KATEDRA VOZIDEL A MOTORŮ
Mechanická účinnost PSM
#10/14
Karel Páv
2 / 12
Tribologie, součinitel tření Stribeckova křivka
Koeficient tření f
Třecí síla: Ft sign w f Fn
Hydrodynamické tření
Smíšené – polosuché tření Suché – mezní tření
- dynamická viskozita [Pa.s]
n - otáčky hřídele [1/s] - měrná síla [N/m2] Hydrodynamické tření
w - relativní rychlost [m/s]
Suché tření
L - délka kluzných ploch [m] (ve směru pohybu) n nebo w L
3 / 12
Teorie hydrodynamiky Vzájemný pohyb desek Stacionární stavy = konst. = konst.
w=0
=0 w
yx
wx
y
Vzájemný pohyb soustředných válců
x
w0
2
d wx 0 2 dy y wx w0 1 h
yx
yx
Ft S yx S
w0 h
R1
dwx dy
w0 h
r
R2
Navier-Stokesova rovnice pro směr :
d 1 d rw 0 dr r dr
R12 R22 w 2 r 2 R2 R1 r
r r
d w dr r
R12 R22 1 r 2 2 R2 R12 r 2
R12 R22 M t 2R b r ( R1 ) 2R b r ( R2 ) 4b 2 R2 R12 2 1
2 2
4 / 12
Teorie hydrodynamiky Zatížené ložisko
Nezatížené ložisko
h << R
=0 w
=0 w
h
R
R
R
R h
Nárůst gradientu rychlosti
h = konst.
Hydrodynamický tlak
M t 2bR3
Ztrátový moment:
M t S R 2Rb
Fn
R R 2bR3 h h
(Použitelné pro nízké zatížení a vysokou viskozitu)
h
Příspěvek od vyšší je částečně kompenzován zvýšením únosnosti olejového filmu (menším vymezením vůle)
5 / 12
Typické mechanické ztráty 200
200
Přeplňovaný vznětový motor 180
160
160
140
140
120
120
100 80 60
100 80 60
Pístová partie, ojnice
Pístová partie, ojnice
40
40 20
20
Klikový hřídel
Klikový hřídel
0
0 0 25
pmech.z. [kPa]
Tolej = 90°C
Vyvažovací hřídel
Tolej = 90°C
pmech.z. [kPa]
pmech.z. [kPa]
180
Zážehový motor
3000 2000 n [1/min]
1000
4000
0
5000
1000
2000
3000 n [1/min]
4000
5000
Ventilový rozvod
20 15
Ojnice
Pístová skupina
~ 20%
~ 80%
10 5
Kroužky
Plášť Čep
0
~60%
~ 20% ~20%
0
1000
2000
3000 4000 n [1/min]
5000
6000
7000
6000
6 / 12
Mechanické ztráty – vliv teploty motoru Silná závislost na teplotě (viskozitě) oleje Ne vždy klesají s teplotou ztráty (rozvod)
220 200
Dynamická viskozita oleje
1600
180
Motorový olej 10W-30
1400
160 140
1000
pmech.z. [kPa]
[mPa.s]
1200
800 600 400
120 100 80
200 0 -20
0
20
40 t [°C]
60
80
100
Pístová partie, ojnice
60 40
Měrná spotřeba paliva 20
500
2000 min-1, 2bar VZ = 1,6ccm
0 20
40
60
460 440
80 tOLEJ [°C]
100
120
140
30 pmech.z. [kPa]
BSFC [g/kWh]
480
Klikový hřídel
420 400 380
Ventilový rozvod 25
135°C 90°C
20 15
10
20
30
40
50 60 tOLEJ [°C]
70
80
90
100
0
1000
2000
3000 n [1/min]
4000
5000
6000
7 / 12
Mechanické ztráty – vliv zatížení Vznětový motor má oproti zážehovému vyšší třecí ztráty S rostoucími otáčkami se vliv zatížení zmenšuje
pmech . z. pistř pe Přeplňovaný vznětový motor
Zážehový motor
2500
2500
pmech.z. [kPa]
pmech.z. [kPa]
2000
2000
1500
130
pe [kPa]
pe [kPa]
140
180 170 160 150
1500
1000
12 0
1000
130
12 0
100
90
500
110
110 100
500
80
90 70
0
0 0
1000
2000
3000 4000 n [1/min]
5000
6000
7000
0
1000
2000
3000 4000 n [1/min]
5000
6000
7000
8 / 12
Mechanická účinnost motoru
m
Pe p e Pi pistř
Pe Pi Pmech .z.
m 1
Pmech . z . Pe Pi Pe Pmech . z .
Přeplňovaný vznětový motor 2500
Zážehový motor 2500
mech [-] 4
0.
1500
2000 93
pe [kPa]
0.
92 0.
