ERŐGÉPEK Erőgép: beépített motor segítségével erőkifejtésre képes Erőgépek: - Traktorok - Teherautók - Önjáró munkagépek Traktorok csoportosítása: Rendeltetés szerint: - eszközhordozó ~ - univerzális ~ - szántóföldi céltraktor
Vonóerőosztály szerint: I. - 9 kN II. 14 – 20 kN III. 30 – 40 kN IV. 50 – 60 kN
Járószerkezet szerint: - kerekes ~ - lánctalpas ~ - gumihevederes ~
I. BELSŐÉGÉSŰ MOTOROK 1. Csoportosítás: - Löketdugattyús motorok - OTTÓ (benzin) motor - DIESEL motor - Bolygódugattyús motorok (WANKEL ~) - Gázturbinák
2. Belsőégésű motorok működési elve: ~ zárt térben lezajló különböző folyamatok alapján hőenergiából mechanikai munkát állítanak elő Motorok munkafolyamata: ~ amely során a hengerekbe vezetett tüzelőanyag hőenergiája mechanikai munkává alakul át – ez a teljes munkafolyamat – általában nyílt körfolyamat A teljes munkafolyamat elkülöníthető ütemekből áll: - szívóütem - sűrítés (komprimálás) - terjeszkedés (expanzió) ez a munkavégző ütem - kipufogás Az ütemek egy része a hengeren kívül is lejátszódhat (2 ütemű motorok) A munkafolyamatot alkotó ütemek alapján a motorok lehetnek: - négyütemű motorok - kétütemű motorok
1
2.1 Négyütemű motorok A négy ütem a hengertérben zajlik le Jellemzői: - gázcserét szelepek vezérlik - forgattyús házban atmoszférikus nyomás uralkodik - egy munkafolyamat négy ütem, két főtengely körülfordulás alatt zajlik le Ütemek:
1. SZÍVÁS – a szívószelep nyitva, dugattyú ↓ halad (FHp → AHp) 2. SŰRÍTÉS (kompresszió) – szelepek zárva, dugattyú ↑ halad (AHp → FHp) a levegőt vagy keveréket komprimálja 3. TERJESZKEDÉS – szelepek zárva, dugattyú ↓ halad (FHp → AHp) ez a munkavégző ütem 4. KIPUFOGÁS – kipufogó szelep nyit, dugattyú ↑ halad (AHp → FHp)
~ általános szerkezete: Hengerfej a szelepekkel
VC
FHp
VH
S = lökethossz AHp
Henger Forgattyús hajtómű Forgattyúház
Alapfogalmak: Holtpont: ahol a dugattyú haladási iránya megváltozik FHp: felső ~ (a hengerfej felőli ~) AHp: alsó ~ (a forgattyúház felőli) Löket /S/: Az AHp és a FHp közötti távolság, S = 2r (r = forgattyú sugár) Lökettérfogat /VL/: Az AHp és a FHp közötti hengeres tér
D2 ⋅π VL = ⋅ S[cm3 ; dm3 ] 4 2
D = furatátmérő
Kompressziótérfogat /VC/: A FHp és a hengerfej fala közötti tér Hengertérfogat /VH/: VH + VC [cm3; dm3] Kompresszió viszony /ε/: A sűrítés mértéke.
VH VL + VC VL ε= = = 1+ VC VC VC
εOTTÓ = 8:1.......10 : 1;
εDIESEL = 16 : 1 .........22 : 1
2.2 Kétütemű motorok Jellemzői: - A gázcserevezérlés réseken keresztül történik (a gázcserét a dugattyú él és a dugattyú palást vezérli, esetleg 1 szelep). - Egy teljes munkafolyamat a motor 1 főtengely fordulata alatt játszódik le, → azonos hengertérfogat esetén 20 – 30 %-al nagyobb teljesítmény.
3. OTTÓ motorok ~ a benzinüzemű szikragyújtású motorokat nevezzük, ahol a benzin + levegő keverék képzése a motor hengerén kívül – a karburátorban vagy a szívócsőtorokban – történik. Két változata van: - négyütemű és - kétütemű 3.1 Négyütemű OTTÓ motorok Jellemzők: - Keverékképzés a karburátorban vagy a szívótorokban történik - Keveréket (levegőt + tüzelőanyagot) sűrít a dugattyú (emiatt az ε nem lehet korlátlan → öngyulladás) - A keveréket elektromos szikra gyújtja meg - A gázcserét szelepek vezérlik Motorok körfolyamata: → valóságos indikátor diagram - Az indikátor diagram a körfolyamat alatt a hengertérben lezajló nyomásváltozásokat mutatja a dugattyú elmozdulás ill. a térfogatváltozás függvényében. - Az 1 bar-os vonal a légköri nyomást jelöli. - A görbe a legkisebb térfogat (VC → FHp) és a legnagyobb térfogat (VH → AHp) között helyezkedik el.
