Innholdsfortegnelse _Toc198436508 1.0 Innledning... 3 1.1 Oppgavens formål... 3 2.0 Prosjektbeskrivelse... 4 2.1 Forutsetninger... 4 2.2 Lokalisasjon og utstyr... 4 3.0 Bakgrunn/oppbygging... 5 3.1 Turboladerens historie... 5 3.2 Bruksområde... 5 3.3 Turboladerens virkemåte... 6 3.4 Ladeluftkjøler... 7 3.4.1 Væskekjølt ladeluftkjøler... 8 3.4.2 Luftkjølt ladeluftkjøler.... 1 3.5 Bestilling og leveranse av deler... 9 3.6 Kostnader og kjøp... 9 4.0 Montering... 10 4.1 Væskekjølt ladeluftkjøler... 10 4.2 Luftkjølt ladeluftkjøler... 11 5.0 Effekttesting... 12 5.1 Framgangsmåte... 12 5.2 Antall tester på MF... 13 5.3 Temperatur under testing... 13 6.0 Dynamometer... 14 6.1 Skolens dynamometer... 14 6.1.1 Resultater fra skolens dynamometer... 15 6.2 Froment Sigma4... 17 6.2.1 Resultat med Sigma4 dynamometer... 18 7.0 Temperaturmåling av innsugningsluft... 21 7.1 Utstyr og utførelse... 21 7.2 Resultater... 22 8.0 Turbotrykkmålinger... 23 8.1 Trykkfall på den luftkjølte ladeluftkjøleren... 24 8.2 Turbotrykk... 25 8.2.1 Justering av turbotrykk... 25 8.2.2 Effekten av å justere opp turbotrykket... 25 9.0 Magneter... 26 9.1 Montering og gjennomføring... 27 9.2 Resultat... 27 9.3 Kostnader... 28 10.0 Drivstofforbruk... 29 10.1 Massey Ferguson 3060... 30 10.1.1 Sammenligning av dieselforbruk... 30 10.1.2 Sammenligning av dieselmåler i traktor med egne målinger... 31 10.1.3 Målinger med og uten magnet på skolens dynamometer... 31 10.2 John Deere 3050... 32 10.2.1 Målinger med og uten magnet på skolens dynamometer... 32 1
11.0 Røykgassmålinger... 33 11.1 Kostnad... 33 11.2 Utførsel... 33 11.3 Massey Ferguson 3060 uten magnet... 34 11.3.1 Med luftkjølt ladeluftkjøler... 34 11.3.2 Kun turbolader... 35 11.4 Massey Ferguson 3060 med magnet... 35 11.4.1 Med luftkjølt ladeluftkjøler... 35 11.4.2 Sammenligning... 36 11.5 John Deere 3050... 37 11.5.1 Før montering av magneter... 37 11.5.2 Etter montering av magneter... 38 11.5.3 Sammenligning... 38 11.6 Avgasskrav... 39 12.0 Diskusjon... 39 12.1 Tidligere utført arbeid... 40 12.1.1 Resultater av fjorårets hovedprosjekt... 40 12.1.2 Våre resultater med turbolader og væskekjølt ladeluftkjøler... 42 12.1.3 Andres erfaringer med turbolader og ladeluftkjøler... 42 12.2 Tidligere utført arbeid med magneter... 43 12.2.1 Laboratorietest... 43 12.2.2 Andre erfaringer med magneter... 44 13.0 Alternative effektøkende metoder... 45 13.1 Effekt- / powerboks... 45 13.2 Chipping... 46 13.3 Metanol-innsprøytning... 46 14.0 Levetid på motor... 47 15.0 Traktordata... 47 15.1 Massey Ferguson 3060... 47 15.2 John Deere 3050... 47 16.0 Konklusjon... 48 17.0 Litteraturliste og kilder... 49 18.0 Vedlegg... 50 Vedlegg 1: Bilder Vedlegg 2: Utskrift av effektmålinger fra Eik Senteret Vedlegg 3: Røykgassmålinger Vedlegg 4: Resultater av effektmålinger 2
1.0 Innledning Prosjekt gikk ut på det å sammenlikne en væskekjølt- med en luftkjølt ladeluftkjølere på en Massey Ferguson 3060. Problemstillingen var Forandring av effekt, drivstofforbruk og avgasser ved montering av væske- og luftkjølt ladeluftkjøler. Der monterte vi begge ladeluftkjølerne og testet de gjentatte ganger for å få så gode resultater som mulig. De fleste nye traktorer med litt størrelse har en slik ladeluftkjøler montert fra fabrikk, og vi vil finne ut om en ettermontering av dette kan forsvares i forhold til effektøkning, pris og monteringstid. Vi ønsket å gå videre fra fjorårets bacheloroppgave som Jørn Mykleseth Hanssen og Per Kristian Kjellås skrev og utvide denne til også å gjelde luftkjølt ladeluftkjøler, noe de ikke fikk undersøkt. Under alle tester ble drivstofforbruket sjekket, og for å få likt sammenlikningsgrunnlag ble ikke dieselmengden justert. Temperaturen på lufta før og etter de to ladeluftkjølerne ble også registrert for å se om ladeluftkjølerne hadde noen virkning, og om det var noe forskjell på dem. I tillegg hadde vår veileder blitt kontaktet av Bedre Gardsdrift som ville at vi skulle teste ut effekten av magneter som monteres på drivstoff- og innsugningsluftslangen for å øke effekten og minske avgass og drivstofforbruk. 1.1 Oppgavens formål Formålet med denne oppgaven er at tredjeårsstudentene ved Landbruksteknikkfaget skal studere grundig et emne eller en sak de er spesielt interessert i og skrive en avhandling om dette. Vi skal under arbeidet med dette prosjektet bruke den lærdom vi har opparbeidet oss i løpet av vårt studie ved Høgskolen i Hedmark. 3
2.0 Prosjektbeskrivelse 2.1 Forutsetninger I oppgaven vi skulle skrive ble det lagt opp til en del praktisk arbeid med montering og demontering av de to ladeluftkjølerne, røykgasstesting og dieselforbruksmåling. Dermed kunne vi sammenlikne våre målinger med andres påstander. Arbeidet med rigging av utstyr, montering og testing har tatt mye tid, derfor er det mye arbeid som ligger bak som ikke synes i oppgaven. Innehaverne av prosjektet måtte også sette seg inn i virkemåten og lære kunnskapen om emnet i oppgaven. Alle deler som trengtes ble kjøpt inn i samarbeid med Høgskolen og veileder. Oppgaven ble skrevet basert på erfaringer, kunnskaper, prøving og testing, tilgjengelige kilder og bakgrunnslitteratur. 2.2 Lokalisasjon og utstyr Alt det praktiske arbeidet gikk for seg på Høgskolen i Hedmark, avdeling Blæstad. Til montering benyttet vi skolens verktøy og utstyr. Måleinstrumenter som ble brukt: Elektronisk termometer (Skolen sitt) Turbotrykkmåler (Veilederen sin) Würth Røykgassmåler DS2 (Skolen sitt) Dynamometer (Skolens dynamometer og Sigma4, Eik Senteret sitt dynamometer) Vekt og utstyr til å måle dieselforbruk (Skolen sitt) 4
