Otto-motorok Otto-motorok alkalmazása gépjárművekben Rezonancia-feltöltés változtatható szívócsőhossz Kompresszor-feltöltés G-Lader Roots-fúvó

27 27 2. Belsőégésű motorok jelene 2.2 Otto-motorok FSI vs. MPI technológia Eredeti FSI keverékképzés FSI és MPI előnyök ill. hátrányok

28 28 2. Belsőégésű motorok jelene 2.2 Otto-motorok FSI vs. MPI technológia Az égésfolyamat kombinálása Miller-ciklussal (Budak) Változó szívólöket, a szívólöket vége zárt szelepekkel történik, a kompresszió aránya kisebb mint a munkaütemé.

29 29 2. Belsőégésű motorok jelene 2.2 Otto-motorok V-motorcsalád Beépítési méretek csökkenése Láncvezérlés a lendkerék felőli oldalon helymegtakarítás Tervezett minimum élettartam km Segédberendezések hajtása

30 30 2. Belsőégésű motorok jelene 2.2 Otto-motorok V-motorcsalád 5.2L V10 FSI HDZ TS motor az Audi R8- ban és a Lamborghini Huracán-ban Lökettérfogat: 5204 cm³ Teljesítmény: 610 LE (449kW) / HP 640 LE (470kW) U/min Nyomaték: 560 Nm / HP 600 Nm U/min Motortömeg: ~209 kg Gyorsulás: km/h 3,2 mp Gyorsulás: km/h 9,9 mp 5.2L V10 FSI HDZ és 4.0L V8TFSI összehasonlítása

31 31 2. Belsőégésű motorok jelene 2.2 Otto-motorok V-motorcsalád Szárazkarteres kenési rendszer, kamránkénti elszívással

32 32 2. Belsőégésű motorok jelene 2.2 Otto-motorok Feltöltéses motorok az Audi-nál Roots-fúvó mechanikus felöltés HSI Turbófelöltés

33 33 2. Belsőégésű motorok jelene 2.2 Otto-motorok Thermomanagement, szabályozható olajszivattyú Fűthető termosztát Drehschieber kapcsolható vízszivattyú Szabályozható olajszivattyú Kétfokozatú Fokozatmentes

34 34 2. Belsőégésű motorok jelene 2.2 Otto-motorok Vezérműtengely állítás, hergerlekapcsolás Vezérműtengelyek közötti lánchajtás állításával Tengelyenkénti fázisszög állítással Bütyökgörbe váltás axiális elmozdítással (AVS, ZAS)

35 35 3. Belsőégésű motorok jövője 3.1 A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája Dieseljármű vásárlások

36 36 3. Belsőégésű motorok jövője 3.1 A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája Az elektromobilitás története a 20. század elején

37 37 3. Belsőégésű motorok jövője 3.1 A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája Hajtáslánc hatásfokok összehasonlítása

38 Quelle: H. Steiger: Uni Vortrag Győr Belsőégésű motorok jövője 3.1 A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája Potenciális lehetőségek a primer energiától a hajtásláncig

39 39 3. Belsőégésű motorok jövője 3.1 A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája Alternatív üzemanyagok világszerte CNG LPG FlexFuel / E85 / E100 Biodiesel

40 40 3. Belsőégésű motorok jövője 3.1 A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája CNG-hajtás az Audi-nál Változó gázminőség és fűtőérték orosz vagy északi-tengeri Magas kompressziótűrés ROZ 130 A3 Sportback 1,4L TFSI G-Tron R4 2,0L TFSI és V6 3,0L TFSI

41 41 3. Belsőégésű motorok jövője 3.1 A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája µ-/mild-hybrid Full-Hybrid

42 42 3. Belsőégésű motorok jövője 3.1 A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája Plug-in Hybrid

43 43 3. Belsőégésű motorok jövője 3.1 A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája Range Extender Brenstoffzelle

44 44 3. Belsőégésű motorok jövője 3.1 A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája Tisztán elektromos hajtás Villanymotor gyártás Győrben 2018-tól Járműgyártás Brüsszelben 2018 végétől

45 45 3. Belsőégésű motorok jövője 3.1 A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája Tisztán elektromos hajtás komponensei

46 46 3. Belsőégésű motorok jövője 3.2 Összefoglalás - kitekintés A 2025 utáni CO 2 flottacél csakis egy kiegyensúlyozott hajtáslánc-kombinációval elégíthető ki. A 95g/km CO 2 kibocsátási cél csak elektromos hajtás-kombinációval érhető el. A CNG-ben és a szintetikus tüzelőanyagokban hatalmas potenciál rejlik ezek lehetnek a 0 g/km kibocsátás elérhetőségének alternatívái Egyre fontosabb szerepet kap a wheel-to-wheel emisszó Fontos hogy honnan jön az áram? vagy mit fogunk használni a szintetikus tüzelőanyag előállításához? Az üzemanyagcellás járművek előreláthatólag csak 2020 után fognak szériaéretté válni drága infrastruktúra

47 47 Források Wolfgang Hatz, Konzern Entwicklung Aggregate, VW AG Audi SSP H. Steiger: Uni Vortrag Győr 2011 NOVAgreen Projektmanagement GmbH Wikipedia

48 48 AHM, G/GE-35, Orbán László, Köszönöm a figyelmet!