BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM
KALORIKUS GÉPEK MÉRÉSEI - Belsőégésű motor mérés-
ENERGETIKAI GÉPEK ÉS RENDSZEREK TANSZÉK
A MÉRÉSEKHEZ ALKALMAZOTT BERENDEZÉSEK A motorfékpadi kísérletek során szimuláljuk a valós viszonyokat, amihez szükségünk van különféle mérőműszerekre, jeladókra, adatgyűjtőkre és nem utolsósorban megbízható kiszolgáló rendszerekre, mint pl. a hűtő és tüzelőanyag rendszer. Ezeket együttesen kísérleti motorfékpad egységnek tekinthetjük, és az alábbiakban ismertetjük részletesen.
A méréseknél használt 2l TFSI motor A motor technika jellemzői: - turbótöltő füstgáz fordítókönyökben - egycsatornás kipufogó rendszer, motor közeli elő- és főkatalizátor - Hitachi etanol álló nagynyomású szivattyú - visszafolyás mentes tüzelőanyag rendszer
1. ábra. A VW-AUDI 1.9 TDI motor égéstere Felépítését tekintve egy négyhengeres, tizenhat szelepes, közvetlen égéstérbe befecskendezésű (direkt befecskendezésű) feltöltött motor, töltőlevegő-hűtővel és kipufogógáz-visszavezetéssel.
Főbb paraméterei: Hengerűrtartalom:
1984 cm3
Maximális teljesítmény:
≈ 147 kW (5700 1/perc)
Maximális nyomaték: Dugattyúátmérő: Dugattyúlöket: Hajtókar hossza: Kompresszió viszony: Károsanyag kibocsátási norma:
≈280 Nm (1800-4700 1/perc tartományban) 82,5 mm 92,8 mm 119 mm 10,5 : 1 EU4
Fékpadi rendszer Ahhoz hogy a külső hatások közül a legfontosabbat, a terhelést mesterségesen kell létrehoznunk, azaz a motort fékezni kell. Erre a célra a következő pontban ismertetett örvényáramú féket használjuk. A motor hűtéséről –saját hűtő és menetszél híján- külön kell gondoskodni víz-víz hőcserélőkkel. A fék A belsőégésű motorok vizsgálatánál alapvető a megfelelő terhelő (fékező) rendszer. A motorok és az azokat minősítő szabványok fejlődése folyamatosan újabb fékgépek és rendszerek kialakulást kívánja meg. Az egyik legelterjedtebb fékgép típus az úgynevezett örvényáramú fék. A motor a fékgép forgórészét hajtja, amelyre egy lágyvasból készült, kistehetetlenségű fogazott tárcsa van rögzítve. A tárcsa a „kvázi” állórész gerjesztő tekercsei között forog, melyet egyenárammal gerjeszt a fék szabályzó elektronikája. Az indukálódó örvényáram mágneses teret hoz létre, amely fékezi a forgó részt. A fékezés függ a gerjesztéstől, így a gerjesztés segítségével jól szabályozható a fékező nyomaték, ami jelentős előnye ennek a fékgép típusnak. A fékgép „kvázi” állórésze is csapágyazva van a tartószerkezethez, és elfordulását egy erőmérőcella akadályozza meg. Az erőmérőcella segítségével mérhető a fékező nyomaték.
2. ábra. Az alkalmazott fékgép különböző üzemmódjai Méréseink során egy Hoffmann típusú örvényáramú féket használtunk, melynek legfőbb előnye az elektromos szabályzás és az összeköttetés a mérést vezérlő PC-vel. Lehetőség nyílik különböző fékezési üzemmódok kialakítására. M=áll. üzemmód esetén állandó nyomaték mellett lehet mérni
a motor fordulatszámától függetlenül. Az n=áll. üzemmódnál a beállítható állandó fordulatszám mellett lehet mérni a motor nyomatékától függetlenül. Fék jellemzői: Típus: Működési elv: Üzemmódok: Fordulatszám tartomány: Maximális teljesítmény: Maximális nyomaték:
Hoffmann örvényáramú fék n=állandó, M=állandó, 0-7000 1/perc 300 kW 600 Nm
Tüzelőanyag fogyasztásmérő rendszer A motor fogyasztásának mérésére egy tömegmérés elvén működő (gravometrikus) AVL- 7131-06 berendezést alkalmazunk, jellemzői a következők: Típus: A tömegmérő cella terhelhetősége: Mérés tartomány: Mérési pontosság: Tüzelőanyag hőmérséklet mérési tart.:
AVL- 7131-06 600 g 0…50 kg/óra ± 0,12% 0…60 C°
A műszer működése közben egy edénybe tüzelőanyagot enged egy mágnes szelepen keresztül. Amikor a tüzelőanyag elérte a megfelelő szintet, a bemenő szelep elzár, a motor az edényből fogyaszt. Az edény tömegét kapacitív cella segítségével méri, az eltelt idővel együtt. Két alapvető mérési módszer segítségével lehet a mérést végrehajtani: adott idő alatt elfogyasztott tüzelőanyag tömegét, vagy egy adott tömeghez tartozó fogyasztás idejét határozza meg a berendezés vezérlő egysége. Mindkét módszer esetén a fogyasztást kg/h-ban jelzi ki.