3.0 Bakgrunn/oppbygging 3.1 Turboladerens historie Det var den sveitsiske ingeniøren Dr. Alfred J. Buchi som utviklet den første eksosdrevne turboladeren. Den første prototypen av turbolader til dieselmotoren kom i 1915, men interessen for denne ideen var da liten. I 1920 utviklet General Electric en turbolader som satte høyderekord for fly. Turboladeren ble lite brukt under første verdenskrig, men i 30-40 årene startet utviklingen for fullt og General Electric utviklet en turbolader for militære fly som ble mye brukt på jager- og bombefly under andre verdenskrig. På slutten av 40 årene og begynnelsen av 50 årene jobbet firmaet Garrett hardt med utviklingen av små gassturbiner til motorer på 40-90 hk. De utviklet et fundament i metallhus, høyhastighets pakninger, radial inflow turbiner og sentrifugalkompressorer. Turbo-virksomheten til Garrett ble i 1957 utskilt fra gassturbinavdelingen på grunn av de kommersielle mulighetene for turbodiesel. Dette ble starten for AiResearch Industrial Divison for turboladerdesign og produksjon, som senere ble til Garrett Automotive. (Turboservice AS. Kilde nr. 1) 3.2 Bruksområde Turbolader blir veldig ofte brukt på motorer som går med jevnt turtall og belastning, for eksempel skipsmotorer og andre store motorer. Dette gjør det enklere å dimensjonere turboladeren for å få best mulig virkningsgrad. På skip har man ubegrenset med vann som kan kjøle luften som blir varmet opp av turboen. Turbolader og ladeluftkjøler blir nå brukt i biler, lastebiler, busser, traktorer, fly, båter, strømaggregat, stasjonære motorer, innen gruveindustri, byggeindustri og militært. (www.trimchip.com Kilde nr. 2) 5
3.3 Turboladerens virkemåte Turboladeren består av et turbinhjul og et kompressorhjul som er plassert i hvert sitt hus. Kompressorhjulet sitter på samme aksel som turbinhjulet og er i direkte forbindelse med hverandre. Eksosen som slippes ut fra sylindrene på varm side, kommer med høyt trykk og får turbinhjulet til å gå rundt. Dette gjør at kompressorhjulet som sitter på samme aksling på kald side, går rundt og suger luft gjennom sentrum av kompressorhuset fra luftfilteret. Denne luften komprimeres og presses inn i manifolden. Dermed får man mer luft inn i sylinderen og kan dermed ta ut mer hestekrefter ved å øke dieselmengden som tilsettes. (Syrjämäki, 1995. Kilde nr. 3) Figur 1. Viser oppbygningen av en turbolader. Hentet fra Bilforumet Kilde nr 4. Figur 2. Den røde pila viser eksosens vei gjennom eksosturbinen og den blå viser luftas vei gjennom kompressorhjulet. Hentet fra Turboservice Kilde nr 1. Fordeler med turbolader Renere forbrenning Effektøkning Redusere drivstofforbruket når forholdene mellom turbotrykket og drivstoffmengden er riktig innstilt 6
Rimeligere effektøkning en ved å øke motorvolumet til tilsvarende effekt Man får en lettere traktor i forhold til motorstørrelse, som gir mindre jordpakking En standard turbolader er selvregulerende med tanke på ladetrykk Ladetrykket kan styres med wastegateventil Ulemper med turbolader Mer slitasje på motoren som gir større sjanse for motorhavari Høyere varme og mer trykk på topplokk, stempler og toppakning Setter større krav til smøring, kjøling og olje Større belastning på drivverk og transmisjon Trenger mye luft, veldig viktig at luftfilteret er reint og at det byttes ofte Etter hard belastning bør turboladeren kjøles ned ved å kjøre motoren litt på tomgang før stans på grunn av den høye hastigheten til akslingen med kompressor- og turbinhjul da den ikke får smøring når motoren ikke går (Mykleseth Hanssen og Kjellås, 2007. Kilde nr. 5) 3.4 Ladeluftkjøler Turboladeren høyner temperaturen på innsugningslufta under kompresjonen, denne økningen er noe man helst vil unngå. Ved å velge en turbolader som har så høy virkningsgrad som mulig kan man holde temperaturøkningen til et minimum, men man er også tvunget til å gjøre rett valg med tanke på størrelsen på turboladeren slik at turbinen arbeider i det område der den er mest effektiv. Det vil uansett skje en temperaturøkning og man kan da montere en ladeluftkjøler for å minske denne. Ladeluftkjøleren har som oppgave å fjerne temperaturøkningen som lufta får under kompresjonen. Fordi kald luft tar mindre plass enn varm luft får man tilført mer luft inn i forbrenningsrommet og får dermed mer effekt. Det er også flere fordeler, topplokkets temperatur vil også synke noe som gjør det sterkere og mer holdbart. 7
Fordeler Effektøkning Renere forbrenning Forlenger levetiden på motoren Mindre slitasje Senker temperaturen på innsugningslufta som igjen reduserer faren for skade på stempeltoppen på grunn av varme Ulemper Høyere krav til renhold av motoren Plasskrevende, særlig den væskekjølte Turbotrykket kan bli noe lavere ved lavt turtall på grunn av motstand i ladeluftkjøleren Flere deler, mer sårbar traktor, spesielt med den væskekjølt ladeluftkjøleren 3.4.1 Væskekjølt ladeluftkjøler Innsugningslufta blir kjølt ned når den passerer gjennom kjøleribbene til registeret som inneholder motorens egen kjølevæske. Temperaturen på kjølevæska er rundt 90, så man er avhengig av å få senket temperaturen på kjølevæska før det skal brukes til å kjøle ned innsugningsluftas temperatur. Dette gjøres ved at man leder noe av motorens kjølevæske ut fra bunn av radiatoren der væsken er kaldest, og inn i et adskilt system. Ei elektrisk eller mekanisk sirkulasjonspumpe sender den avledet kjølevæska gjennom et væske-til-luft registeret som er plassert foran på kjøretøyets radiator. Her vil fartsvind og motorens kjølevifte sørge for at det oppstår en luftstrøm gjennom registerets kjøleribber. Denne luftstrømmen kjøler registeret som igjen senker temperaturen på kjølevæska, og sirkulerer den videre opp til kjøleregisteret for innsugingslufta. Deretter returneres kjølevæska tilbake til motorens kretsløp via toppen på radiatoren for nedkjøling. (Mykleseth Hanssen og Kjellås, 2007 Kilde nr. 5) 3.4.2 Luftkjølt ladeluftkjøler. Det mest vanlige er ladeluftkjøler av typen luft 8
til luft. Der den komprimerte og oppvarma lufta fra turboen går gjennom en radiator der lufta blir kjølt ned av fartsvinden og kjølevifta, på samme måte som en radiator fungerer når den kjøler vannet. Deretter går lufta videre inn i innsugningsmanifolden der den blir komprimert i forbrenningsrommet. Avhengig av utførelse og plassering klarer en ladeluftkjøler å fjerne mellom 50-80 % av temperaturøkningen som luften har fått gjennom komprimeringen. På motorer med høyt turbotrykk er det essensielt med ladeluftkjøler, mens man på motorer med moderat turbotrykk kan greie seg uten. Ladeluftkjøler er likevel alltid en fordel, så sant motoren har turbo. (www.trimchip.com Kilde nr. 2) 3.5 Bestilling og leveranse av deler Etter en del mail og telefonkontakt med ulike produsenter og forhandlere fant vi et Eik Senter som hadde en kjøler som skulle være bolt on. Denne ble innkjøpt etter samråd med veileder og ble fraktet til Blæstad. Rør og slanger ble kjøpt på lokale butikker i Hamarområdet. 3.6 Kostnader og kjøp Den luftkjølte ladeluftkjøleren ble kjøpt hos Eik Senteret på Oppdal. De hadde den på lager så den ble hold av til vi fikk hentet den. Den væskekjølte ladeluftkjøleren hadde skolen fra hovedprosjektet Ettermarkedsmontering av turbolader og ladeluftkjøler på Massey Ferguson 3060 traktor i fjor. Turboladeren og den væskekjølte ladeluftkjøleren ble kjøpt hos Traktor & Maskindeler Sør AS. Disse ble levert som komplette sett. Vi prøvde å bruke mest mulig av de slangene og rørene fra den væskekjølte ladeluftkjøleren når vi monterte den luftkjølte. Men noe måtte kjøpes. Produkt Pris (eks mva.) Luftkjølt ladeluftkjøler 6 000,- (7 500,- veiledende pris) Væskekjølt ladeluftkjøler (komplett sett) 6 500,- (9 500,- veiledende pris) Turbolader (komplett turbosats) 13 500,- Slanger og rør 350,- 9
