A motortól a kész járműig - A haladás technikája előadássorozat - BME Belsőégésű motorok múltja, jelene és jövője Orbán László, 2017.03.01 Audi Hungaria Motor Kft.
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 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 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 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 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 1. Bevezetés 1.1 Gőzgéptől a belsőégésű motorig Fontos találmányok Magyarországról: a karburátor (elgázosító) Bánki Donát és Csonka János (1893)
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 1. Bevezetés 1.1 Gőzgéptől a belsőégésű motorig Henry Ford mérföldkő a gépgyártásban gyártósori összeszerelés T-Modell - 1908 Galamb József Az első nagyszériában gyártott autó a T-Modell és traktor a Fordson VIDEO 2 VIDEO 3
11 1. Bevezetés 1.2 Belsőégésű motorok felhasználási területei Személyautó Teherautó Személyszállító busz
12 1. Bevezetés 1.2 Belsőégésű motorok felhasználási területei Hajók Csónakok Mozdonyok Repülőgépek Katonai járművek Építő- és mezőgazdasági járművek
13 1. Bevezetés 1.2 Belsőégésű motorok felhasználási területei Stabil motorok Aggregátorok Kompresszorok Szivattyúk Fűnyírók Motoros fűrészek Modellmotorok Stb.
14 1. Bevezetés 1.3 A belsőégésű motorok fő komponensei
15 1. Bevezetés 1.3 A belsőégésű motorok fő komponensei Motorblokk Hengerfal gyűrű futófelület Kenés / olajellátás / hűtés Forgattyústengely csapágyazás Égési és tömegerők felvétele
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 1. Bevezetés 1.3 A belsőégésű motorok fő komponensei Dugattyú, gyűrűkkel és csapszeggel Égéstér tömítése Erőátvitel a hajtórúdra Hőátvezetés a hengerfalra Dugattyúkamra Csapszegpersely
18 1. Bevezetés 1.3 A belsőégésű motorok fő komponensei Hajtórúd Erőátvezetés a forgattyústengelyre Dugattyúcsapszeg olajellátása
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 1. Bevezetés 1.3 A belsőégésű motorok fő komponensei Vezérműtengely és vezérműtengely állító Szelepek mozgatása A vezérlési idő változtatása
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 1. Bevezetés 1.3 A belsőégésű motorok fő komponensei A motor meleg oldala - kipufogóoldal Kipufogó gyűjtőcső - leömlő Turbofeltöltő / Kompresszor Kipufogógáz visszavezetés VIDEO 5
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 2. Diesel-motorok 2.1 Diesel motorok alkalmazása személygépjárművekben Közvetett befecskendezés Égéskamrák a hengerfejben örvény, lég, elő
25 2. Diesel-motorok 2.1 Diesel motorok alkalmazása személygépjárművekben Tüzelőanyag mechanikus adagoló Befecskendezés ~200 bar nyomásig Befecskendezés időzítés egy adag/munkaütem
26 2. Diesel-motorok 2.1 Diesel motorok alkalmazása személygépjárművekben Turbo-Diesel motor jogosultsága Nyomásvezérelt töltőnyomás szabályzás Előbefecskendezés indítás-segítő
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 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 2. Diesel-motorok 2.2 Közvetlen befecskendezéses Diesel-motorok története PD-TDI égéslefolyás és nyomatéknövekmény
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 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 0-100 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 2. Diesel-motorok 2.3 A modern Diesel-motorokkal szemben támasztott követelmények Kipufogógáz kibocsátási normák Euro, NEDC, WLTP
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 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 1800 1/Min-ig zárva 1800-tól 2500 1/Min-ig 50% nyitva 2500 1/Min-tól teljesen nyitva
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 2. Diesel-motorok 2.4 A korszerű Audi TDI motorok felépítése Common Rail rendszer Piezo nagynyomású befecskendezőszelepek 2500 bar-ig VIDEO 7
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 2. Diesel-motorok 2.4 A korszerű Audi TDI motorok felépítése Turbofeltöltés kipufogógáz visszavezető modullal
39 2. Diesel-motorok 2.4 A korszerű Audi TDI motorok felépítése Kipufogógáz utókezelés
40 2. Diesel-motorok 2.4 A korszerű Audi TDI motorok felépítése Thermomanagement
