3. A motorlaboratórium Tüzelőanyag-rendszer
3.1 A motorfékterem kialakítása A korszerű motorlaboratóriumok kezelőhelyisége a fékteremtől különválasztott. A zajés rezgésszigetelt kezelőhelyiség az erősítő, regisztráló és kiértékelő berendezések elhelyezésére is ideális (51/1. ábra). Nagyobb motorok mozgatásához futódaruval is fel kell szerelni a motorlaboratórium épületét. Sorozatvizsgálatokhoz a fékpad jobb kihasználása érdekében a motort u.n. palettára szerelik, amely a motort, amely a fékpadhoz mechanikusan (nyomaték, gázrudazat), hidraulikusan (hűtőfolyadék, kenőolaj), pneumatikusan (kipufogócső) és villamosan (gyújtás, vezérlés) gyorsan és automatikusan kapcsolódik (51/2. ábra). A fékterem falát nem gyulladó anyagból készülő hangszigetelő/elnyelő burkolattal kell bevonni.
3.2 A tüzelőanyag-rendszer 3.2.1 Folyékony tüzelőanyagok A motorhajtóanyagok kezelésével kapcsolatosan egészségügyi és biztonsági hatósági előírások vannak. Ezeknek a betartásáért a motorlaboratórium tervezője és üzemeltetője felelős. A tüzelőanyag-tartálytól a motorhoz vezető cső akkor készíthető egyszerű (nem galvanizált) húzott acélcsőből, ha a cső mindig folyamatosan tele van folyadékkal. Ha időnként levegő is lehet a csőben, akkor rozsdamentes anyagból készült csöveket célszerű alkalmazni. A szerelvények csavarmenetes kötése nem ajánlott, noha ma már a különböző műanyag idomok megbízhatóan tömítenek. Rostos anyagú tömítéseket (pl. kóc) nem szabad használni. A szerelvényeket általában – és a föld alatti csöveknél mindig –hegesztéssel, peremes vagy szorítóhüvelyes kötéssel kell összeerősíteni, a hajtóanyag milyenségétől függően. (egyes motorhajtóanyagoknak, mint pl. a téli gázolajnak, különös áthatolóképességük van). Szabadban vezetett csöveket hőszigetelni, sőt, ha a külső hőmérséklet a hajtóanyag dermedéspontját megközelítheti, fűteni is kell. A földbe fektetett csöveket kívül vízálló bevonattal kell bevonni, és jól tömörített talajú árokba, finom homokágyra kell fektetni. Korszerűbb megoldás olyan szigeteltfalu csatornába fektetni a csöveket, melynek fedele teherbíró. A motorlaboratórium tüzelőanyag-rendszerével kapcsolatosan számos egyéb írt és íratlan szabályt is figyelembe kell venni. Gondoskodni kell több, különböző motorhajtóanyag tárolásáról és motorhoz vezetéséről. Bizonyos esetekben olyan speciális vagy u.n. referencia-motorhajtóanyagokra lehet szükség, amelyeket csak a gyártónál, hordónként lehet beszerezni. A tüzelőanyag-rendszer a legegyszerűbbtől a nagyon összetettig változhat. Legegyszerűbb esetben elég lehet egy kis – legfeljebb 10 literes, u.n. napi - tartály, amelyet egyetlen csővezeték köt össze a motor tápszivattyújával. Ezzel szemben szükség lehet több (akár 10), különböző tüzelőanyagra, tüzelőanyaghőmérséklet-szabályozásra és folyamatos fogyasztásmérésre. C:\Internet\htdocs\oktatas\segedletek\gjm_muszeres\motor\5_Motorlabor_030419.doc Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
3-2
A tüzelőanyag napi tartályból gravitáció hatására, vagy központi tartályból, nyomószivattyú beiktatásával juthat el a motorhoz. Napi tartály esetén mindegyik motorhajtóanyag részére külön tartály szükséges, hogy keveredésüket megelőzzük. A biztonsági szempontokat szem előtt tartva a napi tartályt is a féktermen kívül kell elhelyezni, tűzelzáró szeleppel és ellenőrzött túlfolyórendszerrel kell felszerelni. Az ejtőtartályt legalább kb. 4,5 m magasan kell elhelyezni. Ha a tartály a szabadban van, védeni kell a napfény közvetlen sugaraitól, és – gázolaj esetén – hőszigetelni, szükség esetén fűteni kell. Szivattyús rendszernél arról sem szabad elfeledkezni, hogy a rendszernek fogyasztásmérés közben is kavitáció és túlzott felmelegedés nélkül kell működnie. Néhány alapvető szempont, amelyet szem előtt kell tartani a motorlaboratórium tüzelőanyag-rendszerének kialakításakor: •
minden olyan helyen, ahol tüzelőanyagcsövet vezetnek át a fékterem falán, olyan (áram nélküli helyzetben záró) mágnesszelepet kell a csőbe iktatni, amelyet mind a fékpad szabályozó rendszere, mind a tűzvédelmi rendszer zárni képes
•
lehetséges, hogy egy fékpadhoz többféle tüzelőanyagot is el kell juttatni. Jellegzetes eset: ólmozott és ólmozatlan benzin, gázolaj. Hibát okozhat, ha átkapcsolás közben egyik rendszerből átkerül motorhajtóanyag a másikba, pl.
•
az ólmozott rendszerből az ólmozatlan rendszerbe átkerülő benzin a katalizátort „mérgezheti”. A hajtóanyagok egymásra hatásának csökkentése érdekében a közös szakaszt minél rövidebbnek és kisebb térfogatúnak kell kialakítani. Ennek érdekében a szűrőket stb. nem a közös, hanem a külön, adott hajtóanyagot tartalmazó részben kell elhelyezni. A tüzelőanyagok akaratlan keveredését többszörös szelepeléssel, átlátszó ellenőrző üvegcsőbetétekkel kell megoldani.
•
célszerű mindegyik tüzelőanyag-rendszerbe összegző átfolyásmérőt beépíteni
•
a tüzelőanyagba került levegő és a gőzképződés tüzelőanyag-ellátási problémákat okozhat. Ezek kivezetésére a rendszer legmagasabb pontján szelepet célszerű beépíteni, amellyel a gázok és a gőzök a szabadba engedhetők ki.
•
a tüzelőanyag hőmérsékletének szabályozása hasonlóképen történhet, mint a hűtőfolyadék hőmérsékletének szabályozása, de a rendszer anyagainak megválasztásakor figyelembe kell venni a tüzelőanyag sajátosságait. Törekedni kell arra, hogy a hőmérsékletszabályozó és a motor között minél kisebb távolság legyen, hogy a motorba jutó tüzelőanyag hőmérséklete a szabályozottól minél kevésbé térjen el.
•
egyszerű tüzelőanyag-melegítő rendszer állhat egy kisebb tartályból, villamos melegítővel és szabályozott hőmérsékletű folyadékhűtővel. Fontos, ha tüzelőanyag tömegáramától annak hőmérséklete minél kevésbé függjön.
•
a tüzelőanyag-rendszer szerelvényeit célszerű falra erősített panelen elhelyezni, amely jól jelzett szelepekkel csatlakozik a motorlaboratórium hálózatához és a motorhoz. A motorhoz vezető, utolsó, rugalmas tömlő ne rezonáljon a motormozgás gerjesztő hatására. Általános megoldás a fékpad felöl vezetni a tüzelőanyagot a motorhoz; hasonlóan jó motor feletti gémszerkezetről lógó
Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
3-3
tömlővel megoldani a tüzelőanyag-ellátást. A gyakrabban bontásra kerülő csatlakozásokat célszerű önzáró szeleppel felszerelni •
a csatornabecsatlakozás előtt olajcsapdát kell elhelyezni, megelőzendő, hogy tüzelő- vagy kenőanyag kerüljön a csatornába
•
a csövekben az ajánlott tüzelőanyag-sebesség legfeljebb 0,2 m/s.
