A motortól a kész járműig - A haladás technikája előadássorozat - BME Belsőégésű motorok múltja, jelene és jövője

Átírás

1 A motortól a kész járműig - A haladás technikája előadássorozat - BME Belsőégésű motorok múltja, jelene és jövője Orbán László, Audi Hungaria Motor Kft.

2

3 3 Belsőégésű motorok múltja, jelene és jövője Tartalom Múlt 1. Bevezetés Jelen 2. Diesel-motorok 3. Otto-motorok Jövő 4. A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája 5. Összefoglalás - kitekintés

4 4 Belsőégésű motorok múltja, jelene és jövője Tartalom Múlt 1. Bevezetés 1.1 Gőzgéptől a belső égésű motorig 1.2 Belső égésű motorok felhasználási területei 1.3 Egy motor fő komponensei

5 5 1. Bevezetés 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 VIDEO

6 6 1. Bevezetés 1.1 Gőzgéptől a belsőégésű motorig 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 %

7 7 1. Bevezetés 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 1876-ból (η 10 %)

8 8 1. Bevezetés 1.1 Gőzgéptől a belsőégésű motorig Fontos találmányok Magyarországról: a karburátor (elgázosító) Bánki Donát és Csonka János (1893)

9 9 1. Bevezetés 1.1 Gőzgéptől a belsőégésű motorig 1897 Nesseldorf Präsident az első magyar-osztrák kooperációval készült automobil 2-hengeres Boxermotor Felületi elgázosító - karburátor Folyadékhűtés (víz) Bosch megszakítós gyújtás V H = 2750 cm 3 P max = 5 LE (3,7 kw) v max = 30 km/h

10 10 1. Bevezetés 1.1 Gőzgéptől a belsőégésű motorig Henry Ford mérföldkő a gépgyártásban gyártósori összeszerelés T-Modell Galamb József Az első nagyszériában gyártott autó a T-Modell és traktor a Fordson VIDEO 2 VIDEO 3

11 11 1. Bevezetés 1.2 Belsőégésű motorok felhasználási területei Személyautó Teherautó Személyszállító busz

12 12 1. Bevezetés 1.2 Belsőégésű motorok felhasználási területei Hajók Csónakok Mozdonyok Repülőgépek Katonai járművek Építő- és mezőgazdasági járművek

13 13 1. Bevezetés 1.2 Belsőégésű motorok felhasználási területei Stabil motorok Aggregátorok Kompresszorok Szivattyúk Fűnyírók Motoros fűrészek Modellmotorok Stb.

14 14 1. Bevezetés 1.3 A belsőégésű motorok fő komponensei

15 15 1. Bevezetés 1.3 A belsőégésű motorok fő komponensei Motorblokk Hengerfal gyűrű futófelület Kenés / olajellátás / hűtés Forgattyústengely csapágyazás Égési és tömegerők felvétele

16 16 1. Bevezetés 1.3 A belsőégésű motorok fő komponensei Forgattyústengely Hajtórúd megvezetése Gáz és tömegerők átvitele Tömegkiegyensúlyozás Kenés és olajellátás Lengéscsillapító gumi, Visco töltet

17 17 1. Bevezetés 1.3 A belsőégésű motorok fő komponensei Dugattyú, gyűrűkkel és csapszeggel Égéstér tömítése Erőátvitel a hajtórúdra Hőátvezetés a hengerfalra Dugattyúkamra Csapszegpersely

18 18 1. Bevezetés 1.3 A belsőégésű motorok fő komponensei Hajtórúd Erőátvezetés a forgattyústengelyre Dugattyúcsapszeg olajellátása

19 19 1. Bevezetés 1.3 A belsőégésű motorok fő komponensei Szelepvezérlés / szelepek Töltetcsere vezérlése Égéstér tömítése Hőelvezetés A nátrium töltet ~97 C-on folyékonnyá válik.