Eik Senteret tar egentlig 1000 kr for hver effektmåling, men ettersom de hadde en stand på Blæstad i forbindelse med besøk av elever fra videregående skoler, hadde de med seg et dynamometer. De var så snille å låne oss det til en rimelig pris, dermed fikk vi kjørt mange tester og sparte en del penger. På grunn av skolens gode kontakt med Eik fikk vi også låne dynamometeret til senere tester som trengtes ved målinger med magnet. 4.0 Montering 4.1 Væskekjølt ladeluftkjøler Ladeluftkjøleren er beregnet for New Holland modell: 8360,8560,M135,M160,TM125, TM135,TM150 og TM165, men den passer også til prosjektets traktor. Ettersom den væskekjølte ladeluftkjøleren har vært montert før var brakettene til luftkjølerelementet, kjølevæskeelementet, slanger, rør og bend allerede tilpasset. Luftkjølerelemementet er plassert på noen braketter på ramma som panseret sitter på, nærmest frontruta. Kjølevæskeelementet ble festet foran øverst på radiatoren. Ladeluftkjøleren er plassert med en provisorisk løsning så man får ikke på panseret. Det ville vært en omfattende jobb å bygge om festebraketter, kople om slanger og rør slik at den skal være permanent. Men det er fullt mulig. Figur 4. Viser kjølevæskeelementet Figur 5. Viser luftkjølerelementet Etter å ha plassert luft- og væskeelementene, monterte vi sirkulasjonspumpa, slanger, rør og bend. Slangene til væskekjøleren foran radiatoren og til luftkjøleren over panseret er koplet til traktorens radiatorslanger med T-stykker. 10
4.2 Luftkjølt ladeluftkjøler. Figur 6. Viser ferdig montert Kjøleren var enkel og grei å få væskekjølt plassert foran ladeluftkjøler radiatoren uten noen problemer. Der ble den skrudd fast i de originale hullene i radiatorramma. Da vi skulle starte med rørlegginga måtte vi ta mål og finne ut hva vi trengte av rør, bend og slanger slik at vi kunne kjøpe det vi manglet. Montering av denne kjøleren ble gjort provisorisk da vi vil se om det blir noen merkbar effekt av den før den eventuelt senere blir tilpasset for fast montering. Rørene ble lagt på enkleste måte, da ble de stikkende ut til høyre for motoren, men dette har ingen betydning under våre tester da de ikke var i veien for noe. Dersom det blir aktuelt å ha den permanent, er det en grei jobb å gjøre dette. Rørene må legges innenfor panseret slik at panser og sidedeksler kan settes på igjen. Det må sages et hull i plata over radiatoren så røret kan trekkes gjennom og mot innsugningsmanifolden. Det trengs noen flere bend, men det har de fleste som forhandler turboutstyr. 11
Figur 7. Viser ferdig montert luftkjølt ladeluftkjøler. 5.0 Effekttesting 5.1 Framgangsmåte Effekttesting ble gjennomført med både skolens og Eik Senteret sitt dynamometer. Alle testene ble utført på Blæstad. Eik hadde stand på skolen der de viste fram effekttesting av en Fendt 716. De var villige til å låne bort dynamometeret (Sigma4) på ettermiddagen så vi fikk tatt de testene vi trengte, vi fikk også låne det flere ganger under prosjektet. Massey Ferguson ble testet med kun turbolader, væskekjølt- og luftkjølt ladeluftkjøler, i tillegg ble den testet med magnet. John Deere n ble kun testet med og uten magnet. Vi var nøye med at forholdene skulle være like for testene vi skulle sammenlikne, og testene ble utført både inne og ute. Testene som ble tatt inne gjorde vi i servicehallen, der vi varmet opp for å få best utnytting av ladeluftkjøleren. Det ble mye eksos, så vi brukte både avsuget som er i taket på servicehallen og i tillegg et mobilt avsug som vi fikk bygd opp slik at avsugsrøret kom unna eksospotta. Dette måtte gjøres på grunn av at eksosen ble veldig varm ved maks belastning. Den største utfordringen var da vi skulle bruke skolens dynamometer inne, da måtte vi være i rommet hele tiden under testing. Med dynamometeret Sigma4 var dette bedre på grunn av kontrollboksens lange ledning, dermed kunne man ta den med seg og stå utenfor døra å styre hele testen. 12
Figur 8. Effekttesting ute med dynamometer (Sigma4) til Eik senteret Alle resultater er målt på traktorens kraftuttak og er oppgitt i hestekrefter. For å finne effekt i motor anslås det å legge til ca. 10 %. 5.2 Antall tester på MF Med skolens dynamometer Utstyr Inne Ute Antall tester totalt Kun turbolader 3 6 9 Luftkjølt ladeluftkjøler 3 7 10 Væskekjølt ladeluftkjøler 3 6 9 Med Eik Senterets dynamometer Utstyr Inne Ute Antall tester totalt Kun turbolader 2 2 4 Luftkjølt ladeluftkjøler 2 6 8 Væskekjølt ladeluftkjøler 2 2 4 5.3 Temperatur under testing 13
Skolens dynamometer: utetemperatur på -6 C og innetemperatur på 20 C Eik Senterets dynamometer: utetemperatur på 2 C og innetemperatur på 20 C 6.0 Dynamometer 6.1 Skolens dynamometer Blæstad har en bremsebenk som brukes til undervisning der man kan sjekke effekten til forskjellige traktorer. Denne er gammel og blir litt i minste laget for dagens traktorer. Vi fikk derfor ikke kjørt traktoren til full effekt på grunn av benkens begrensning. Vi valgte da å kjøre test med motorturtall på 1200, 1600 og 2230 o/min og med en maks belastning på 1100N, da vi mente bremsen ville ta skade av hardere belastning. Bremsen koples til traktorens kraftoverføringsaksel, denne aktiveres og vi setter motoren på ønsket turtall. Deretter dreier man på et hjul som strammer bremsebåndene rundt bremseskiva. På dynamometret vil vi kunne registrere den motkraften som skal til for å hindre at bremsen dreier rundt. Dette er en indirekte registrering av torsjonsmomentet. For enkelhets skyld måles det på en 1m arm. Avlest kraft i Newton vil tallmessig være lik torsjonsmomentet. Motstanden ser vi på en fjærvekt som viser antall Newton bremsen belastes med. Så måler vi farten på kraftoverføringsakselen med et pto o/min måleinstrument. Disse tallene la vi så inn i et Excel-program som regner ut moment og kilowatt fra testen, og setter opp kurvene for dette. 14