3.2.2 Propán-bután gáz (LPG = liquid petroleum gas) A propán-bután gáz gőznyomása 40 °C hőmérsékleten kb. 14,5 bar, tárolópalackjait általában 20 bar munkanyomásra készítik. A propán-bután gáz robbanás- és tűzveszélyes (I. tűzveszélyességi fokozat). Tároló és elosztórendszerének kialakításakor az ide vonatkozó előírások betartása kötelező. Lobbanási pontja –40 °C alatt van, levegővel 1,9…9,5 tf.%-os arányban képez gyulladóképes keveréket. A propán-bután gázt vasúti tartálykocsiban, közúti tankautóban és palackokban hozzák forgalomba. Tárolni hűvös helyiségben kell, kisebb tüzek poroltóval olthatók.
3.2.3 Földgáz, komprimált földgáz (CNG) A földgáz mintegy 90 %-a metán. Forráspontja atmoszférikus nyomáson –163 °C. (Tengeren, speciális hajókban, kb. ilyen hőmérséklet alá hűtve szállítják.) A motorlaboratórium földgázellátása általában hálózatról történhet, ezért nagynyomású szerelvényekre nincs szükség. A földgáz kevésbé veszélyes, mint a propán-bután gáz. Gáznemű tüzelőanyagoknál ajánlott gázérzékelő berendezések felszerelése.
3.2.4 Nehéz olaj (pakura) Néhány nagy stabil dízelmotornak és a hajómotorok többségének tüzelőanyaga nehéz olaj, amelyet tisztítani és melegíteni kell, mielőtt a motor tüzelőanyagrendszerébe kerülne. Ilyen motorok vizsgálatához a motorlaboratóriumot ugyanolyan tüzelőanyag-előkészítő rendszerrel kell felszerelni, mint amilyent a hajókban használnak. A tüzelőanyagból az iszap és a víz ülepítésének az a nehézsége, hogy a nehéz olaj sűrűsége közel azonos a vízével. Az a szokásos eljárás, hogy a nehéz olajat felmelegítik, ezáltal sűrűsége és viszkozitása csökken, tisztítása és szűrése lehetségessé válik. Leggyakrabban kétlépcsős centrifugálást alkalmaznak, az első kiválasztja a víz és iszap zömét, a második centrifugálás a finomtisztítást végzi. A nagy dízelmotorokat vizsgáló féktermeket kettős tüzelőanyag-rendszerrel és átkapcsoló szerkezettel is kell kialakítani, hogy indításkor és leállításkor normál gázolajjal üzemelhessen a motor.
Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
3-4
3.3 Vízrendszer 3.3.1 Alapok A víz ideális hűtőközeg. Fajhője viszonylag nagy, mintegy kétszerese a szénhidrogénekének. Viszkozitása kicsi, nem agresszív és elegendő mennyiségben áll rendelkezésre. A víz fajhőjének általában használatos értéke:
c = 4,19 kJ /( kg ⋅ K ) . (Ez az érték 14 °C hőmérsékletű vízre vonatkozik, és mind ennél melegebb, mind hidegebb vízhőmérsékleten kissé nagyobb: 0 °C és 95 °C hőmérsékleten egyaránt 4,21 kJ/(kg⋅K).) Fagyálló adalék (pl. etilén-glikol) kitágítja a hőmérsékleti határokat. 50%-os etilénglikol/víz keverék fagyáspontja –33 °C, forráspontja 1,5 bar nyomáson 135 °C. Az etilén-glikol fajhője 2,28 kJ/(kg⋅K), sűrűsége 1,28 kg/l. Az 50%-os etilén-glikol/víz keverék fajhője:
c = 0,5 ⋅ 4,19 + 0,5 ⋅ 2,28 ⋅ 1,128 = 3,38 kJ /( kg ⋅ K ) , ami mintegy 80 %-a a tiszta víz fajhőjének. Ez azt jelenti, hogy azonos hőmennyiség elvezetéséhez 25 %-kal meg kell növelni a folyadékáram nagyságát, ha etilénglikol/víz keverékkel azonos hőmérséklet-emelkedést engedünk meg. A v&(liter/óra) térfogatáram, a hőmérsékletemelkedés ∆t és a hűtőteljesítmény (az elvezetett hőmennyiség) (H, kW) közötti összefüggés víz esetén:
H=
4,19 ⋅ v&⋅ ∆t = 860 ⋅ v&⋅ ∆t 3600
(Ez azt jelenti, hogy 1 kW hőmennyiség elvezetéséhez 10 °C hőmérsékletemelkedést feltételezve 86 l/óra térfogatáram szükséges.)
3.3.2 A szükséges vízmennyiség Elfogadott gyakorlat az, hogy a belsőégésű motorok hűtővize a motorban legfeljebb 10 °C-kal melegedhet fel. A motorfékpadokban a szükséges vízáramot a maximálisan megengedett vízhőmérséklet szabja meg, mert bizonyos hőmérsékletek felett a fékpad belső felületein vízkőlerakódások keletkezhetnek. A villamos örvényáramú fékpadok, amelyeknél a keletkezett hőmennyiséget falon keresztül kell elvezetni, kényesebbek, ilyen szempontból, mint a hidraulikus motorfékpadok, amelyekben az elvezetendő hőmennyiség közvetlenül a folyadékban keletkezik. A fékpadból kilépő víz ajánlott legnagyobb hőmérséklete: villamos örvényáramú fékpad
60 °C
hidraulikus fékpad
70 °C
(max. 50 mg CaO /l változó keménység, 1,25 angol keménységi fok esetén. Keményebb víznél 50 °C a megengedett legnagyobb hőmérséklet).
Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
3-5
A motorteljesítményre vonatkoztatott fajlagos hűtőteljesítményt hűtővízzel elvezetendő hőmennyiséget és a szükséges folyadékáramot a következő táblázatok tartalmazzák. Fajlagos hűtőteljesítmény kW/kW Gépjármű benzinmotor hűtés
0,9
Gépjármű dízelmotor hűtés
0,7
Lassúforgású nagy dízelmotor
0,4
Olajhűtő
0,1
Hidraulikus vagy villamos örvényáramú fékpad
0,95
Fajlagos hűtővíz térfogatáram Víz be, °C víz ki, °C
l/(kW⋅h)
Gépjármű benzinmotor hűtés
70
80
75
Gépjármű dízelmotor hűtés
70
80
60
Lassúforgású nagy dízelmotor
70
80
35
Olajhűtő
70
80
5
Hidraulikus fékpad
20
68
20
Villamos örvényáramú fékpad
20
60
20
3.3.3 Vízminőség Már a fékterem tervezésének kezdeti fázisában meg kell győződni arról, rendelkezésre áll-e megfelelő mennyiségű és minőségű víz. A bakteriálisan fertőzött, algás vagy nyálkás alkalmassá tétele speciális szakember feladata, a víz szennyezettségéhez igazodó vízkezelő berendezéssel lehetséges. A fékpadok gyártói megadják, milyen követelményeket támasztanak a víz minőségével szemben. Szilárd szennyezés A fékterem vízrendszerének a lehető legkevesebb szilárd szennyeződést szabad tartalmaznia. Ha folyóvizet vagy egyéb természetes eredetű vizet alkalmaznak, azt szűrni és tisztítani kell. Az ilyen vizek zavarosságát finom ionizált agyag- és iszaprészecskék okozzák, ezek eltávolítása csak speciális kezeléssel (koagulálás és pelyhesítés) lehetséges. Szennyezheti a fékterem vízrendszerét a visszafolyó vízágba bekerülő szennyvíz, a szél által a hűtőtorony szabad felületére fújt por és az öntőformából visszamaradt homok. Hidraulikus fékpadok különösen érzékenyek a koptató szennyeződésekre, legfeljebb 2…5 mg/liter szilárd lebegőanyag engedhető meg. Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
3-6
Tengervíz általában nem javasolt, hacsak nem speciális hajóra telepített fékpadról van szó. A víz keménysége A víz keménysége összetett tulajdonság, objektív mérése bonyolult. Kemény vízből, ha hőmérséklete a 70 °C fölé emelkedik, kalciumkarbid „vízkő” rakódhat ki (változó keménység), ami nagyon káros lehet mindegyik típusú fékpadra és hőcserélőre. A vízkőlerakódás rontja a hőátadást, és szelepekbe kerülve bizonyos furatokat eldugítva vagy jelentősen csökkentheti az átfolyó víz áramlását. A lágy vizek viszont agreszszívek, korrodálóak lehetnek, ezért a nagyon lágy vizek sem ideálisak. A víz keménységét lényegében kétértékű kationok, rendszerint kalcium vagy magnézium jelenléte okozza. Általában kemény víznek tekintik azt a vizet, amely ezekből az ionokból CaCO3-ban kifejezve 120 mg-nál többet tartalmaz literenként. Több nemzeti skála van a víz keménységének a kifejezésére, de nemzetközileg elfogadott skála jelenleg még nincs: amerikai és brit 1o US = 1o UK = 1 mg CaCO3 per Kg víz = 1 ppm CaCO3 francia 1o F = 10 mg CaCO3 per liter víz német 1o D = 10 mg CaO per liter víz (a régi brit rendszerben 1 Clarke fok = 1 grain per imperial gallon = 14,25 ppm CaCO3) Általában 2…5 Clarke foku (30…70 ppm CaCO3) vízkeménység szükséges a fékpadokhoz. A víz lehet savas vagy bázikus/lugos. A vízmolekulák HOH (hagyományosan írva H2O) gyengén disszociábilisak azaz kis mértékben ionos formában vannak jelen. A tökéletesen semleges (sem savas sem bázikus) vízben a H+ és az OH- ionok koncentrációja egyenlő. A pH érték a hidrogén ion koncentrációjának a mértéke: ennek az értéke a vízkezelés majd minden fázisában fontos, beleértve a biológiai vízkezelést is. A savas víz pH-ja kisebb 7-nél és a legtöbb fékpad gyártó felhívja a figyelmet arra, hogy a víz pH-ja 7…9 között legyen, az ideális tartomány 8 8,4 között van. Egy adott vízellátás teljes kémiai és biológiai elemzésének az elkészítése komplex feladat. Sok vegyület – foszfátok, szulfátok, nátrium-klorid, szénsav-anhidrid – befolyásolja a víz minőségét, az anhidridek oxigéntartalmuknál fogva a vizet agreszszív korrozivvá teszik.
Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
3-7
A vízminőség ellenőrzése ki kell hogy terjedjen a baktériumok, algák és nyálkaképzők (legionárius betegség) visszaszorítására Az idevágó szakkönyvek és szabványok tartalmazzák a korrózió és a vízkőképződés elleni adalékokat, valamint a koncentrációjuk méréséhez szükséges vegyvizsgálatokat és útmutatást adnak a hűtővíz rendszerek tisztítására és üzemeltetésére.
3.3.4 A fékterem hűtővízrendszerének kialakítása A féktermek hűtővízrendszerei a következők szerint csoportosíthatóak
•
keverőtornyos hűtőrendszer, frissvíz hűtéssel
•
nyitott (nyomásmentes) motor- és fékpadhűtő rendszer (a motort és a fékpadot ugyanaz a folyadékrendszer hűti) nyitott (nyomásmentes) fékpadhűtő rendszer és hőcserélő a motor zárt hűtőrendszerében keringő folyadék részére
• •
zárt többkörös hűtőrendszer a fékpad és a motor hűtésére
Keverőtornyos hűtőrendszer Ha a motort nem kell speciális hűtőfolyadékkal járatni, ez a legegyszerűbb – de a víz árának emelkedésével egyre kevésbé gazdaságos – megoldás. Amíg a motor a beállított hőmérsékletet el nem éri, addig a keverőtoronyba nem folyik hálózati víz, majd alul annyi hálózati víz folyik a toronyba, amennyi melegvíz felül kifolyik. A torony tetején normál jármű-hűtősapka teszi lehetővé a rendszer feltöltését. Nyitott (nyomásmentes) motor- és fékpadhűtő rendszer A padlószint alatti víztartályt egy fal hideg- és meleg medencére osztja. A fal alján kisebb nyílás van a vízleeresztés céljára, a fal teteje kb. 50 mm-rel van a normál folyadékszint alatt. Az épület tetején lévő (többnyire párologtató) hőcserélőbe nyomó szivattyú olyan teljesítményű, hogy a vízmennyiség percenként egynél kevesebbszer forduljon meg. A a meleg medencéből szűrőn keresztül szállított viz a külső hőcserélőből a hideg medencébe folyik vissza. A motorhoz és a fékpadhoz a hideg medencéből kerül a folyadék, és a melegaknába folyik vissza. A párolgási és egyéb folyadékveszteséget szintszabályozó szelepen hozzáfolyó víz pótolja. Amennyire lehet, meg kell előzni, hogy a szivattyúk szívócsövébe levegő kerüljön. A szívócsövet minél messzebb kell a visszafolyó csőtől elhelyezni, a visszafolyás folyadékszint alá történjék. Perforált lemezzel is le lehet választani a levegőbuborékokat. Gondolni kell arra is, hogy váratlan energiakimaradás ne okozhasson motorkárosodást. Nagyobb motorok esetén érdemes készenléti ejtőtartályról gondoskodni, hogy a motor leállítására legalább egy minimális idő rendelkezésre álljon. A motorfékpad folyadékát szállító szivattyú nyomásának lehetőleg állandónak kell lennie, különben a motor járása nem lesz egyenletes. Ehhez megfelelő teljesítményű, lapos nyomás/térfogatáram karakterisztikájú szivattyúra van szükség, amely a legnagyobb folyadékáramnál is képes a fékpad gépkönyvében megadott nyomást fenntartani. A vízrendszer tervezése és kivitelezése szaktudást és nagy gyakorlatot igényel. Nyitott (nyomásmentes) fékpadhűtő rendszer és hőcserélő a motor zárt hűtőrendszerében keringő folyadék részére
Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
3-8
A legtöbb esetben különválasztják a motor folyadékhűtését a fékpad vízhűtőrendszerétől. Ennek a következő előnyei vannak:
•
a motort megfelelő hűtőfolyadék hűtheti
•
a motorhűtő-folyadék hőmérséklet-szabályozása pontosabb, mint az előzőekben ismertetett rendszereknél alkalmas arra, hogy a motorolaj és/vagy tüzelőanyag hőmérsékletének szabályozására másodlagos hűtőrendszereket lehessen kialakítani, különböző folyadék-hőmérsékletek állíthatók be.
•
Az 51/3 ábra egy ilyen rendszer nézetét és egyszerűsített áramlási vázlatát mutatják. A felső tartály/hőcserélő kombináció különösen hasznos szerkezet. A motorhűtő töltőnyílását a járműmotoroknál használt kettős szelepes hűtősapka zárja, és ezáltal a vizsgált motor ugyanolyan nyomásviszonyok között működhet, mint a járműben. Bizonyos motorvizsgálatokat a motor saját vízszivattyúja nélkül kell elvégezni, ez esetben a motorlaboratórium vízkörébe kell egy keringető szivattyút iktatni, ez olyan lehet, mint amilyeneket a lakóházak központfűtés-rendszeriben használnak. Az egyszerű karbantartás érdekében a hőcserélőt minél kevesebb szerelési munkával kell kivehetővé tenni, és a csővezetékeknek is a lehető legegyszerűbbnek kell lennie. Az olajhűtő rendszer is fontos része a rendszernek. A teljes rendszernek a motor olajszintje alatt kell lennie, mert így nem töltődhet túl az olajteknő, és így lehetséges egy olaj-előmelegítő rendszer beépítése. Ennek a szerkezetnek a használatánál nem szabad elfeledkezni arról, hogy az olaj túlmelegítése a krakkolódást okozhat. Mivel számos esetben fontos a pontos hőmérséklet-szabályozás, érdemes az ilyen olajkondicionáló egységet mindig használni. A hűtőfolyadék és az olaj hőmérsékletének egymástól független vezérlése a legjobb megoldás. A teljes hűtőegységet célszerű a fékpad mögött elhelyezni, hiszen mindkettőt ugyanaz a külső vízrendszer hűti, és a motorhoz vezető tömlők a fékpad alatt elhelyezhetők. Zárt, többkörös folyadékrendszer Míg a hidraulikus motorfékek szabad vízhozzávezetést igényelnek, a villamos örvényáramú motorfékpadok nyomás alatti vízzel is hűthetők. Az ilyen rendszer kialakítása speciális szakembert igényel.