20 20 1. Bevezetés 1.3 A belsőégésű motorok fő komponensei Vezérműtengely és vezérműtengely állító Szelepek mozgatása A vezérlési idő változtatása

21 21 1. Bevezetés 1.3 A belsőégésű motorok fő komponensei A motor hideg oldala - szívóoldal Üzemanyagellátó rendszer befecskendező rendszer Szíjhajtás - segédberendezések Folyadék és levegővezető csövek Szívócső, töltőlevegőhűtő VIDEO 4

22 22 1. Bevezetés 1.3 A belsőégésű motorok fő komponensei A motor meleg oldala - kipufogóoldal Kipufogó gyűjtőcső - leömlő Turbofeltöltő / Kompresszor Kipufogógáz visszavezetés VIDEO 5

23 23 Belsőégésű motorok múltja, jelene és jövője Tartalom Jelen 2. Diesel-motorok 2.1 Diesel motorok alkalmazása személygépjárművekben 2.2 Közvetlen befecskendezéses Diesel-motorok története 2.3 A modern Diesel-motorokkal szemben támasztott követelmények 2.4 A korszerű Audi TDI motorok felépítése

24 24 2. Diesel-motorok 2.1 Diesel motorok alkalmazása személygépjárművekben Közvetett befecskendezés Égéskamrák a hengerfejben örvény, lég, elő

25 25 2. Diesel-motorok 2.1 Diesel motorok alkalmazása személygépjárművekben Tüzelőanyag mechanikus adagoló Befecskendezés ~200 bar nyomásig Befecskendezés időzítés egy adag/munkaütem

26 26 2. Diesel-motorok 2.1 Diesel motorok alkalmazása személygépjárművekben Turbo-Diesel motor jogosultsága Nyomásvezérelt töltőnyomás szabályzás Előbefecskendezés indítás-segítő

27 27 2. Diesel-motorok 2.1 Diesel motorok alkalmazása személygépjárművekben A feltöltés és a töltőlevegő-hűtés előnyei Turbo-Diesel töltőlevegő hűtéssel Turbo-Diesel töltőlevegő hűtés nélkül

28 28 2. Diesel-motorok 2.2 Közvetlen befecskendezéses Diesel-motorok története Közvetett befecskendezés Örvénykamra Előkamra Diesel-motor égéslefolyása Közvetlen befecskendezés Mechanikus adagoló Pumpe Düse (PD, UIS) Common Rail Javulás a tüzelőanyag-fogyasztásban > 15 %

29 29 2. Diesel-motorok 2.2 Közvetlen befecskendezéses Diesel-motorok története PD-TDI égéslefolyás és nyomatéknövekmény

30 30 2. Diesel-motorok 2.2 Közvetlen befecskendezéses Diesel-motorok története A 1970-es évek olajkrízise nagyobb követelményeket támasztott a Diesel-motoros személyautókkal szemben 1989: 2014: R5 2.5l TDI Audi V6 3.0l TDI BiTurbo Audi 85 kw (115 LE) 235 kw (320 kw) 265 Nm 650 Nm Euro I és II norma Euro VI norma

31 31 2. Diesel-motorok 2.3 A modern Diesel-motorokkal szemben támasztott követelmények Vezetési élmény Komfort magas teljesítmény alacsony zaj alacsony emisszió Gazdaságosság - fogyasztás gyárthatóság - flexibilitás - újraértékesíthetőség Végsebesség: 250 km/h - Gyorsulás: 5,9 mp km/h-ra A8 3.0 V6 TDI Tüzelőanyag-fogyasztás 94/12/EG EU6 5,8 l/100 km - CO 2 emisszió 151 g/km

32 32 2. Diesel-motorok 2.3 A modern Diesel-motorokkal szemben támasztott követelmények Kipufogógáz kibocsátási normák Euro, NEDC, WLTP

33 33 2. Diesel-motorok 2.4 A korszerű Audi TDI motorok felépítése Közvetlen és nagynyomású befecskendezés Optimált dugattyúkamra 4 szelepes technika, állítható Drall-áramlással Többszörös adag Nagynyomású és kisnyomású kipufogógáz visszavezetés - hűtéssel Feltöltés töltőlevegő hűtéssel Thermomenedzsment Kipufogógáz utókezelés (SCR & DPF)

34 34 2. Diesel-motorok 2.4 A korszerű Audi TDI motorok felépítése A lehető legoptimálisabb töltetmozgás és keverékképzés kisebb fordulaton A lehető legjobb töltöttségi fok magasabb fordulaton VIDEO 6 Drall-csappantyúk: 900-tól /Min-ig zárva 1800-tól /Min-ig 50% nyitva /Min-tól teljesen nyitva

35 35 2. Diesel-motorok 2.4 A korszerű Audi TDI motorok felépítése Dugattyúkamra mint égéstér befolyása Áramlás javítása - turbulencia növelése időben hosszabban tartó hősugárzási állapotok hőátadás javítása - jobb töltetkihasználás és rétegződés jobb keverékkitöltő képesség káros tér csökkentése A keverékképzés energiája áthelyeződik a gázáramlásból a befecskendezésre Nagyobb befecskendezési nyomás, csökkenő injektor furatméretek, nagyobb számú furattal központi nagy dugattyúkamra kúpos központtal és kisebb turbulencia intenzitással kisebb Drall effektus és nagyobb átömlési tulajdonságú hengerfej