Figur 9. Hentet fra Mangerud, 1990. Kilde nr 7. a) kraftuttaksakselen e) reguleringsskrue b) bremseskive f) vektarm c) bremseklosser g) fjærvekt d) bremseband Bremsebenken blir veldig varm under bruk, og må derfor avkjøles. Dette gjøres ved at bremsebåndene som strammer på akslingen kjøles ned av et oljebad. Men oljen blir også varm og må igjen kjøles av kaldt vann som sirkulerer i rør gjennom oljen og renner ut til avløp. Som tidligere nevnt kunne vi ikke kjøre på full kraft på bremsen, derfor starter egentlig momentet og effekten å ta av der vi måtte slutte å bremse. Derfor er vi avhengige av å teste med en bremsebenk som er beregnet for større traktorer enn skolens for å se hele effektkurven. Men de testene vi har gjort kan sammenliknes i det lave effektområdet, da vi har tatt flere tester med hvert turtall både med turbolader og med begge ladeluftkjølerne. (Mangerud, 1990 Kilde nr. 7) 6.1.1 Resultater fra skolens dynamometer På de fire grafene vises regulatorkurven på Massey Ferguson. 70,0 Alle målinger 1600 o/min, -6 Grafen til venstre viser regulatorkurven opp til rundt 62 hk. 60,0 50,0 hk 40,0 30,0 Med kun turbolader Væskekjølt ladeluftkjøler Luftkjølt ladeluftkjøler 20,0 10,0 0,0 1500 1520 1540 1560 1580 1600 1620 Omdreininger 15
350 Alle målinger 1600 o/min, -6 Grafen til venstre viser regulatorkurven opp til rundt 310 Nm 300 250 Nm 200 150 Med kun turbolader Væskekjølt ladeluftkjøler Luftkjølt ladeluftkjøler 100 50 0 1500 1520 1540 1560 1580 1600 1620 Omdreininger 70 60 50 Alle målinger 1600 o/min, 20 Grafen til venstre viser regulatorkurven opp til rundt 62 hk. hk 40 30 20 Alle målinger 1600 o/min, 20 10 350 0 300 1500 1520 1540 1560 1580 1600 1620 250 Omdreininger Med kun turbolader Væskekjølt ladeluftkjøler Luftkjølt ladeluftkjøler Nm 200 150 Med kun turbolader Væskekjølt ladeluftkjøler Luftkjølt ladeluftkjøler 100 50 0 1500 1520 1540 1560 1580 1600 1620 Omdreininger 16
Grafen til venstre viser regulatorkurven opp til rundt 290 Nm Av grafene kan man lese at det blir en liten økning på moment når det er kaldere i lufta. Med ladeluftkjøler ligger effekten litt høyere i forhold til å kjøre med kun turbolader når vi tester inne i 20 C sammenlignet med ute. Denne sammenlikningen er lettere å se på ved målinger gjort med Sigma4 dynamometer. 6.2 Froment Sigma4 Dynamometeret som Eik Senteret hadde med seg var av typen Froment Sigma4 og er en mobil bremsebenk som sitter på hjulgang og enkelt kan fraktes omkring. Sigma4 er veldig enkel i bruk, og kan kjøres manuelt eller automatisk ved testing. Før vi tok første testen måtte både traktor og benk kjøres litt varme, dette ble gjort ved å sette på belastning på benken manuelt et par ganger. Deretter var det klart for å kjøre en full test og det var bare å sette traktor på fullt turtall og trykke på automatisk test på displayet på kontrollboksen. Denne testen tar omtrent tre minutter og resultatet kan skrives ut. 17
Figur 10. Bremsing inne i servicehall. Figur 11. Styringsboks til Sigma4 dynamometer Kilde nr 8 6.2.1 Resultat med Sigma4 dynamometer Massey Ferguson 18
Alle målinger fra EIK, ute ved 2 hk, kun turbo hk, væskekjølt hk, luftkjølt 100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 hk 804 898 1002 1100 1198 1298 1400 1498 1600 1698 1800 1900 2000 2100 2200 2246 Omdreininger Alle målinger fra EIK, ute ved 2 30,0 20,0 10,0 0,0 400,0 350,0 300,0 Nm, kun turbo Nm, væskekjølt Nm, luf tkjølt 250,0 200,0 150,0 Nm 804 898 1002 1100 1198 1298 1400 1498 1600 1698 1800 1900 2000 2100 2200 2246 Omdreininger Vi ser her at det er ingen merkbar effektøkning med ladeluftkjøler ved kjøring når det er 2 C, men man får en ørliten økning på 1,1hk og 9,0Nm i momentet. 100,0 50,0 0,0 19
Alle målinger fra EIK inne ved 20 90,0 80,0 70,0 hk, kun turbo hk, væskekjølt hk, luftkjølt 60,0 50,0 40,0 hk 789 804 904 996 1102 1200 1302 1400 1500 1600 1700 1798 1900 1998 2102 2200 2218 Omdreininger Alle målinger fra EIK ved 20 30,0 20,0 10,0 0,0 400,0 350,0 300,0 250,0 Nm, kun turbo 200,0 Nm Nm, væskekjølt Nm, luftkjølt 789 804 904 996 1102 1200 1302 1400 1500 1600 1700 1798 1900 1998 2102 2200 2218 Omdreininger Vi ser her at det er en liten, men ikke merkbar effektøkning med ladeluftkjøler ved kjøring når det er 20 C, og man får en ørliten økning på 1,5hk og 16,0 Nm i momentet. Dersom man sammenligner resultatene ute og inne blir det en forandring på 6,5hk/22,5Nm. 150,0 100,0 50,0 0,0 20
7.0 Temperaturmåling av innsugningsluft Det er av stor interesse å se hvor mye og hvilken av ladeluftkjølere som klarer å senke temperaturen på innsugningslufta mest. Vi tok målinger når vi belastet traktoren med skolens og med Eik sitt dynamometer. Det er om våren/sommeren/høsten man har mest utnyttelse av en ladeluftkjøler. For eksempel når man driver med våronna, da det er varmt i været og traktoren jobber hardt. Så for å få mest relevante tester i tillegg til målingene ute, kjørte vi traktoren inn i servicehallen som var varmet opp til 20 C. 7.1 Utstyr og utførelse Vi brukte et elektronisk termometer med to ledninger der vi målte temperaturen på lufta rett etter turboladeren og etter ladeluftkjøleren samtidig. Dette ble gjort ved at vi lagde et hull i slangen som sitter på turboladeren og et hull i slangen som sitter på innsugningsmanifolden der ledningene ble stukket inn. Figur 12. Viser hvordan målinger av temperaturen ble gjort. Her tester vi den væskekjølte ladeluftkjøleren 21
7.2 Resultater Med skolen dynamometer, test inne Utstyr Belastning på dynamometeret Temperatur i testrommet Lufttemperatur innsugningsluft Lufttemperatur mellom turbolader og ladeluftkjøler Kun turbolader 800N 20C 80 C 1000N 20C 83 C Væskekjølt 800N 20C 44 C 86 C ladeluftkjøler 1000N 20C 43 C 87 C Luftkjølt 800N 20C 35 C 87 C ladeluftkjøler 1000N 20C 37 C 91 C Med dynamometeret fra Eik, test ute. Utstyr Utetemperatur Lufttemperatur innsugingsluft Lufttemperatur mellom turbolader og ladeluftkjøler Kun turbolader 2 C 63 C Væskekjølt 2 C 23 C 65 C ladeluftkjøler Luftkjølt ladeluftkjøler 2 C 20 C 64 C Med dynamometeret til Eik, test inne. Utstyr Temperatur i testrommet Lufttemperatur innsugningsluft Lufttemperatur mellom turbolader og ladeluftkjøler Kun turbolader 21 C 100 C Væskekjølt ladeluftkjøler 21 C 45 C 102 C Luftkjølt ladeluftkjøler 21C 48 C 102 C Vi ser at begge ladeluftkjølerne kjøler ned lufta så godt som likt. På det meste blir lufta kjølt fra 102 C til 45 C altså 57 C. 22