3.3.5 A hűtőközeg- és a motorolaj-hőmérséklet szabályozása A hűtőközeg hőmérsékletének szabályozása nehéz feladat, kivéve azt a speciális esetet, amikor a hűtőrendszer termikus karakterisztikája éppen megegyezik a vizsgált motor igényeinek. Kis terheléseknél még ebben az esetben is nehéz állandó hőmérsékleteket tartani. Nagyobb az instabilitás, ha a motor sokkal kisebb, mint a hűtőrendszer kapacitása. A hűtőrendszer kapacitása fontos tényező, ha nagyon eltérő teljesítményű motorokat kell vizsgálni célszerű különböző, a motorhoz illeszkedő kapacitású hűtőt beszerelni a rendszerbe. A leggyakrabban használt hőmérsékletvezérlő szerkezet a termosztát. Ha a primer kör vízhőmérsékletét szabályozzuk, annak az az előnye, hogy a motoron átáramló vízmennyiség nem változik, és ennek köszönhetően a terhelés változtatására kevésbé reagál a rendszer. A hűtőfolyadék motorból kilépő csonkjánál elhelyezett hőmérsékletadó és a hűtőnél elhelyezett hőmérsékletvezérlő szerkezet távolság és az időbeli késedelem hatása jelentős lehet, ezért a motor és a hűtőegység közötti távolság minimális értékére kell törekedni. Leggyakrabban a fékpad mögé helyezik a hűtőegy-
Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
3-9
séget, és a vízet a fékpad alatti csövekben vezetik a motorhoz és vissza. Visszhangmentes (süket-)teremben, amelynél a hőcserélő szükségszerűen távolabb van a motortól elhelyezve, szükség lehet arra, hogy külön szivattyú gyorsítsa fel az áramlást, így csökkentve a késedelmet. Arányos vagy integráló szabályozás a legtöbb esetben megfelel, ügyelni kell azonban a termosztatikus szelep helyes bekötésére, ha ez nem megfelelő, akkor az átengedett folyadékáram kisebb a szükségesnél. A felsorolt tünetek összességét a hűtőrendszer hőtehetetlenségének is szokás nevezni. Más ipari folyamatok szabályozási rendszeréhez képest a motor fékpadi hűtési rendszere „gyors”.
3.3.6 Folyadékáramlási sebesség a hűtőrendszerben A hűtőrendszer csöveiben a kavitáció megelőzése érdekében a sebesség ne legyen nagyobb 3 m/s-nál, de 1,5 m/s-nál kisebb se legyen, hogy az esetleges lerakódásokat magával vigye. Gravitációs kifolyásoknál 0,6 m/s-nál ne legyen nagyobb a sebesség. Célszerű lehetőleg egyenes csövekből összeállítani a rendszert, könyökcsövek helyet ívelt csövekből.
3.3.7 Folyadék-folyadék hőcserélő A hőcserélők gyártói egyszerű tervezési segédleteket ajánlanak adott teljesítményű hőcserélők méreteinek és átfolyásának meghatározására. Ideiglenes megoldásként egy vízfürdőbe helyezett megfelelő méretű gépjárműhűtő is megfelelő lehet.
3.4 A szellőző rendszer A helyiséget hatékony szellőző-berendezéssel is el kell látni. A szellőzéssel bejuttatott levegőt télen fűteni, nyáron lehetőség szerint hűteni kell (51/4. ábra).
3.5 A beszívott levegő A motorba beszívott levegő állapota (nyomása, hőmérséklete, nedvességtartalma és tisztasága) a motor rteljes A beszívott levegő kondicionálása Központi légkondenzátor Egészség és biztonság
3.6 A kipufogórendszer A lehetséges megoldások (51/5. ábra):
•
Egyedi, zárt kipufogórendszer
•
Egyedi rendszer elszívó csatornával
•
Több motor, közös elszívócsatornával
Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
3-10
A fékterem kialakításánál különös gondot kell fordítani az égéstermékek elvezetésére. Több fékpad esetén aknában vezetett gyűjtőcsőbe vezetik a kipufogógázokat. Kifogástalan gázelvezetést általában csak mesterséges elszívással lehet elérni. A ventilátor élettartama szempontjából a közvetlen elszívásnál kedvezőbb az ejektoros megoldás. A zaj csökkentése érdekében a kipufogó-vezetékbe nagy térfogatú hangtompítókat építenek be. Pontosabb mérésekhez közös gyűjtőcsövet csak akkor szabad alkalmazni, ha az a motor üzemét nem befolyásolja. Ennek csak szükséges – de nem elégséges -- feltétele a rendszer áramlási ellenállásának azonossága. Ha a motort a saját kipufogórendszerével vizsgáljuk, ennek végét hézaggal kell az elszívó csatornához illeszteni. Így lényegében nem alakulhat ki depresszió a kipufogócső végénél - ami a méréseket meghamisítaná - viszont az égéstermékek teljesen eltávoznak a helyiségből. Ez baleset-megelőzési szempontból is alapvető fontosságú.
3.7 A fékterem energiaegyensúlya Fékterem energiaegyensúlyi egyensúlyát az 51/6. ábra mutatja
Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
4-11
3.8 A fékpad alapozása, a motor fékpadra helyezése A fékpadok a motorral közös vagy különálló gépalapra erősíthetők fel. A belsőégésű motort hasonlóan rugalmasan kell a gépalapra erősíteni, mint ahogyan az a járműben felerősítésre kerül. Egyes esetekben ettől el lehel – el kell – térni, mert a tömegviszonyok eltérőek, vagy a járműben a váltóházon is vannak felerősítési pontok. A felerősítés tökéletlensége miatt meg nem engedhető lengésjelenségek, rezonancia alakulhat ki. Ez egyrészt túlterheléseket, töréseket okozhat, másrészt a motor üzemét befolyásolhatja (pl. karburátoros motoroknál a rezgések hatására a benzinszint megemelkedik). A motor és a motorfékpad lehetséges és javasolt felerősítési lehetőségeit az 51/7. ábra szemlélteti. A motor és a fékpad közötti tengelykötéseknek is rugalmasnak és olyannak kell lennie, hogy a tengelyek között kisebb radiális, axiális és szögeltéréseket ki tudjon elégíteni. Legjobban a rugalmas betétes tengelykapcsolók váltak be (51/8. ábra). Gondosan ügyelni kell a gépalap elhelyezésére is. Az első és legfontosabb feltétel, hogy a gépalap ne legyen összeköttetésben a laboratórium épületével: a gépalapot külön aknában elhelyezett betontömbre kell állítani, rugalmas közeg közbeiktatásával. Ez lehet gumi- vagy parafalemez, de lehet acélrugók sorozata is. Az alapozás tömegeit és rugóállandóit úgy kell megválasztani, hogy az esetleges rezonancia ne az üzemi fordulatszám-tartományba essék. Gyakorlati tapasztalat, hogyha az önlengésszám több, mint 30 %-kal fölötte vagy alatta van a gerjesztő frekvenciának, akkor a rezonancia sem a mérés pontosságára, sem az épületre nincs káros hatással.