41 2. Diesel-motorok 2.4 A korszerű Audi TDI motorok felépítése Kiegyenlítőtengely Dugattyúhűtő kamrák, fúvókák
42 2. Diesel-motorok 2.4 A korszerű Audi TDI motorok felépítése Indirekt töltőlevegőhűtő
43 2. Diesel-motorok 2.4 A korszerű Audi TDI motorok felépítése On-Line kompresszor fordulatszám szenzor On-Line hengernyomás jeladó
44 2. Diesel-motorok 2.4 A korszerű Audi TDI motorok felépítése Elektromos hajtású centrifugál-feltöltő SQ7 V8 TDI VIDEO 8
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 3. Otto-motorok 3.1 Otto-motorok alkalmazása gépjárművekben AC-pumpa, gyújtáselosztó, lemezfedél
47 3. Otto-motorok 3.1 Otto-motorok alkalmazása gépjárművekben Motorkarakterisztika szívómotor
48 3. Otto-motorok 3.1 Otto-motorok alkalmazása gépjárművekben Lambda-szabályozás - Katalizátor működése
49 3. Otto-motorok 3.1 Otto-motorok alkalmazása gépjárművekben Gyújtásszög kopogásszabályozás kitöltési tényező
50 3. Otto-motorok 3.1 Otto-motorok alkalmazása gépjárművekben Kompresszor-feltöltés G-Lader Roots-fúvó
51 3. Otto-motorok 3.1 Otto-motorok alkalmazása gépjárművekben Rezonancia-feltöltés
52 3. Otto-motorok 3.2 FSI vs. MPI technológia Eredeti FSI keverékképzés
53 3. Otto-motorok 3.2 FSI vs. MPI technológia FSI és MPI előnyök ill. hátrányok
54 3. Otto-motorok 3.2 FSI vs. MPI technológia Az égésfolyamat kombinálása Miller-ciklussal
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 3. Otto-motorok 3.3 V-motorcsalád Láncvezérlés a lendkerék felőli oldalon helymegtakarítás Tervezett minimum élettartam 250.000 km
57 3. Otto-motorok 3.3 V-motorcsalád Szerelt vezérműtengely Hengerfej csavarok Két fokozatú szívórendszer
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: 0-100 km/h 3,2 mp Gyorsulás: 0-200 km/h 9,9 mp
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
Drehmoment [Nm] Leistung [KW] 60 3. 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 3. Otto-motorok 3.4 Feltöltéses motorok az Audi-nál Roots-fúvó mechanikus felöltés
62 3. Otto-motorok 3.4 Feltöltéses motorok az Audi-nál 1,0 TFSI technikai különlegességek
63 3. Otto-motorok 3.5 Thermomanagement Fűthető termosztát, Drehschieber, kapcsolható vízszivattyú VIDEO
64 3. Otto-motorok 3.6 Vezérműtengely állítás VIDEO VIDEO
65 Belsőégésű motorok múltja, jelene és jövője Tartalom Jövő 4. A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája 5. Összefoglalás - kitekintés
Elterjedés 66 4. 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 1905 1909 1913 Megbízható belsőégésű konkurencia Bővülő benzinkutak Indítómotor feltalálása 1900 1899 1930 1890 1910 1930 Idő A belsőégésű mint jobb alternatíva áttörő sikert aratott.
Quelle: H. Steiger: Uni Vortrag Győr 2011 67 4. A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája Potenciális lehetőségek a primer energiától a hajtásláncig
68 4. A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája Alternatív üzemanyagok világszerte CNG LPG FlexFuel / E85 / E100 Biodiesel
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 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 4. A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája VKM µ-/mild- Hybrid Full Hybrid Plug-in Hybrid Range Extender Brennstoffzelle Elektrofahrzeug
72 4. A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája VKM µ-/mild- Hybrid Full Hybrid Plug-in Hybrid Range Extender Brennstoffzelle Elektrofahrzeug
73 4. A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája VKM µ-/mild- Hybrid Full Hybrid Plug-in Hybrid Range Extender Brennstoffzelle Elektrofahrzeug
74 4. A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája VKM µ-/mild- Hybrid Full Hybrid Plug-in Hybrid Range Extender Brennstoffzelle Elektrofahrzeug
75 4. A következő évek hajtás- és tüzelőanyag stratégiája VKM µ-/mild- Hybrid Full Hybrid Plug-in Hybrid Range Extender Brennstoffzelle Elektrofahrzeug
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 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 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 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
Danke!