8.0 Turbotrykkmålinger Ettersom vi ikke fikk noe særlig effekt ut av ladeluftkjølerne var det mange som mente at vi måtte skru opp turbotrykket for å få noe effekt av kjølerne. Det var også interessant å se på trykktapet av ladeluftkjølerne. Vi målte turbotrykket etter turboen ved å sette på et T- stykke på wastegateslangen og koplet til en trykkmåler. Her tok vi målinger kun med turbolader, væskekjølt- og luftkjølt ladeluftkjøler. Disse målingene tok vi uten å belaste traktoren. Massey Ferguson Motorturtall Trykk i bar ( Pa) Trykk i bar ( Pa) Trykk i bar ( Pa) o/min Væskekjølt Luftkjølt Kun turbolader ladeluftkjøler ladeluftkjøler Test 1 Test 2 Test 1 Test 2 Test1 Test 2 800 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 1000 0,02 0,02 0,04 0,04 0,04 0,05 1200 0,05 0,06 0,08 0,08 0,09 0,10 1400 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,13 1600 0,15 0,15 0,19 0,19 0,19 0,20 1800 0,25 0,25 0,30 0,29 0,28 0,29 2000 0,35 0,35 0,35 0,35 0,36 0,36 2230 (maks turtall) 0,45 0,45 0,45 0,45 0,48 0,48 Som vi ser er trykket ganske likt med eller uten ladeluftkjøler når man måler på wastegateslangen. Det var litt høyere med bare turbolader, men ikke noe merkbart. Figur 13. Viser turbotrykkmåler. Figur 14. Viser hvordan vi målte turbotrykket på wastegateslangen. 23
8.1 Trykkfall på den luftkjølte ladeluftkjøleren. Vi tok målinger på røret rett før og rett etter den luftkjølte ladeluftkjøleren. I tillegg tok vi nye målinger på wastegateslangen. Massey Ferguson Motorturtall Trykk i bar ( Pa) på Trykk i bar ( Pa) på Trykk i bar ( Pa) o/min røret før den luftkjølte ladeluftkjøler røret etter den luftkjølte ladeluftkjøler på wastegateslangen med luftkjølt ladeluftkjøler Test 1 Test 2 Test 1 Test 2 Test 800 0,01 0,01 0 0 0,01 1000 0,05 0,05 0,04 0,04 0,04 1200 0,08 0,08 0,06 0,06 0,08 1400 0,12 0,14 0,10 0,10 0,12 1600 0,20 0,19 0,16 0,19 0,18 1800 0,26 0,28 0,22 0,24 0,23 2000 0,39 0,35 0,34 0,30 0,33 2230 (maks) 0,50 0,50 0,45 0,45 0,45 Her ser vi at turbotrykket faller ved kjøring med maks turtall ifra 0,50 bar til 0,45 bar altså 0,05 bar når lufta går igjennom ladeluftkjøleren. Figur 15. Viser hvordan vi målte turbotrykket etter den luftkjølte ladeluftkjøleren. 24
8.2 Turbotrykk 8.2.1 Justering av turbotrykk Vi justerte opp turbotrykket, dette gjøres med å justere på ei trykkfjær som styrer wastegaten. En wastegate er en trinnløs ventil som slipper eksos forbi turboladeren. Denne ventilen blir åpnet og lukket avhengig av turbotrykket. (Wikipedia, oppslagsverk. Kilde nr. 9) Figur 16. Viser oppbygningen av en turbolader med wastegateventil. Wikipedia, oppslagsverk. Kilde nr 9 Wastegateventilen begrenser maks ladetrykk ved å slippe eksosgassene ut før de når turbinhjulet, og sørger derved for å begrense turtallet på dette. Dermed reguleres også maks ladetrykk. Mekanismen som sørger for dette, styres av ladelufttrykket. Aktiveringsmekanismen på tegningen er i de fleste tilfeller utstyrt med en regulerbar fjær, som bestemmer åpningstrykket. Strammes denne vil turbotrykket øke, og dermed også motoreffekten. Justeres denne for mye risikerer du i beste fall en blåst toppakning, i verste fall et alvorlig motorhavari. (Jahan Narui, 2004 Kilde nr. 10) 8.2.2 Effekten av å justere opp turbotrykket. Vi målte effekten på traktoren med Sigma4 dynamometeret. Testene ble tatt med den væskekjølte ladeluftkjøler inne i servicehallen ved 20 C. For hver test ble fjæra strammet en runde. Turbotrykket ble målt på wastegateslangen. Vi ser i tabellen at dette ga liten effekt. Test Turbotrykk (bar) uten belastning med maks turtall Turbotrykk (bar) med belastning med maks turtall Effekt på kraftuttaket 1000 o/min (2230 o/min) (2230 o/min) 1 0,45 0,60 86,2 hk 25
2 0,55 0,65 87,5 hk 3 0,55 0,75 88,0 hk 9.0 Magneter Vi fikk en økning på 1,8hk da vi skrudde opp turbotrykket med 0,15 bar med full belastning. Disse består av sterke magneter der den ene skal monteres på drivstofftilførselen og den andre på lufttilførselslangen før forbrenning. Denne magnetismen skal påvirke molekylstrukturen i drivstoffet og forbrenningsluften positivt, og dermed gi en mer effektiv forbrenning. Det finnes flere ulike typer og produsenter av slike magneter. To av de er Magnetizer og AutoMec, den vi har brukt er sistnevnte. Denne teknologien skal ifølge produsentene gi en sterk reduksjon i partikkelutslipp, noe som betyr at olje, eksossystem og motor blir renere. Motoren skal også gå lettere og få mindre slitasje etter installasjon av slike magneter. Dette skal ifølge de to produsentene gi disse fordelene: Magnetizer Redusert drivstofforbruket med 8-10 % Reduserer farlige avgassutslipp med 50-99 % Fullstendig forbrenning Økt motoreffekt Enheten krever ingen annen energikilde Enkel installasjon uten inngrep i motoren (Magnetizer. Kilde nr. 11) Figur 18. Magneter montert i motorrom. Hentet fra Magnetizer. Kilde nr 11 Magnetic Emission Control AS Mer dreiemoment og effekt på lave turtall Lavere drivstofforbruk (min. 5 %) Mindre soting og partikkelutslipp (20-80 %) Redusert CO2 og NOx utslipp 26
Renere forbrenningsområde og olje Raskere og jevnere gassrespons Figur 19. Magneter (Magnetic Emission Control AS. Kilde nr. 12) montert på luftslange. Hentet fra Magnetic 9.1 Montering og gjennomføring Emission Control AS. Kilde nr 12 Magneten ble montert av en ansatt fra AutoMec, denne monteringen var meget enkel. Magnetene ble festet til drivstoffrør og luftinnsugningslangen med strips. Den eneste utfordringen var å finne hvor på slangene det var størst luftgjennomstrømning, slik at magnetene får god kontakt med lufta. Magnetene skulle helst monteres på gummislanger/rør, så de ikke skulle bli forstyrret, derfor ble de testet på forskjellige steder til det beste stedet ble funnet. Deretter gjennomførte vi alle de testene vi trengte for å sammenlikne med tidligere resultater. 9.2 Resultat 450 Målinger MF 3060, med og uten magnet hk Nm 400 350 300 250 200 15 0 10 0 50 Uten magnet Med magnet Uten magnet Med magnet 0 700 1000 1300 1600 1900 2200 Omdreininger 27