3.9 A fékterem berendezése (51/9. ábra) 4. A mérés és méréskiértékelés 4.1 Bejáratás 4.2 Mérés 4.2.1 Mérési pontok (3-6. ábra) 4.2.2 Jelleggörbék (3-7., 3-8. ábrák) 4.2.3 Jellegmező (3-9., 3-10. ábra) 4.2.4 Összehasonlító jellegmező (3-11. ábra) 4.3 Az eredmények számítása A motorfékpadi mérések elsődleges mérési értékei, amelyekből a fő jellemzők számíthatók, a következők
• n ′ - m tüzelőanyag-tömeg vagy V tüzelőanyag-térfogat elfogyasztása alatt megtett fordulatok száma [-]
• t - m tüzelőanyag-tömeg vagy V tüzelőanyag-térfogat elfogyasztásának időtartama [s]
Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
4-12
• F - a fékpad karján kifejtett erő [N] • V - az elfogyasztott tüzelőanyag térfogata [cm3] vagy • m - az elfogyasztott tüzelőanyag tömege [g] • ρ - tüzelőanyag-sűrűség [g/cm3] (csak térfogatméréses fogyasztásmérők esetén) A fő jellemzők számítása a következők szerint végzendő
4.3.1 Fordulatszám n=
60 ⋅ n ′ , 1/min t
4.3.2 Effektív teljesítmény Pe = M ⋅ ϖ , ahol
M = k⋅F (k a fékpad karjának hossza, m) és
ϖ=
2⋅Π⋅n , 1/s. 60
Ezeket behelyettesítve:
Pe = k ⋅ F ⋅
2⋅Π⋅n , 60
átalakítva
Pe =
F ⋅n . 60 2⋅Π⋅k
Ha k értékét úgy választjuk meg, hogy 60/(2⋅Π⋅k)= 10 legyen, a teljesítmény kW-ban kifejezve: F ⋅n Pe = , kW. 10000 Ehhez k =
6 = 0,955 mm hosszúságú fékkar szükséges. 2⋅Π
4.3.3 Effektív középnyomás Az effektív középnyomás négyütemű motornál definíció szerint (SI-egységekkel) pe = 2 ⋅
Pe , Pa. VH ⋅ n
Behelyettesítve a
Pe =
F ⋅n ,W 10
VH=VH[l]/1000 [m3] és n=n[1/min]/60 összefüggéseket Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
pe = 2 ⋅
4-13 F ⋅n 10
VH n ⋅ 1000 60
=
2 ⋅ 60 ⋅ 1000 1 12000 ⋅ ⋅F = ⋅ F , Pa, ill. VH VH 10
Pe =
12 ⋅ F , kPa. VH
4.3.4 Forgatónyomaték Általában M=k⋅F, N⋅m, k=0,955 m hosszú kar esetén M=0,955⋅F, N⋅m.
4.3.5 Óránkénti tüzelőagyag-fogyasztás Tömegmérés esetén
Bt =
m , g/s összefüggésből számítva t Bt =
3600 m m ⋅ = 3,6 ⋅ , kg/h. 1000 t t
Térfogatmérés esetén
Bt =
ρ ⋅V t Bt =
, g/s összefüggésből számítva
3600 ρ ⋅V ρ ⋅V ⋅ = 3,6 ⋅ , kg/h. 1000 t t
4.3.6 Fajlagos tüzelőanyag-fogyasztás A bt=Be/Pe összefüggés alapján B bt = t = Pe
3,6 ⋅
m [ kg / h] ⋅ 1000[ g / kg ] 1 t = 6 ⋅ 105 ⋅ m ⋅ , ill. 60 ⋅ n ′ F F ⋅ n′ ⋅ ⋅ 10000 t
bt == 6 ⋅ 105 ⋅ ρ ⋅ V ⋅
1 , g/(kW⋅h). F ⋅ n′
4.3.7 Tüzelőanyag-adag (dózis) Az egy munkaciklus alatt elfogyasztott tüzelőanyag-tömeg négyütemű motornál:
md = 2 ⋅
m , g, ill. z ⋅ n′ Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
4-14
md = 2000 ⋅
m , mg. z ⋅ n′
4.4 Az eredmények korrekciója normál légköri állapotra Különböző atmoszférikus körülmények között végzett mérések összehasonlítása akkor lehetséges, ha a mért értékeket (teljesítményt, nyomatékot, középnyomást, egyes esetekben a fogyasztási jellemzőket is) normál atmoszférikus értékekre (pl. 298 K hőmérséklet, 100 kPa légnyomás) számítjuk át. Az atmoszférikus feltételektől függően változik a motorba beszívott (vagy a feltöltő által szállított) levegő mennyisége. Mivel a tüzelőanyag mennyisége ezzel nem mindig arányosan változik, a következő két eset különböztethető meg:
• a beszívott levegő mennyisége és az elégetett tüzelőanyag arányosan változik egymással, vagyis a légviszony állandó és a töltet változik, • a tüzelőanyag mennyisége változatlan, de a beszívott levegő mennyiségének változása miatt a légviszony és a töltet változik. Elméletileg és gyakorlatilag egyaránt támadhatatlan összefüggést mindmáig nem sikerült felállítani, ezért különböző empirikus és félempirikus képleteket alkalmaznak. Legelterjedtebb formula a
Pe 0 =
p0 T ⋅ ⋅ Pe p T0
Részterheléseknél az összefüggések bonyolultabbak. Ezért és a képletek elvi bizonytalansága miatt igényes mérésekhez a motor által beszívott levegőt kondicionálják, vagyis automatikus berendezéssel nyomását és hőmérsékletét állandó értéken tartják.
4.5 A mérések pontossági analízise 4.5.1 Megbízhatósági tartomány A mérési eredmények mindig bizonyos hibát tartalmaznak. Ezek a hibák lehetnek rendszeres ill. véletlen jellegűek. A méréseredményt a rendszeres hibák torzítják, a véletlen hibák pedig bizonytalanná teszik. A rendszeres hibák kellő körültekintéssel, megfelelő szakértelemmel és gyakorlattal meghatározhatók és korrigálhatók (pl. hitelesítéssel). A véletlen hibák számos, figyelembe nem vehető hatás eredőjeként jönnek létre. Az általuk okozott bizonytalanság a valószínűség-számítás és a matematikai statisztika módszereivel határozhatók meg. Ha többször egymás után mérünk adott jellemzőt, akkor általában egymástól többékevésbé eltérő számokból álló sorozatot kapunk. A továbbiakban feltételezzük, hogy minden mérés azonos pontosságú volt. (Eltérő pontosságú mérések akkor fordulhatnak elő, ha pl. a fordulatok számából és az eltelt időtartamból számított fordulatszám esetén különböző mérési időtartamokat választunk. Ekkor ugyanis a mérési idő növekedésével nő a mérés pontossága is, az egyes méréseredményeket ennek megfelelő súlyozással kell figyelembe venni.) x1 , x 2 Κ x i Κ x n n-tagú méréssorozatból a valószínű értéket a sorozat számtani középértékeként kapjuk
Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
4-15
1 n ∑ xi n i =1
x=
Az így számított valószínű érték a valódi értékhez annál közelebb esik, minél kisebb az egyes mérések egymástól való eltérése, és minél több mérésből számítottuk a középértéket. A számtani közép azért is a legvalószínűbb érték, mert ezzel számolva a legkisebb a látszólagos hibanégyzetek összege. Az i-dik tag látszólagos hibája vi = x i − x . A látszólagos hibanégyzetek összege: n
∑v
2 i
= min.
i =1
A számtani középértékre vonatkoztatva a látszólagos hibák összege nulla. n
∑v
i
=0
i=n
Az utóbbi egyenlet a számtani középérték számításának ellenőrzésére is szolgálhat. A valószínű értéknek is van hibája. Ez a valódi érték és a valószínű érték különbsége. Ennek meghatározásához először a mérési sorozat egy mérésének a szórását (röviden: a szórást, vagy négyzetes középhibát) számítjuk ki. s=
n 1 ⋅ ∑ v i2 . n − 1 i =1
A szórásnak valószínűségi jellege van, és azt jelenti, hogy normál eloszlás esetén a méréseredmények 68,3 %-nak eltérése a pontos értéktől kisebb, mint s, 95,4 %-nak eltérése a pontos értéktől kisebb, mint 2s, 99,7 %-nak eltérése a pontos értéktől kisebb, mint 3s. A valószínű érték közepes hibája
m= ±
s⋅ t n
t = az alábbi táblázatból vehető u.n. Student-változó
Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
4-16
n
t p=68,3 %
p=99,7 %
3
1,32
19,2
4
1,20
9,2
5
1,15
6,6
6
1,11
5,5
8
1,08
4,5
10
1,06
4,1
20
1,03
3,4
50
1,01
3,1
100
1,00
3,1
200
1,00
3,0
A valószínű érték közepes hibája azt jelenti, mennyivel tér el a valószínű érték a pontos értéktől. Másképpen kifejezve a valószínű értékhez viszonyítva mekkora tartományban várható a pontos érték elhelyezkedése. Ezért a
+
s⋅ t n
és −
s⋅ t n
közötti sávot bizonytalansági vagy megbízhatósági tartománynak , idegen szavakkal konfidencia intervallumnak nevezik. A valószínűségi jelleg miatt nem feltétlenül esik a pontos érték a megbízhatósági tartományba, melynek szélessége a mérések szórásától, számától és a valószínűség mértékétől függ. A táblázatból látható, hogy a mérések számának növelése csak a kis n-eknél növeli jelentősen a pontosságot. Az előzőek alapján egy méréssorozat eredménye a következőképpen adható meg:
y=x±
s⋅t n
.