3. ábra. A fogyasztásmérő felépítése
Adatgyűjtő rendszer: Az egyetemen található AUDI fékpadi konténer vezérlése az úgynevezett AVL-PUMA mérőrendszerrel történik. Ennek a szoftvernek a segítségével lehet vezérelni a konténert és összegyűjteni az onnan érkező adatokat. A fékpadon található egy speciális számítógép melyen
keresztül képes kommunikálni a PUMA számítógép a konténerrel. Ide érkeznek be az analóg jelek, melyek digitális jellé átalakítva már képes feldolgozni a PUMA számítógép. A PUMA mozaikszó a következő kifejezésekből tevődik össze: Prüfstands- Und Messtechnik Automatisierung. A magyar jelentése: Fékpadok És Mérési technikák Automatizálása. Alapvetően 2 részből épül fel: • A PUMA hardver része • A PUMA szoftver része
4. ábra: A mérőrendszer felépítésének egyszerűsített ábrája
o Mérőkonténer: itt helyezkednek el a mérőberendezések (fék, gázkar mozgató, fogyasztásmérő, stb.), a nyomás és hőmérséklet mérésére szolgáló eszközök, valamint a motor megfelelő működését biztosító kiegészítő berendezések (tüzelőanyag-ellátó rendszer, hűtőfolyadék-ellátó rendszer, közegellátó rendszer, valamint a kipufogógáz elvezető és a tűzvédelmi rendszer). o A konténerben elhelyezett érzékelők, kijelzők a PUMA hardver részéhez csatlakoznak. Ez tulajdonképpen egy célszámítógép speciális vezérlőkártyákkal. o A PUMA hardver részéből a jelek egy számítógépbe jutnak, ez maga a PUMA szoftver része, a kezelőszemélyzet itt definiálja a mérést és követheti nyomon a paraméterek és folyamatok változását.
5. ábra: A PUMA szoftver felépítése A PUMA program – ahogyan az ábrán látható – több szoftvert tartalmaz. Ezek mindegyike speciális célprogram, főbb részei: PUC: NED: PAM:
a Concerto nevű – PUMA-ba beépülő – kiértékelő program, a Normname editor nevű beépülő program az eszközök definiálására és azok csoportosítására, A Parameter Manager a mérőrendszerben alkalmazott mérőeszközök és az ezek által szolgáltatott mérési eredmények parametrizálását, definiálását valamint az egyes munka projectek külön történő kezelését teszi lehetővé.
A MÉRÉSCÉLJA: Egy állandó fordulatszámon a motor fajlagos fogyasztásának mérése és az effektív középnyomásának meghatározása különböző terhelések esetén Fajlagos fogyasztás: A motor alapvető jellemzője a tüzelőanyag fogyasztása, ami a munkafolyamat fenntartására fordított tüzelőanyag tömeg- vagy térfogatáramával illetve a bejuttatott hő-árammal jellemezhető. Ezen értékek alapvetően függnek a motor teljesítményétől, ezért a P [kW] teljesítményre vonatkoztatott B [g/h] a fajlagos tüzelőanyag-fogyasztás használata terjedt el. B& b = [g/kWh] P Effektív teljesítményből meghatározható az effektív középnyomás:
D 2π pe * s 4 * z * n = pe * V L * z * n Pe = [kW] i i * 1000 * 1000 2 2 ahol: pe [N/m2] - effektív középnyomás D [m] - hengerátmérő s [m] - löket z [-] - hengerszám n [1/sec] - fordulat i [-] - működések száma (4 ha négyütemű, 2 ha kétütemű)
HIVATKOZÁSOK [1]
AVL 415 usersmanual, AVL LIST Gmbh
[2]
Borghi – Saveri usersmanual, FE 350 S
[3 ]
Dr. Meggyes A.- Dr. Bereczky Á.: Belsőégésű motorok