3
Indikátor diagram p
+ 3 1 bar
1
-
2
4 AHp
FHp
V
1. Ütem – SZÍVÁS - A szívószelep a FHp előtt nyit 5 – 150-al (1) (a fojtás elkerülése miatt). - Szívóhatás, keverék beáramlási sebessége: 40 – 50 m/s. - Henger feltöltődik – mértékét a volumetrikus hatásfok (ηV) mutatja: m beszívott keverék tömege m 0 elméletileg beszívható keveréktömege - Normál motoroknál: ηV = 0,6 – 0,85 - Ha feltöltést alkalmaznak → turbófeltöltő: ηV ≥ 1 - Szívószelep zár: AHp után 40 – 500-al (2) → az áramló levegő tehetetlenségét kihasználva javul az ηV értéke.
ηv =
2. Ütem - SÜRÍTÉS Dugattyú ↑ halad, a keveréket komprimálja → nő a nyomás és a hőmérséklet. - A sűrítési végnyomás függ (pC) függ: - szívási végnyomástól (pa) - kompresszió viszonytól (ε) - Öngyulladás nem következhet be → kopogásos égés: - benzin minőség, - kompressziótűrő képessége befolyásolja 0 - FHp előtt ~ 5 – 30 -al (fordulatszámtól függően) GYÚJTÁS – égés megindul és gyorsan terjed. ÉGÉS: ~ befolyásolja a keverék minősége – levegő és tüzelőanyag arány. - Ezt a légfelesleg tényező (λ) mutatja.
4
Légfelesleg tényező:
λ=
L 1kg tüzelőanyag elégetéséhez rendelkezésre álló levegő L0 1kg tüzelőanyag tökéletes elégetéséhez szükséges levegő
1 kg benzin elégetéséhez 13,6.....18 kg levegő szükséges: - Dús keverék λ<1 (pl. gyorsításnál) - Normál keverék λ = 1 - Szegény keverék λ > 1 (gazdaságos üzem) Égési sebesség: 15 – 30 m/s – minden irányban Függ: - λ-tól (Vé max, ha λ = 0,85) - gyújtás időpontjától Jó a gyújtás, ha az égés szimmetrikus a FHp – ra
p = 25-40 bar t = 2000-2500 C0
Kopogásos égés: Kényszergyulladás – a gyújtószikra előtt Káros: - nagy igénybevétel, teljesítménycsökkenés Oka: kémiai reakció következtében peroxidok válnak ki detonációszerű égés (többszörös égési sebesség) ~ függ: - kompresszió viszony (ε) nagyságától p - a tüzelőanyag oktánszámától - az égéstér alakjától - a gyújtógyertya elhelyezkedésétől (legjobb a félgömb alakú égéstér középen elhelyezett gyújtógyertyával) 3. Ütem – TERJESZKEDÉS (munkaütem)
V
- A dugattyú a gáznyomás (p = 25 – 40 bar) hatására ↓ az AHp irányába mozdul el. 4. Ütem – KIPUFOGÁS Az égéstermékek eltávolítása a hengerből. Kipufogó szelep nyit: zár:
AHp előtt 40 – 600-al FHp után 5 – 250-al
Indikátordiagram 1–4 szakasz: szelepösszenyitás, a kiáramló 60–90 m/s sebességű gázok szívóhatást fejtenek ki a nyitott szívószelepen keresztül → ηV javul !
5
Szelepvezérlési kördiagram: a szelepek nyitási - zárási idejét mutatja meg 5-150
15-250
égés szívás kipufogás
40-500
40-600
3.2 Kétütemű ottómotor - A munkaciklus két löket – egy főtengely körülfordulás alatt zajlik le. - A dugattyú alatt is munkatér van (forgattyús ház), 2 ütem a dugattyú fölött, 2 ütem a dugattyú alatt. Általános szerkezet: 1. Ütem: Öblítés és kompresszió (a dugattyú fölött) Szívás (a forgattyús házban))
Kipufogó csatorna Átömlő csatorna
2. Ütem: Terjeszkedés (a dugattyú fölött) Elősűrítés (a forgattyús házban)
Szívó csatorna
Indikátor diagram: 1. Nyit az átömlő nyílás 2. Zár a kipufogó nyílás 3. Nyit a kipufogónyílás
p
3 1 1 bar
2 FHp
6
AHp
V