4.5.2 Hibaterjedés A mért mennyiségekből és szórásukból a számított mennyiségek és szórásuk a hibaterjedési függvény segítségével határozhatóak meg. Ha a számítandó mennyiség több, külön-külön is bizonytalan érték függvénye y = f ( x1 , x 2 ,... x v ) ,
akkor az eredő szórás a
Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
4-17 2
∂y 2 ⋅ s j sy = ∑ j =1 ∂ x j v
összefüggés alapján határozható meg. Ezzel az eredő megbízhatósági intervallum szélessége
my = ±
sy ⋅ t n
4.5.3 Számpélda 1. Teljesítménymérő fékpadon az F fékkarra ható erő egymás utáni, azonos pontosságú mérésének eredményei az alábbiak: Sorszám
1
2
3
4
5
6
7
8
F erő, N
115
114
116
117
114
116
118
115
A valószínű érték:
x=
1 n ∑ xi n i =1
x=
1 (115 + 114 + 116 + 117 + 114 + 116 + 118 + 115) N 8
x = 115,6 N . A szórás nagysága: n 1 ⋅ ∑ v i2 . n − 1 i =1
s=
vi = xi − x .
8
∑v
2 i
Sorszám
1
2
3
4
5
6
7
8
vj, N
-0,6
-1,6
0,4
1,4
-1,6
0,4
2,4
-0,6
vj2, N2
0,36
2,56
0,16
1,96
2,56
0,16
5,76
0,36
= 13,88
i =1
s=
13,88 = 1,41 N 7 A megbízhatósági tartomány 99,7 %-os valószínűséggel Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
m= ±
s⋅t n
=±
1,41 ⋅ 4 ,5 8
4-18
= ±2 ,2
(t értéke a táblázatból 4,5; n=8)
N
Az erő értéke tehát 115,6 ± 2,2 N. F ⋅n összefüggés alapján a motor teljesítménye 99,7 %-os 10000 és 68,3 %-os valószínűséggel az alábbi méréssorozat alapján:
2. Kiszámítandó az P =
Sorszám
1
2
3
4
5
6
7
8
F, N
115
114
116
117
114
116
118
115
n, 1/min
6000
6010
6018
5978
6028
6005
5982
5990
Az erő valószínű értéke és szórása az előzőek alapján x1 = F = 115,6 N
é s s1 = 1,41.
A fordulatszám megfelelő értékeit azonos módon lehet kiszámítani: x2 = n =
1 ( 6000 + 6010 + 6018 + 5978 + 6028 + 6005 + 5982 + 5990) 8
1 / min
x 2 = 6001 1 / min.
8
∑v
Sorszám
1
2
3
4
5
6
7
8
vj, 1/min
-1
9
17
-23
27
4
-19
-11
vj2, 1/min2
1
81
289
529
729
16
361
121
2 i
= 2127
i =1
s2 =
2127 = 17 ,4 1 / min 7
Az eredő szórása: 2
∂y ⋅ s 2j s y = ∑ i =1 ∂ x j v
összefüggés alapján határozható meg. Az effektív teljesítmény várható értéke: P=
F ⋅n 115,6 ⋅ 6001 = = 69,4 kW . 10000 10000
Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
Ebből
5-19
∂y ∂P ∂y ∂P n F = = = = . és ∂ x1 ∂ F 10000 ∂ x 2 ∂ n 10000
s1 = 1,41 és s2 = 17,4 értékekkel 2
2⋅
115,6 6001 2 2 sy = ⋅ 17 ,4 ⋅ 1,41 + 10000 10000
sy = 0,87 ≈ 0,9. 8 mérési pontot és t = 4,5 Student-együtthatót figyelembe véve (p = 99,7 %) a valószínűségi tartomány
m99 ,7 = ±
sy ⋅ t n
=±
0,87 ⋅ 4,5 8
= ±1,38 ≈ ±1,4.
68,3%-os valószínűséggel t = 1,08 m68 ,3 = ±
sy ⋅ t n
=±
0,87 ⋅ 1,08 8
= ±0,33 ≈ ±0,3.
A mérési eredmény tehát 99,7 %-os valószínűséggel P 69,4 ± 1,4 kW, és 68,3 %-os valószínűséggel P= 69,4 ± 0,3 kW. Relatív értékekkel számolva a bizonytalanság ± 2,0 %, ill. ± 0,4 %.
4.6 Vizsgálati jelentés, mérési jegyzőkönyv A jelentés részei:
• a vizsgálat célja és körülményei • alkalmazott berendezések és műszerek (4--1. ábra) • ellenőrzési, beállítási és karbantartási munkák 2a vizsgálat előtt és alatt • értékelés • mellékletek mérési jegyzőkönyvek (4-2. ábra) alkatrészek hibafelvétele stb.
5. Motorhajtóanyagok vizsgálata 5.1 Az oktánszám 5.1.1 Detonációs égés benzinmotorokban, kopogás Ha a benzinmotor sűrítési aránya, feltöltése, hőmérsékleti viszonyai és az alkalmazott benzin kompressziótűrése nincsenek egymással összhangban, akkor a motor Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
5-20
járása keménnyé válik, és erős kopogó vagy jellegzetes csilingelő hangot hallunk. A rendellenes égést kísérő hangjelenség oka a benzin-levegő keverék még el nem égett hányadának nagyon gyors égése, az ezzel járó nyomásnövekedés és a nyomáshullámok visszaverődése a henger falán. Míg normál égésnél a lángfront haladási sebessége néhányszor 10 m/s, ennél a rendellenes, úgynevezett detonációs égésnél egyes kutatók 300...1000 m/s, sőt 1500 m/s égési sebességet tételeznek fel. Mások szerint nem is lehet égési sebességről beszélni, mert a detonációs égésnél a még el nem égett keverék egyidejűleg lobban lángra. A nagyon gyors égés megnöveli a hengerben a nyomás- és hőmérsékletnövekedés sebességét. A henger közepes nyomása és hőmérséklete ugyan nem változik meg lényegesen, viszont megnő a hőátadás az égésteret határoló felületeken. Ez a motor túlmelegedését okozhatja, sőt, súlyosabb esetekben a dugattyú át is éghet. A gyors, ütésszerű nyomásnövekedés a forgattyús hajtómű mechanikus igénybevételét is növeli. Ilyen detonációs égés elsősorban nagy motorterheléseknél, kis fordulatszámoknál (amikor lusták vagyunk visszaváltani) és erős gyorsításkor alakulhat ki. A detonációs égés megelőzése a motor konstrukciós kialakításán kívül megfelelő kompressziótűrésű benzin alkalmazásával lehetséges. Másfajta, de hasonlóan káros hatású rendellenesség az égéstérben lévő valamilyen izzó lerakódás vagy túlmelegedett fémes rész okozta, a szikragyújtást megelőző korai gyulladás. A detonációs égéssel ellentétben az izzó lerakódások vagy felületek okozta gyulladás a legnagyobb teljesítménnyel üzemelő -- tehát nagy fordulatszámon erősen terhelt -- motorüzemben tapasztalható. Ezeket a rendellenes égésfolyamatokat a mindennapi életben összefoglalóan kopogásnak nevezzük.
5.1.2 Az oktánszám Benzinmotorok hajtóanyagainak legfontosabb motorikus tulajdonsága az oktánszám. Az oktánszám a benzin kompressziótűrésére jellemző mutatószám. Mérése úgy történik, hogy a minősítendő benzint i-oktánból (izooktán, C8H18) és n-heptánból (normál heptán, C7H16) készített keverékkel hasonlítják össze. Az i-oktán kompressziótűrése jó, az n-heptán viszont erősen hajlamos kopogásra. A minősítendő benzinnel kopogás szempontjából azonosan viselkedő keverék térfogatszázalékban kifejezett i-oktán tartalmát nevezik a benzin oktánszámának (OZ, Oktanzahl vagy ON, octane number). Ha pl. az azonos viselkedésű összehasonlító keverék 92 % i-oktánból és 8 % n-heptánból áll, akkor a benzin oktánszáma 92.