Målinger JD 3050, med og uten magnet 550 hk Nm 500 450 400 350 300 250 200 15 0 10 0 50 Uten magnet Med magnet Uten magnet Med magnet 0 700 1000 1300 1600 1900 2200 Omdreininger Vi kan ikke se at det er noen endringer i verken effekten eller dreiemomentet i de to traktorene. Dette kan ha noe å gjøre med at magnetene nettopp er montert, og at de trenger en innkjøringsperiode for å rense motoren før de får full effekt. 9.3 Kostnader AutoMEC Priser NOK AutoMEC Motorvolum Utsalgspris NOK 01 (Grønn) Til 2,5-3 liter 1.500 02 (Rød) 3 til 6 liter 2.500 03 (Blå) 6 til 12 liter 3.500 04 (Gul 3+3+2) Over 12 liter 4.500 Alle priser er eksklusive mva. Montering og avgassmåling kr. 300,- + mva. Avgassmåling kr. 300,- + mva. Etter å ha vært i kontakt med MEC, sendte markedssjef Tor Vidar Lunde oss en prisliste på de forskjellige magnetene. Lunde, 2008. Kilde nr 12 28
10.0 Drivstofforbruk En annen del av hovedoppgaven var å finne ut om montering av de forskjellige ladeluftkjølerne hadde noen innvirkning på dieselforbruket. Det er kjent at turbolader og ladeluftkjøler senker avgass og drivstofforbruket, men det vi vil finne ut er om det er noen forskjell mellom væskekjølt- og luftkjølt ladeluftkjøler i forhold til å kjøre kun med turbolader. Vi ville også finne ut om det å montere magneter på dieseltilførselen hadde noen innvirkning på forbruket. For å kunne finne drivstofforbruket på traktoren må vi belaste motoren og koplet den derfor opp til skolens bremsebenk igjen. For å få riktige målinger måtte vi ta mange tester og under flere forskjellige belastninger. Turtallet ble satt til 1600 og 2230 o/min, og bremset opp til 1000 N slik vi gjorde for å finne effekten. For å finne ut hvor mye diesel som ble brukt måtte dieselsystemet koples om, dieseltilførselen fra tanken ble koplet fra og koplet den innpå en 20-liters kanne. Dynamometeret ble belastet med 100 Newton for hver måling, og tok tiden for hvor lenge traktoren brukte på å forbrenne 200 gram diesel og la det inn i Excelprogrammet. Alle data fra testene har vi satt sammen og sammenligna opp mot hverandre. Disse tallene brukte vi til å sette opp grafer over forbruket som vi kan se eksempel på neste side. Figur 17. Viser den midlertidige dieseltanken vi brukte, denne stod på en vekt under måling. 29
10.1 Massey Ferguson 3060 10.1.1 Sammenligning av dieselforbruk. Dieselmålinger 1600 o/min, ved -1 12,0 l/time 9,0 6,0 Væskekjølt Luftkjølt Kun turbo 3,0 0,0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Belastning, N Dieselmålinger 2230 o/min, ved -1 21,0 18,0 15,0 l/time 12,0 9,0 Væskekjølt Luftkjølt Kun turbo 6,0 3,0 0,0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Belastning, N I disse to diagrammene kjøres motor med begge ladeluftkjølerne ved fullt gasspådrag. Her ser vi at det er en minimal forskjell på væskekjølt- og luftkjølt ladeluftkjøler. Men man ser at grafen for kun turbolader ligger litt høyere ved maks turtall, bruker altså litt mindre drivstoff med ladeluftkjøler. Dermed vil det si at det er lite å tjene/tape på det å montere en slik kjøler, med tanke på drivstofforbruket. 30
10.1.2 Sammenligning av dieselmåler i traktor med egne målinger En annen ting vi ville finne ut var om drivstofforbruksmåleren som sitter i traktorens Datatronicenhet stemmer overens med de målingene vi har funnet gjennom testing. Drivstoff l/time, kun turbolader ved 2230 o/min Drivstoff l/time, luftkjølt ladeluftkjøler ved 2230 o/min N Datatronic Egen måling N Datatronic Egen måling 100 7,7 6,8 100 7,0 6,9 200 8,2 8,2 200 7,9 8,0 300 9,4 9,2 300 9,2 9,0 400 10,5 10,6 400 10,3 10,1 500 11,7 11,7 500 11,5 11,6 600 12,8 12,8 600 12,8 12,4 700 13,7 14,0 700 13,9 13,6 800 15,5 14,5 800 15,3 15,0 900 17,1 17,4 900 16,5 16,1 1000 18,3 18,9 1000 17,9 18,1 Etter sammenlikning med våre tall og tallene vi fikk fra instrumentet i traktoren slik vi ser i tabellene ovenfor, fant vi ut at disse er tilnærmet like. Det vil si at forbruksmåleren i traktoren stemmer bra og vi bruker derfor tallene fra Datatronicen fremover i senere målinger. 10.1.3 Målinger med og uten magnet på skolens dynamometer l/time 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Dieselforbruk MF 3060 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Belastning, N Uten magnet Med magnet Drivstoff l/time, luftkjølt ladeluftkjøler ved 2230 o/min Uten magnet Med magnet N Datatronic Datatronic 100 7,0 7,5 200 7,9 8,6 300 9,2 9,8 400 10,3 10,9 500 11,5 12,4 600 12,8 13,5 700 13,9 14,8 800 15,3 16,2 900 16,5 17,4 1000 17,9 18,9 Som vi ser etter disse målingene er det ingen forbedring i dieselforbruket, det har heller gått andre veien og bruker litt mer diesel. Dette kan ha med at magnetene trenger en tilvenningsperiode før de får den effekten de er lovet. Vi fikk derfor beskjed om å bruke traktorene mye i våronna og deretter teste den igjen. Det kan også ha noe å si hvor heldig montøren har vært med å finne den rette plassen til magnetene. 31
10.2 John Deere 3050 12 10.2.1 Målinger med og uten magnet på skolens dynamometer Dieselforbruk JD 3050 Drivstoff l/time, kun turbolader ved 1500 o/min l/time 10 8 6 4 2 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 Uten magnet Belastning, N Med magnet Uten magnet Med magnet N Egen måling Egen måling 100 3,74 3,61 200 4,52 3,98 300 5,29 5,04 400 5,86 5,56 500 6,38 6,78 600 7,48 7,23 700 8,34 8,03 800 9,23 8,42 900 9,43 8,59 1000 10,58 9,43 1100 11,88 10,45 1200 12,22 11,12 På denne traktoren fikk vi en forbedring i forbruket. Ved en belastning på 1000N bruker den 1,15 liter diesel per time mindre enn ved å kjøre uten magneter. Dette er bra med tanke på at magnetene ikke har stått på lengre enn et par timer. Ved å teste forbruket ved en senere anledning kan dette ha forbedret seg ytterligere da magnetene har fått kjørt seg skikkelig inn. 32
11.0 Røykgassmålinger En røykgassmåler er utviklet for å oppfylle internasjonale røykgasskrav. Denne måler røykgassen (PM) som eksosen inneholder. Vi testet traktoren på forskjellige måter. Med bare turbolader, med ladeluftkjøler og med magneter. Disse alternativene testet vi på flere forskjellige måter. Kald motor, varm motor, med belastning og på forskjellige turtall. Vi så også på om det ga noen forskjeller på tidspunktet vi satte målekammerets pistol oppi eksosrøret. Før test måtte ladekammeret varmes opp til 90 C i basestasjonen, så fulgte vi fremgangsmåten fra displayet. Deretter startet nedtellingen, og vi satte pistolen oppi eksosrøret både før og under nedtelling. Resultatet ble skrevet ut ved basestasjon. Figur 20. Viser røykgassmåler. Bildet er henta fra Würth. Kilde nr 13. 11.1 Kostnad Prisen på røykgassutstyret var kr 35 000,- 11.2 Utførsel Testene ble tatt med skolens og med Eik sitt dynamometer, med temperatur under alle målingene på 4 C. Vi tok flere målinger med lik belastning på hver test for å sammenlikne. Testnumrene i røykgasstabellene er lagt opp slik at resultatene fra skolens og Eik sitt dynamometer kan sammenliknes hver for seg. 33