36 36 2. Diesel-motorok 2.4 A korszerű Audi TDI motorok felépítése Common Rail rendszer Piezo nagynyomású befecskendezőszelepek 2500 bar-ig VIDEO 7

37 37 2. Diesel-motorok 2.4 A korszerű Audi TDI motorok felépítése Az ún. Diesel-égési tüskék elkerülése Az égéstér ún. előkondícionálása A csúcshőmérséklet csökkentése A mechanikus igénybevétel csökkenése Az égési zaj csökkenése NOx-Emisszió csökkentése Befecskendezési adagok befolyása a hengernyomásra HE: Főadag P1+HE: Pilot + Főadag. P1+P2+HE: 2X Pilot + Főadag.

38 38 2. Diesel-motorok 2.4 A korszerű Audi TDI motorok felépítése Turbofeltöltés kipufogógáz visszavezető modullal

39 39 2. Diesel-motorok 2.4 A korszerű Audi TDI motorok felépítése Kipufogógáz utókezelés

40 40 2. Diesel-motorok 2.4 A korszerű Audi TDI motorok felépítése Thermomanagement

41 41 2. Diesel-motorok 2.4 A korszerű Audi TDI motorok felépítése Kiegyenlítőtengely Dugattyúhűtő kamrák, fúvókák

42 42 2. Diesel-motorok 2.4 A korszerű Audi TDI motorok felépítése Indirekt töltőlevegőhűtő

43 43 2. Diesel-motorok 2.4 A korszerű Audi TDI motorok felépítése On-Line kompresszor fordulatszám szenzor On-Line hengernyomás jeladó

44 44 2. Diesel-motorok 2.4 A korszerű Audi TDI motorok felépítése Elektromos hajtású centrifugál-feltöltő SQ7 V8 TDI VIDEO 8

45 45 Belsőégésű motorok múltja, jelene és jövője Tartalom Jelen 3.Otto-motorok 3.1 Otto-motorok alkalmazása gépjárművekben 3.2 FSI vs. MPI Technológia 3.3 V-motorcsalád 3.4 Feltöltéses Audi Otto-motorok 3.5 Thermomanagement 3.6 Vezérműtengelyállítás

46 46 3. Otto-motorok 3.1 Otto-motorok alkalmazása gépjárművekben AC-pumpa, gyújtáselosztó, lemezfedél

47 47 3. Otto-motorok 3.1 Otto-motorok alkalmazása gépjárművekben Motorkarakterisztika szívómotor

48 48 3. Otto-motorok 3.1 Otto-motorok alkalmazása gépjárművekben Lambda-szabályozás - Katalizátor működése

49 49 3. Otto-motorok 3.1 Otto-motorok alkalmazása gépjárművekben Gyújtásszög kopogásszabályozás kitöltési tényező

50 50 3. Otto-motorok 3.1 Otto-motorok alkalmazása gépjárművekben Kompresszor-feltöltés G-Lader Roots-fúvó

51 51 3. Otto-motorok 3.1 Otto-motorok alkalmazása gépjárművekben Rezonancia-feltöltés

52 52 3. Otto-motorok 3.2 FSI vs. MPI technológia Eredeti FSI keverékképzés

53 53 3. Otto-motorok 3.2 FSI vs. MPI technológia FSI és MPI előnyök ill. hátrányok

54 54 3. Otto-motorok 3.2 FSI vs. MPI technológia Az égésfolyamat kombinálása Miller-ciklussal

55 55 3. Otto-motorok 3.3 V-motorcsalád Beépítési méretek csökkenése: Menetirány Audi V8-4,2-4V Láncos vezérlés Audi V8-4,2-4V Szíjas vezérlés Más gyártó V8 192 mm 52 mm 464 mm 516 mm ca. 656 mm

56 56 3. Otto-motorok 3.3 V-motorcsalád Láncvezérlés a lendkerék felőli oldalon helymegtakarítás Tervezett minimum élettartam km

57 57 3. Otto-motorok 3.3 V-motorcsalád Szerelt vezérműtengely Hengerfej csavarok Két fokozatú szívórendszer

58 58 3. Otto-motorok 3.3 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) 8250 U/min-nál Nyomaték: 560 Nm 6500 U/min-nál Motortömeg: 209 kg Gyorsulás: km/h 3,2 mp Gyorsulás: km/h 9,9 mp

