I. Sammensetning og prinsipp for STC Supercharging System
Sequential TurboCharging (STC) teknologi er en avansert turboladeteknikk som integrerer to eller flere turboladere for å operere parallelt. Etter hvert som belastningen og hastigheten til dieselmotoren øker, aktiveres disse turboladerne sekvensielt basert på forhåndsdefinerte driftsforhold [1]. Denne teknologien adresserer spesifikt tilpasnings- og ytelsesutfordringene mellom tradisjonelle dieselmotorer og turboladere, og tar sikte på å forbedre motorens effektivitet og økonomi betraktelig under forhold med lavt turtall og høy belastning, samtidig som den totale ytelsen og utslippsytelsen optimaliseres.
1. Sammensetning av STC Supercharging System
STC er en energieffektiv og høyytelses overladingsteknologi som primært brukes i dieselmotorer for store skip, tunge kjøretøy og industrielle applikasjoner.
PA6-fremdriftsdieselmotoren bruker denne teknologien, som består av et STC-kontrollsystem og to parallelle førstetrinns eksosgassturboladere for trinn-for-trinn superlading.
Blant de to eksosgassturboladerne til PA6-STC-dieselmotoren:
- Den som er direkte koblet til eksosmanifolden til kolonne A fungerer som primær turbolader, referert til som A-søyle turbolader.
- Den som er koblet til eksosmanifolden til kolonne B fungerer som den kontrollerte turboladeren, kjent som B-kolonne turboladeren.
Under dieselmotordrift driver eksosgassene enten én eller begge av førstetrinns eksosgassturboladere, som komprimerer inntaksluften og øker inntakstrykket og temperaturen. Denne prosessen forbedrer forbrenningseffektiviteten og forbedrer dieselmotorens kraft og effektivitet.
STC-kontrollsystemet består av fire pneumatiske spjeldventiler, en STC-kontroller og en spjeldventildeteksjonsmagnetventilboks. Den overvåker kontinuerlig kritiske parametere som dieselmotorhastighet, belastning og eksostemperatur. Basert på disse parameterne styrer systemet driften av turboladerne. Nærmere bestemt:
- Gassventilen er installert ved turbininntaket til B-kolonne turboladeren.
- Luftventilen er installert ved kompressorutløpet til B-kolonne turboladeren.
- Bypass-ventilen (for å forhindre turbolader) er installert mellom kompressorutløpet og turbininntaket.
- Avblåsningsventilen (for å forhindre for høyt sylindertrykk i miljøer med lav temperatur) er installert i inntakssystemet før motoren.
STC-kontrolleren er kjernekomponenten i kontrollsystemet, ansvarlig for å samle inn data om turboladerhastighet, ladetrykk, dieselmotorhastighet, drivstoffstativposisjon og drivstoffstativ nullposisjon [2]. Den kontrollerer åpning og lukking av de fire spjeldventilene, slik at B-søyle turboladeren kan kobles inn eller ut etter behov, og oppfyller dermed ytelseskravene til dieselmotoren under varierende belastningsforhold.
2. Arbeidsprinsipp for eksosgassturbolader
Eksosgassturboladeren til PA6-STC-dieselmotoren består hovedsakelig av en sentrifugalkompressor og en eksosgassturbin, som illustrert i tverrsnittet av eksosgassturboladeren (Figur 1). Disse komponentene er montert på samme hovedaksel og fungerer som en høyhastighets roterende maskin, i stand til å nå rotasjonshastigheter på titusenvis av omdreininger per minutt eller høyere.
Arbeidsprinsippet til STC-superladingssystemet innebærer at eksosgassen med høy temperatur og høy hastighet som slippes ut fra dieselmotorens sylindre, kommer inn i det ikke-vannkjølte turbininnløpshuset via dyseringen for å utvide seg. Denne utvidelsen konverterer termisk energi til mekanisk energi, driver turbinen til å rotere og roterer i sin tur koaksialkompressorhjulet. Avgassen blir deretter avkjølt av det vannkjølte turbinutløpshuset før den slippes ut i atmosfæren.
Kompressoren trekker inn frisk luft gjennom inntakssystemet og komprimerer den. Den komprimerte høyhastighetsluften passerer gjennom diffusoren for ytterligere trykksetting og strømmer deretter gjennom intercooleren for avkjøling og trykkavlastning. Til slutt kommer den avkjølte luften inn i dieselmotorens inntaksmanifold og tilføres sylindrene, for å oppnå formålet med superlading. Denne prosessen gjør at dieselmotoren kan suge inn mer luft og forbrenne mer drivstoff, og dermed forbedre kraftuttaket og termisk effektivitet.
3. Grunnleggende prinsipp for STC-kontrollsystemet
STC-superladingssystemet fungerer i to primære moduser: 1TC (enkel turbolader) og 2TC (dobbelt turboladere), som illustrert i figur 2, det skjematiske diagrammet av STC-overladingssystemet.
Når dieselmotoren går med lav belastning, er gassventilen og luftventilen stengt. I denne tilstanden er bare A-kolonne turboladeren aktiv, mens B-kolonne turboladeren er isolert av de lukkede ventilene og forblir inaktiv. Denne konfigurasjonen blir referert til som 1TC (enkel turbolader) arbeidsmodus [3-4]. I denne modusen er eksosgassen fra både A-kolonne og B-kolonne sylindre tilstrekkelig til å oppfylle driftskravene til A-kolonne turboladeren, og sikrer optimal ytelse av hovedmotoren under lavbelastningsforhold. Dette forbedrer kraftuttaket og drivstoffeffektiviteten til fremdriftsdieselmotoren ved lav belastning, samtidig som det reduserer eksostemperaturen og drivstofforbruket.
Når motoren når høybelastningsforhold, åpnes gassventilen og luftventilen, slik at den tidligere tomgangsstyrte B-kolonne turboladeren kobles inn parallelt med A-kolonne turboladeren. Dette resulterer i at både A-søyle og B-søyle turboladere opererer samtidig parallelt, som er utpekt som 2TC (dobbel turbolader) arbeidsmodus. Når belastningen og hastigheten til dieselmotoren øker fra lav til høy og når en forhåndsbestemt terskel, går systemet over fra 1TC- til 2TC-modus. Omvendt, når belastningen og hastigheten reduseres, bytter systemet tilbake fra 2TC til 1TC-modus. Bypass-ventilen og avblåsningsventilen aktiveres under spesifikke driftsforhold for dieselmotoren eller under overgangen mellom 1TC- og 2TC-modus.