11.3 Massey Ferguson 3060 uten magnet 11.3.1 Med luftkjølt ladeluftkjøler Med skolens dynamometer. Test Beskrivelse Motorturtall o/min RPM kraftuttak o/min Belastning (N) Effekt (hk) Røykgass (PM) 1 Kald motor Fullt gasspådrag 0 1,97 2 Varm motor Fullt gasspådrag 0 0,76 3 Varm motor 1200 287 1000 39,4 0,34 4 Varm motor 1200 277 1200 46,2 0,90 5 Varm motor 1600 412 1000 58,4 0,60 6 Varm motor 1600 408 1200 68,0 1,12 7 Varm motor 2230 607 1000 84,3 0,17 8 Varm motor 2230 581 1200 97,2 0,33 9 Varm motor Fullt gasspådrag 400 1,11 10 Varm motor Fullt gasspådrag 600 1,31 Med Eiks dynamometer. Test Beskrivelse Motorturtall o/min Belastning (kw) Røykgass (PM) 1 Varm motor Fullt gasspådrag 30 0,12 2 Varm motor Fullt gasspådrag 30 0,10 3 Varm motor Fullt gasspådrag 60 0,12 4 Varm motor Fullt gasspådrag 60 0,19 Gjennomsnitt Røykgass (PM) 0,11 0,16 34
11.3.2 Kun turbolader Med skolens dynamometer. Test Beskrivelse Motorturtall o/min Belastning (N) Røykgass (PM) 1 Kald motor Fullt gasspådrag 1,83 2 Varm motor Fullt gasspådrag 0,85 3 Varm motor Fullt gasspådrag 400 1,15 4 Varm motor Fullt gasspådrag 600 1,29 Vi tok ikke flere målinger med kun turbolader, fordi vi ikke fant noen særskilt forskjell på røykgassen med og uten ladeluftkjøler. 11.4 Massey Ferguson 3060 med magnet 11.4.1 Med luftkjølt ladeluftkjøler Med skolens dynamometer. Test Beskrivelse Motorturtall o/min RPM kraftuttak o/min Belastning (N) Effekt (hk) Røykgass (PM) Gjennom- 2 Varm motor Fullt gasspådrag 0 0,52/0,63 0,57 3 Varm motor 1200 287 1000 39,4 0,31 0,31 4 Varm motor 1200 277 1200 46,2 0,63 0,63 5 Varm motor 1600 412 1000 58,4 0,16/0,12 0,14 6 Varm motor 1600 408 1200 68,0 0,13/0,16 0,14 7 Varm motor 2230 607 1000 84,3 0,16 0,16 8 Varm motor 2230 581 1200 97,2 0,29 0,29 snitt 35
Med Eik sitt dynamometer. Test Beskrivelse Motorturtall o/min Belastning (kw) Røykgass (PM) 1 Varm motor Fullt gasspådrag 30 0,08 2 Varm motor Fullt gasspådrag 30 0,09 3 Varm motor Fullt gasspådrag 60 0,18 4 Varm motor Fullt gasspådrag 60 0,12 Gjennomsnitt Røykgass (PM) 0,085 0,15 11.4.2 Sammenligning Med skolens dynamometer Test Uten Med magnet magnet (PM) (PM) 2 0,76 0,57 3 0,34 0,31 4 0,90 0,63 5 0,60 0,14 6 1,12 0,14 7 0,17 0,16 8 0,33 0,29 Med Eik sitt dynamometer Test Uten Med magnet magnet (PM) (PM) 1 0,12 0,08 2 0,10 0,09 3 0,12 0,18 4 0,19 0,12 Når vi sammenligner røykgassen med og uten magnet er det vanskelig å si om det er bedre eller dårligere å kjøre med magnet ettersom denne traktoren har så ren forbrenning fra før. Vi ser at det har blitt en liten forbedring i røykgass etter montering av magneter, men det er ikke store forskjellen. 36
11.5 John Deere 3050 11.5.1 Før montering av magneter Med skolens dynamometer Test Beskrivelse Motorturtall o/min RPM kraftuttak Belastning (N) Effekt (hk) Røykgass (PM) o/min 1 Kald motor Fullt gasspådrag 0 2,95 2 Varm motor Fullt gasspådrag 0 2,10 3 Varm motor 1500 328 1000 46,2 2,08 4 Varm motor 1500 307 1200 51,7 3,43 5 Varm motor 2400 619 1000 87,0 1,10 6 Varm motor 2400 611 1200 102,0 1,46 7 Varm motor Fullt gasspådrag 300 6,01 8 Varm motor Fullt gasspådrag 400 6,26 Med Eik sitt dynamometer Test Beskrivelse Motorturtall o/min Belastning (kw) Røykgass (PM) 1 Varm motor Fullt gasspådrag 30 0,75 2 Varm motor Fullt gasspådrag 30 0,72 3 Varm motor Fullt gasspådrag 30 0,76 4 Varm motor Fullt gasspådrag 60 1,01 5 Varm motor Fullt gasspådrag 60 0,89 6 Varm motor Fullt gasspådrag 60 0,90 Gjennomsnitt Røykgass (PM) 0,74 0,93 37
11.5.2 Etter montering av magneter Med skolens dynamometer Test Beskrivelse Motorturtall o/min RPM kraftuttak o/min Belastning (N) Effekt (hk) Røykgass (PM) Gjennom snitt 1 Varm motor Fullt gasspådrag 0 2,10/2,25/ 2,23 2,35 2 Varm motor 1500 328 1000 46,2 2,00 2,00 3 Varm motor 1500 307 1200 51,7 3,34 3,34 4 Varm motor 2400 619 1000 87,0 0,90/0,92 0,91 5 Varm motor 2400 611 1200 102,0 0,92/0,94 0,93 Med Eik sitt dynamometer Test Beskrivelse Motorturtall o/min Belastning (kw) Røykgass (PM) 1 Varm motor Fullt gasspådrag 30 0,81 2 Varm motor Fullt gasspådrag 30 0,83 3 Varm motor Fullt gasspådrag 30 0,84 4 Varm motor Fullt gasspådrag 60 0,90 5 Varm motor Fullt gasspådrag 60 0,89 6 Varm motor Fullt gasspådrag 60 0,93 Gjennomsnitt Røykgass (PM) 0,82 0,90 11.5.3 Sammenligning Med skolens dynamometer Test Uten magnet Med magnet (PM) (PM) 1 2,10 2,23 2 2,08 2,00 3 3,43 3,34 4 1,10 0,91 5 1,46 0,93 Med Eik sitt dynamometer Test Uten magnet (PM) Med magnet (PM) 1 0,75 0,81 2 0,72 0,83 3 0,76 0,84 4 1,01 0,90 5 0,89 0,89 6 0,90 0,93 38
Når vi sammenligner røykgassen med og uten magnet på John Deere 3050, er det ikke lett å lese ut av tabellene at man får renere forbrenning ved å montere magnet ettersom det på noen målinger er mer, mens andre er det mindre røykgass. Vi ser at det ikke er noen store forbedringer med magnet. 11.6 Avgasskrav. Utslippskrav i Europa Utvikling av utslippskravene Gassutslipp NOx, HK og CO Partikkelutslipp målt ifølge ISO 8178 TIER 2 STAGE 2 TIER 1 EPA / EU STAGE 1 EPA / EU 1996/1999-2001 Konvensjonelt innsprøytningssystem med optimalisert justering Intercooler Innsprøytningstrykk 600-800 bar 2002-2004 Innsprøytningstrykk 800-1000 bar Nøyaktig innsprøytningsmengde og tidspunkt (EEM 2) <75 kw: mekanisk Bosch VE insprøytingspumpe >75 kw: Intercooler TIER 3 STAGE 3A EPA / EU 2006-2011 Innsprøytningstrykk ~ 1200 bar >75 kw: Common Rail FIE Elektronisk innsprøytning (EEM 3) Intercooler Nytt system for turbotilpasning (optimalisert ventilstyring ved innvendig resirkulering aveksosgasser) Grafene viser avgasskrav for diesel i Europa. Esa Puntila, 2006. Kilde nr 14. 12.0 Diskusjon 39