5.1.3 A benzin oktánszámának mérése Az oktánszám fajtái A kopogásra azonban a motor sűrítési arányán kívül más tényezőknek is hatása van: a motor égésterének kialakítása, a gyújtás időpontja, a fordulatszám, az üzemi hőmérsékletek, a légviszony (benzin/levegő arány) stb. Ezért az oktánszám mérésére egységes körülményeket kellett kialakítani. E körülmények milyenségétől függően különböző oktánszámok léteznek:
Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
5-21
• kísérleti oktánszám (Research-Oktanzahl, ROZ vagy research octane number, RON), • motorikus oktánszám (Motor-Oktanzahl, MOZ vagy motor octane number, MON), • országúti oktánszám (Strassen-Oktanzahl, SOZ vagy road octane number, Road ON), • frontoktánszám (Frontoktanzahl, FOZ, R 100).
5.1.3.1 Kísérleti és motorikus oktánszám A kísérleti és a motorikus oktánszámot laboratóriumban, külön erre a célra kialakított változtatható sűrítési arányú motoron mérik. A két világháború közötti USA-beli kutatómunka eredménye a Cooperative Fuel Research Commitee of the American Society of Automotive Engineers (az Amerikai Autós Mérnökegyesület Egyesített Hajtóanyag-kísérleti Bizottsága) által kifejlesztett CFR szabványmotor, melyet a Waukesha Motor Co. gyártott. A mérési előírásoknál figyelembe vették az összes befolyásoló tényező (légnedvesség, hőmérsékletek, fordulatszám, keverékképzés, gyújtásbeállítás stb.) hatását. Ezzel párhuzamosan a németországi Oppau-ban, az I.G. Farbenidustrie (Interessegemeinschaft Farbenindustrie = Festékipari Érdekközösség) kísérleti állomásán is kifejlesztettek egy változtatható sűrítési arányú egyhengeres motort. A cél az volt, hogy a mérési eredmények megegyezzenek a CFRmotoron mért értékekkel. 1945 óta ezt az I.G.-motort (a cég utódjáról) BASFmotornak hívják (Badische Anilin- und Sodafabrik = Badeni Anilin- és Szódagyár). A BASF-motor álló, egyhengeres, párologtató hűtéses motor, 4...12 között folyamatosan változtatható sűrítési aránnyal. A párologtató hűtéssel egyszerűen elérték, hogy a hűtővíz hőmérséklete minden szabályozás nélkül pontosan 100° C legyen. Furata 65, lökete 100 mm, lökettérfogata 332 cm3 (5-1. ábra). A motort aszinkron generátor terheli, amely a motor fordulatszámát állandó értéken tartja. Leadott teljesítménye 600 1/min fordulaton 0,6 kW; 900 1/min fordulaton 0,9 kW. A mérés maga a következőképpen történik: A motor bemelegítése után a. a vizsgálandó benzint betöltik a tüzelőanyag-tartályba. b. A karburátor úszószintjét (a benzin-levegő keverék légviszonyát) addig változtatják, amíg a kopogás legerősebben nem jelentkezik. A kopogás mértéke a hengerfejbe elhelyezett induktív elven működő adó jelét kijelző műszeren olvasható le. c. Ez után a motor sűrítési arányát úgy állítják be, hogy a kopogásérzékelő műszer közepes értéket mutasson. A továbbiakban a mérés folyamán a sűrítési viszonyt nem változtatják. d. Kimérik a kopogás-benzinszint összefüggésre jellemző domború görbét a minősítendő benzinnel, e. majd két, a minősítendő benzint villába fogó ismert összetételű i-oktán/nheptán keverékkel. f. A vizsgált benzin oktánszámát az 5-2. ábra szerint, interpolációval határozzák meg. A kísérleti és a motorikus oktánszám mérési eljárása azonos, csupán az üzemi feltételek különböznek. A CFR- és a BASF-motoron végzett mérések feltételei a beszívott benzin-levegő keverék hőmérséklet kivételével azonosak.
Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
Fordulatszám
Előgyújtás a forgattyús tengelyen mérve
5-22
Motorikus OZ
Kísérleti OZ
900 1/min
600 1/min
ε= 5,0-nél 26°
13°
ε= 5,5-nél 24°
állandó
ε= 6,0-nál 22° ε= 7,0-nél 19°
Keverékhőmérséklet, °C
149° a CFR-motornál 165° a BASF-motornál
Beszívott levegő hőmérséklet, °C
52°
A motorikus oktánszám mérési feltételei szigorúbbak, mint a kísérleti oktánszámé; ezért a kopogás a motorikus oktánszám mérésekor kisebb sűrítési aránynál jelentkezik, mint a kísérleti oktánszám mérésekor. A benzinkutaknál látható oktánszámok (92, 98 stb.) kísérleti oktánszámok. A hazai benzinkutaknál a következő változás tanúi lehetünk: először megszűnt a 86-os normálbenzin. Ezt követően a kutak többségénél 92-es és 98-as ólmozott és 95-ös ólmozatlan benzint árultak. (Az csak formális változás, hogy megváltoztak az elnevezések is: a 92-es benzint nevezik normál-, a 98-ast pedig szuperbenzinnek. Ez utóbbi a régebbi zöld szín helyett piros színezést kapott.) A 91-es ólmozatlan benzin bevezetésével fokozatosan megszűnt a 92-es ólmozott benzin árusítása is, majd 1999től a 98-a szuperbenzint is ólmozatlan kivitelben gyártják és árusítják. A motorikus oktánszám a kísérleti oktánszámnál kb. 10-zel kevesebb.
5.1.3.2 Frontoktánszám A frontoktánszám adott benzin 100° C alatt átdesztillálható (tehát könnyű) párlatainak kísérleti módszerrel meghatározott oktánszáma. Értéke a gyorsításokkor fellépő kopogási hajlamról tájékoztat.
5.1.3.3 Országúti oktánszám Az országúti oktánszám nemcsak a benzintől, hanem a gépkocsi és motorjának kialakításától is függ. Felműszerezett gépkocsiban (vagy motorfékpadon) határozható meg. A vizsgálat során az autót kis sebességről teljes gázzal végsebességig gyorsítják. Különböző i-oktán/n-heptán keverékekkel megismételve a gyorsítást az előgyújtást fokozatosan addig növelik, ameddig un. nyomkopogást (kismértékű, füllel még nem érzékelhető kopogást) nem tapasztalnak. Ennek alapján kalibrációs görbét rajzolnak, majd meghatározzák a vizsgálandó tüzelőanyag nyomkopogását. Ennek ismeretében a kalibrációs diagramból kiolvassák az adott gépkocsira vonatkozó úti oktánszámot (5-2. ábra). Ezzel a módszerrel határozható meg a gépkocsik oktánszámigénye: gyári alapelőgyújtás beállításával különböző kísérleti oktánszámú benzinekkel próbálkozva megkeresik azt a benzint, amelynél még nem lép fel nyomkopogás. Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
5-23
Az alapelőgyújtás csökkentésével kisebb oktánszámú benzinnel is lehet kopogásmentes üzemet biztosítani, ez azonban mind a motor teljesítményét, mind a fogyasztását kedvezőtlenül befolyásolja. Az oktánszámigény új motornál kisebb, a motor használata közben kezdetben jelentős mértékben, majd egyre lassabban nő, majd kb. 15 000 km után a gépkocsitípusra jellemző állandó értékre áll be.