1500
pe [kPa]
0 .9
2000
91
90 0.
1000
mech [-]
0 .8
1000
8
0.8
0. 92 1 0.9 0. 90
5
0.8
0. 88
0
0.85
500
500
0 .8 0
0 .7 0
0.70 0.60
0 .6 0
0
0 0
1000
2000
3000 4000 n [1/min]
5000
6000
7000
0
1000
2000
3000 4000 n [1/min]
5000
6000
7000
9 / 12
Ventilační ztráty motoru Ztráty od tlaku plynů působících na spodní stranu pístu pistř
1 Vz
pspal. prost.dV
1 Vz
p
klik . sk .
dV
Příklad měření na 4-válcovém motoru: 1000 min-1
2500 min-1
6000 min-1
1.000
2.5
Mereni Vypocet
Tlak pod pistem [bar]
0.995
2.0
0.990
0.985
0.980
0.975
pistr [kPa]
1.5
0.970 DU
-90
HU
90
DU
DU
Natoceni klikoveho hridele [°KH]
-90
HU
90
DU
DU
Natoceni klikoveho hridele [°KH]
-90
HU
90
DU
Natoceni klikoveho hridele [°KH]
1.000 Mereni Vypocet
1.0
Tlak pod pistem [bar]
0.995
0.5
0.990
0.985
0.980
0.975
0.0 1000
2000
3000
4000 n [1/min]
5000
6000
7000
0.970 0
100 200 300 400 Objem spalovaciho prostoru [cm3]
500
0
100 200 300 400 Objem spalovaciho prostoru [cm3]
500
0
100 200 300 400 Objem spalovaciho prostoru [cm3]
500
10 / 12
Způsoby určování mechanických ztrát motoru 1. Vysokotlaká indikace motoru (se spalováním)
pmech . z. pistř pe pistř
1 Vz
pe
1 pdV Vz
M Vz
180 KH
1 pdV Vz 180 KH
540 KH
pdV p
istř VT
pistř NT
180 KH
= 2 pro dvou-dobé motory = 4 pro čtyř-dobé motory
- Exaktní postup - Náročné na přesnost určení pistř (správné určení HÚ, mezicyklová vaiabilita) 25
10
pistř = 12,2 bar
20 istř [%] D pistř Dp [%]
5 p [bar]
15
10
pistř-VT
pistř-NT
0
-5
5
pistř
-10
0
-3 0
50
100
150
200 V [cm3]
250
300
350
400
-2
-1
0
D [°KH]
D - HÚ [°KH]
1
2
3
11 / 12
Způsoby určování mechanických ztrát motoru 2. Protáčení motoru (bez spalování) - Musí být zajištěna provozní teplota dílů motoru - Nižší zatížení pístu a klikového mechanismu (pouze kompresní tlak) - Změřený ztrátový moment zahrnuje i pumpovní ztráty, ztráty vlivem odvodu tepla do stěn a ztráty netěsnostmi spalovacího prostoru - Metoda využívána pro zjištění příspěvku od jednotlivých komponent M z Vz
= 2 pro dvou-dobé motory = 4 pro čtyř-dobé motory
0
2 1 0,5 0,2 0,1 0,05
-50
0,02 0,01
pe-100%
-100
40
50
60
70 80 90 100
200
300
400
500
Volume [cm3]
100 50
-150
2000 min-1, klapka 0%
20 10 5
-200
p [bar]
p [kPa]
2000 min-1, klapka 100%
20 10 5
p [bar]
pmech . z .
100 50
pistř - klapka 0% pistř - klapka 100% -300 1000
2000
3000
4000
n [1/min]
1 0,5 0,2 0,1 0,05
-250
0
2
5000
6000
7000
0,02 0,01 40
50
60
70 80 90 100
200 Volume [cm3]
300
400
500
12 / 12
Způsoby určování mechanických ztrát motoru 3. Extrapolace křivky spotřeby paliva (Willansova metoda)
- Ze zatěžovací charakteristiky motoru (pro n=konst.) - Vliv seřízení motoru - Zásadní vliv obohacení směsi
mpal [kg/h]
n = konst.
Mz
1
Mef [Nm]
4. Postupné odpojování válců při konstantních otáčkách motoru - Vypnutím zapalování nebo přívodu paliva pro jeden válec (Morseova metoda) n - Riziko ovlivnění pracujících válců pe pistř i pmech . z . - Nelze použít pro přeplňované motory i 1 pmech . z . pe pe bez i pe n
i 1
5. Doběhová křivka motoru (bez spalování) - Stejné negativní vlivy jako při protáčení motoru - Pracné určení redukovaného momentu setrvačnosti motoru pmech . z
2 2 dn I mot Vz dt
= 2 pro dvou-dobé motory = 4 pro čtyř-dobé motory