12.1 Tidligere utført arbeid Montering av turbolader og ladeluftkjøler er gjort i lengre tider. Det meste av kompetansen ligger hos de profesjonelle på markedet blant annet produsenter og de som har spesialisert seg på ettermontering. En av hensiktene i oppgaven vår var å fortsette på hovedprosjektet: Ettermarkedsmontering av turbolader og ladeluftkjøler på Massey Ferguson 3060 traktor. Problemstillingen på prosjektet gikk ut på å utføre det praktiske monteringsarbeidet med registrering av det tidsforbruket og de utfordringene som dukket opp underveis, samt å registrere effektøkning ved ulike steg i monteringen. Prosjektoppgaven hadde også til hensikt å kartlegge om det lar seg gjøre å ettermontere turbolader og ladeluftkjøler på brukte traktorer og om dette er funksjonelt og overkommelig for en legperson. Ønsket var å se hvilken effekt ettermonteringen har på en traktor som er utstyrt med sugemotor. Det ble målt effekt på motoren før og etter montering av turbolader og etter montering av ladeluftkjøler. Det ble også målt temperatur på innsugningslufta (Mykleseth Hanssen og Kjellås, 2007. Kilde nr. 5) Figur 21. Massey Ferguson 3060. Konedata. Kilde nr 15 12.1.1 Resultater av fjorårets hovedprosjekt 40
Ladeluftkjøleren har innvirkning på innsugningsluftas temperatur. (Ved effekttesting blir temperaturen senket med 37,5 C i forhold til lufta rett fra turboladeren) Liten effektøkning av å montere væskekjølt ladeluftkjøler. (Se tabell under) Ettermonteringen av turbolader ga betydelig effektøkning. (Se tabell under) Utstyr Maksimal t vrimome nt Maksim al effekt Utetemperat ur Lufttemperat ur innsugningslu ft Lufttemperat ur mellom turbolader og ladeluftkjøler Uten 316Nm 76hk -4 C 0 C turbolader i original utførsel Med 354Nm 83hk -6 C 65 C turbolader før justering av drivstoffmeng de Med 437Nm 105hk 10 C 74,5 C turbolader og oppjustert drivstoffmeng de Med 443Nm 107hk 10 C 42,5 C 80 C turbolader, ladeluftkjøler og oppjustert drivstoffmeng de Her ser vi temperaturen, maksimal effekt og dreiemoment ved effekttesting. 41
12.1.2 Våre resultater med turbolader og væskekjølt ladeluftkjøler Utstyr Maksimalt vrimoment Maksimal effekt Ute temperatur Lufttemperatur innsugningsluft Lufttemperatur mellom turbolader og ladeluftkjøler Med turbolader 360Nm 91,6 hk 2 C 63 C Med ladeluftkjøler 366Nm 93,0 hk 2 C 23 C 65 C Det er ikke så lett å sammenlikne våre resultater opp mot tall fra fjorårets oppgave. Dette på grunn av at de justerte opp drivstoffmengden så mye at motoren ikke tålte det. Da ble drivstoffmengden justert ned igjen til et sted mellom original og der de prøvde. 12.1.3 Andres erfaringer med turbolader og ladeluftkjøler John Deere 3050 1988-modell, gått 2500 timer 6 sylindret motor på 5,9 liter Opprinnelig effekt i motor var 92 hk Etter ombygging er effekten rundt 300 hk Denne 3050 blir kalt Ulv i hjorteklær eieren er Arild Aannø. 3050 blir nå bare brukt i traktorpulling, men før ble den brukt opptil 20 timer om dagen på grassmjølfabrikken på Ørland. Hva er gjort med John Deere n: 1989 ble traktoren bygd om med turbolader og oppjustert dieselmengde 2004 ble dieselpumpa stilt opp enda mer. Turboladeren som ble montert i 1989 var så stor at dette gikk. Traktoren ble da målt til 200hk på kraftuttaket. 2005 ble det satt på væskekjølt ladeluftkjøler og pumpa ble stilt opp igjen. Det ble ikke tatt noen målinger nå på grunn av at det ikke var verdt å ødelegge noe i drivverk eller kraftuttaket. Ifølge beregninger fra verkstedet skal motoren yte rundt 300hk. 42
I tillegg har det maksimale turtallet blitt økt fra 2400 o/min til 2900 o/min. Innsprøytningstidspunktet har blitt stilt noe tidligere, og det har blitt satt på en ekstra fødepumpe for å få levert nok diesel. (Langegard, 2006. Kilde nr. 16) Denne traktorserien har underspilte stempler i motoren, dette gjør at disse får bedre smøring og kjøling. Dette er en fordel når det skal monteres turbolader, da motoren kan presses litt mer uten at sylinderne og stempler skjærer seg. 12.2 Tidligere utført arbeid med magneter Figur 22. Dette bilde er av en annen John Deere 3050. Finn, næringsmarked. Kilde nr 17 Magnetene fra AutoMec er prøvd ut på mange forskjellige maskiner. De har tatt noen tester som den laboratorietesten det står om under 12.2.1. Her inne kan man lese artikkelen Luften er magnetisk skrevet av Martin Ystenes (NTNU), som forklarer magnetisme i lufta. En kort forklaring er at alle oksygenmolekylene består av atomer, og alle atomer består av atomkjerner med elektroner rundt seg. Alle elektronene går i bestemte baner, eller orbitaler, og i hver bane er det plass til nøyaktig to elektroner. Alle elektroner har et spinn som skaper et lite magnetfelt, og alle elektronene som danner et par orienterer spinnene sine motsatt så magnetfeltene oppveier hverandre. (Ystenes, 2005. Kilde nr. 18) 12.2.1 Laboratorietest 1. generasjon AutoMec er testet ved AVL MTC på en 2003 mod. Passat 1,9 TDI. Bilen er testet både med og uten AutoMEC. I dag selges 4. generasjon AutoMEC. AVL MTC utfører både standard Europatest og konstantfart. Standard Europatest ble foretatt 9 ganger i kjørecelle med: Referansedrivstoff CEC-RF0699 B5 +22 grader Celsius 50 % relativ luftfuktighet Konstant atmosfærisk trykk 43
Fast kjøremønster iflg. NEDC (C1-4 og EUDC) 0-120 km/t 20 minutter over 9 dager med kaldstart 11 kilometer pr. test Resultat: Redusert forbruk: 5 % Redusert partikkelutslipp: 10 % (Magnetic Emission Control AS, 2004. Kilde nr. 12) 12.2.2 Andre erfaringer med magneter J.G. Enersen i Lier Traktor er selger av Magnetizer og at dette virker er bevist og dokumentert gjennom tester og målinger siden 1990-tallet. Alle motorer: bensin-, diesel- eller gassdrevne, i alt fra skip til motorsykler, gamle som nye, kan påmonteres positivt og negativt ladde magneter som øker motorens ytelse, renere forbrenning og reduserer drivstofforbruket. Avgassutslippet (CO, HC og partikler) går ned med 50 90 %, og drivstofforbruket ned i gjennomsnitt 8-10 %. På hjemmesiden til Lier traktor (www.liertraktor.no Kilde nr. 19) kan man se to forskjellige forsøk på busser fra Drammen og Omegn Busslinjer AS og deres gode erfaringer. Tor Gommerud i Eiker har også gode erfaringer med magneter. Han driver landbruksverksted og har hatt magneter på traktoren, skurtreskeren og privatbilen i flere år. Ifølge han blir traktoren mye sprekere til å dra redskap, hestekreftene har økt, dieselforbruket har gått ned og utslippene er kraftig minsket. Han mener også at man ikke bør skifte motorolje så ofte. (Skogeieren, 2007. Kilde nr. 20) 44