59 59 3. Otto-motorok 3.3 V-motorcsalád Szárazkarteres kenési rendszer, kamránkénti elszívással VIDEO Olajtartály Autós levegőoldali olajhűtő Motorszellőzés Karterszellőzés Visszatérő kör elszívó fokozat Olajtermosztát Blow-By + olaj WIF szenzor Habzásgátló ciklon Előremenő nyomófokozat Leválasztott olaj

60 Drehmoment [Nm] Leistung [KW] Otto-motorok 3.4 Feltöltéses motorok az Audi-nál 1980: Ur-Quattro, 134 kw / 260 Nm - Turbofeltöltés + MPI befecskendezés - Quattro-hajtáslánc 2014: Audi S3 221 kw / 380 Nm - Turbofeltöltés + FSI + MPI befecskendezés - Quattro hajtáslánc Drehzahl [1/min] Motordrehmoment Motorleistung

61 61 3. Otto-motorok 3.4 Feltöltéses motorok az Audi-nál Roots-fúvó mechanikus felöltés

62 62 3. Otto-motorok 3.4 Feltöltéses motorok az Audi-nál 1,0 TFSI technikai különlegességek

63 63 3. Otto-motorok 3.5 Thermomanagement Fűthető termosztát, Drehschieber, kapcsolható vízszivattyú VIDEO

64 64 3. Otto-motorok 3.6 Vezérműtengely állítás VIDEO VIDEO

65 65 Belsőégésű motorok múltja, jelene és jövője Tartalom Jövő 4. A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája 5. Összefoglalás - kitekintés

66 Elterjedés A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája A mobilitás története a 20. század elején Sikerfaktorok: nincs forgattyú 1912 A kudarc okai: Alacsony hatótáv nem büdös nem füstöl halkan közlekedik Megbízható belsőégésű konkurencia Bővülő benzinkutak Indítómotor feltalálása Idő A belsőégésű mint jobb alternatíva áttörő sikert aratott.

67 Quelle: H. Steiger: Uni Vortrag Győr A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája Potenciális lehetőségek a primer energiától a hajtásláncig

68 68 4. A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája Alternatív üzemanyagok világszerte CNG LPG FlexFuel / E85 / E100 Biodiesel

69 69 4. 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

70 70 4. A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája Különböző biogén üzemanyagok karakterisztikája Első generáció Biodízel (Repce) Etanol (búza, cukorrépa) Harmadik generáció Biogáz hulladékból Biohidrogén Bio-Diesel algából Második generáció Folyékony biomassza Cellulóz etanol Quelle: NOVAgreen Projektmanagement GmbH magas CO 2 csökkentési potenciál nincs hatás a táplálékláncra magas hozam hektáronként Wolfgang Hatz, Konzern Entwicklung Aggregate, VW AG

71 71 4. A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája VKM µ-/mild- Hybrid Full Hybrid Plug-in Hybrid Range Extender Brennstoffzelle Elektrofahrzeug

72 72 4. A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája VKM µ-/mild- Hybrid Full Hybrid Plug-in Hybrid Range Extender Brennstoffzelle Elektrofahrzeug

73 73 4. A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája VKM µ-/mild- Hybrid Full Hybrid Plug-in Hybrid Range Extender Brennstoffzelle Elektrofahrzeug

74 74 4. A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája VKM µ-/mild- Hybrid Full Hybrid Plug-in Hybrid Range Extender Brennstoffzelle Elektrofahrzeug

75 75 4. A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája VKM µ-/mild- Hybrid Full Hybrid Plug-in Hybrid Range Extender Brennstoffzelle Elektrofahrzeug

76 76 4. A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája Villanymotor gyártás Győrben 2018-tól Járműgyártás Brüsszelben 2018 végétől VKM µ-/mild- Hybrid Full Hybrid Plug-in Hybrid Range Extender Brennstoffzelle Elektrofahrzeug

77 77 4. A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája Komponensek hálózata Fűtés Energiatároló és akkumulátormanagement Klima El. fékrásegítő Teljesítményelektronika E-Motor és váltó Magasfeszültségű kábelek

78 78 5. 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. ÁBRA! 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

79 79 Források Wolfgang Hatz, Konzern Entwicklung Aggregate, VW AG Audi SSP H. Steiger: Uni Vortrag Győr 2011 NOVAgreen Projektmanagement GmbH Wolfgang Hatz, Konzern Entwicklung Aggregate, VW AG Wikipedia

80 Danke!