5.2 A cetánszám A befecskendezett gázolaj gyulladásakor már - a gyulladási késedelem mértékétől függően - bizonyos mennyiségű, égésre előkészített gázolaj van az égéstérben. Ha a gyulladási késedelem nagy, nagyobb mennyiségű tüzelőanyag-mennyiség ég el túl gyorsan, szinte egyszerre, nagy dp/dα nyomásnövekedési sebességgel, mechanikai igénybevétel-növekedés és jellegzetes hangjelenség (kemény járást) kíséretében. A gyulladási késedelem nagysága elsősorban a motor jellemzőitől (égéstér, sűrítési csúcsnyomás és -hőmérséklet, porlasztás milyensége stb.), és a gázolaj gyulladási hajlamától függ. A gázolaj gyulladási hajlamának mérőszáma a cetánszám (CaZ, CN). Cetánból (C16H34, cetánszám = 100) és α-metil-naftalinból (C11H10, cetánszám = 0) készült keverékkel való összehasonlítással határozható meg. Adott gázolaj cetánszáma azt jelenti, hogy gyulladási hajlama azonos az azonos cetán-százalékot tartalmazó öszszehasonlító keverékkel. A jó gyulladási hajlamú (nagy cetánszámú) gázolaj gyulladási késedelme kicsi (gyulladási késedelem: a befecskendezés kezdetétől a gyulladás kezdetéig eltelt idő). Európában és az USA-ban egyhengeres vizsgálómotoron (pl. BASF), állandó gyulladási késedelemmel és változtatott sűrítési nyomással (de nem sűrítési viszonnyal!) határozzák meg a cetánszámot. A vizsgálómotor főbb adatai: egyhengeres, örvénykamrás dízelmotor, Párologtató hűtéssel. Furata 95 mm, lökete 120 mm, lökettérfogata 850 cm3. A sűrítési arány állandó, ε = 18,5. Indítását és terhelését villamos forgógép végzi. A tüzelőanyag-ellátás két, választható kalibrált mérőedény valamelyikéből történik, az adagolószivattyú szállítási mennyisége pontosan beállítható. A befecskendezés kezdetét a porlasztótű mozgását érzékelő induktív útadó, az égés kezdetét a hengerfejben lévő induktív adó jelzi, A két adó jele közti időtartam a gyulladási késedelem. A szívócsőben a légszűrő mögött Venturi-csöves áramlásmérő van, melynek legszűkebb keresztmetszetéhez depressziómérő csatlakozik. Az áramlásmérő után állítható pillangószelep van, amivel a beszívott levegő mennyisége és így a hengernyomás változtatható. Ez a gyulladási késedelmet befolyásolja. Kisebb hengernyomás nagyobb gyulladási késedelmet okoz. A mérési folyamat a következő: a. A motor melegre járatása után a fordulatszámot pontosan 1000 1/min-re, a tüzelőanyag-mennyiséget 20 cm3/150 s ± 5 %-ra állítják be. A befecskendezés kezdetét FHP előtti 20 °-ra állítják, a levegőáram vezérlő pillangószeleppel 20 °-os gyulladási késedelmet állítanak be. b. A depressziómérő állását leolvassák. c. Ugyanezt a mérést két különböző cetán/α-metil-naftalin keverékkel is elvégzik. Ezeket a keverékeket úgy választják meg, hogy • közrefogják a vizsgálandó keveréket és Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
6-24
• egymástól 5 cetánszámértékkel kisebbel térjenek el. A mért értékekből grafikus vagy numerikus módszerrel, interpolálással határozható meg a gázolaj cetánszáma.
6. Szabványos motorvizsgálatok A mérések ismételhetősége miatt a motorok laboratóriumi fékpadi vizsgálatait ill. ennek feltételeit nemzeti és nemzetközi szabványok rögzítik. Az egyes szabványok közötti fontosabb eltérések három fő csoportba sorolhatók:
• a motor felszereltsége (légszűrő, kipufogódob, generátor, hűtőventilátor, tüzelőanyag-tápszivattyú, víz- és olajszivattyú, stb.), • a normál állapotot meghatározó jellemzők (légnyomás, -hőmérséklet és -nedvesség) és • a korrigált jellemzők számítási módszereinek eltérése. Magyarországon a közúti járművek (személygépkocsik, tehergépkocsik, autóbuszok, vontatók, nyergesvontatók és speciális haszonjárművek) teljes terheléses motorméréseit az ENSZ EGB 15. és 24. sz. előírások szerint kell elvégezni és értékelni. Ezek az EGB előírások tartalmilag megegyeznek az ISO/DIS 1585 nemzetközi szabvánnyal. Mérés előtt a motort a gyártó előírásai szerint kell beszabályozni.
6.1 A motor felszereltsége A motort együtt kell mérni a következő berendezésekkel és alkatrészekkel:
• eredeti vagy azzal azonos áramlási ellenállású szívó- és kipufogórendszer, • levegő-előmelegítő (ha sorozat-felszerelés), • hűtőrendszer, • tüzelőanyag-tápszivattyú és -befecskendező rendszer, • generátor (a motor üzemeltetéséhez szükséges teljesítménnyel), • feltöltő berendezés (ha sorozat-felszerelés) és • a légszennyezést csökkentő berendezés (ha sorozat-felszerelés). Vizsgálat előtt eltávolítandó a motorról minden olyan tartozék és berendezés, amely nem közvetlenül a motor üzemét szolgálja, pl.:
• féklevegő-sűrítő • szervokormány-szivattyú, • légrugó-légsürítő, • légkondicionáló berendezés stb.
6.2 A normál állapot jellemzői • viszonyítási hőmérséklet To = 298 K,
Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
6-25
• viszonyítási szárazlevegő-nyomás posz = 99 kPa (ez az érték 100 kPa levegőössznyomást és 1 kPa parciális vízgőznyomást tételez fel). 6.3 A korrigált teljesítmény számítása (6-1. ábra)
6.3.1 Szívó és feltöltött benzinmotorok A korrigált teljesítményt a P0 = α a ⋅ P
összefüggéssel kell számolni, ahol 1, 2
0,6
99 T αa = . psz 298
Az összefüggésben psz a száraz légnyomás (parciális vízgőznyomással csökkentett össznyomás), kPa; T a motorba beszívott levegő hőmérséklete, K.
6.3.2 Dízelmotorok A korrigált teljesítmény P0 = α d ⋅ P.
Az αd korrekciós tényező az fa atmoszférikus tényezőből és a motortól ill. annak beszabályozásától függő fm motortényezőből számítható:
α d = ( fa )
fm
.
Az atmoszférikus tényező - szívó és mechanikus feltöltésű motoroknál: 0,7
99 T fa = , psz 298
- turbótöltött motoroknál: 0,7
1,5
99 T fa = . psz 298
A motortényező értéke az 1 liter hengertérfogatra számított helyesbített tüzelőanyagadag értékétől függ. Ez utóbbi a qc =
q mg/(l⋅ciklus) r
összefüggéssel számítható, amelyben q az 1 liter lökettérfogatra átszámított dózis, r a töltősürítő nyomó- és szívócsonkja közötti nyomásviszony (szívó motornál r = 1). Ezzel a motortényező, ha 40 < qc < 65
f m = 0,036q c − 114 , . Ha viszont Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
6-26
qc < 40 mg/(l⋅ciklus), akkor fm = 0,3 és ha qc > 65 mg/(l⋅ciklus), akkor fm = 1,2. Az ílymódon számított korrekciós tényezőnek 0,93 ≤ αa ≤ 1,07 ill.
benzinmotornál
0,9 ≤ αd ≤ 1,1
dízelmotornál értékek közé kell esniük.
6.4 Mérési feltételek Az előírás szerint az egyes mért jellemzők pontosságának, az érzékelő elhelyezésének és a mérési körülményeknek az alábbi feltételeknek kell eleget tenniük: Jellemző
Pontosság
Az érzékelő
Feltételek
helye forgatónyomaték a mért érték ± 1 %-a
Két, egymástól legfeljebb 2 %-kal eltérő mérés középértéke
(a mérési tartomány alsó felében ± 2 %-a) fordulatszám
a mért érték ± 0,5 %-a
tüzelőanyagfogyasztás
a mért érték ±1%
tüzelőanyaghőmérséklet
±2K
levegőhőmérséklet
±2K
légköri nyomás
± 100 Pa
Megengedett ingadozás ± 1 % vagy ± 10 1/min (a nagyobb érték) l. forgatónyomaték a karburátor vagy be- benzinmotor: fecskendezőszivattyú gy.sz.*±5 K vagy előtt 298±5 K, dízelmotor: gy.sz.±3 K vagy 313±3 K benzinmotor: a légszűrőtől vagy a szívónyílástól≤0,15 m 288...308 K, dízelmotor: 283...313 K fékterem
relatív légnedvesség
fékterem, a szívónyílás közelében
szívócsőnyomás ± 50 Pa
szívócső
kipufogócsőnyomás
± 200 Pa
a gyűjtőcső végétől 0,15 m-re
psz = 90...110 kPa
eredeti légszűrő, vagy gy.sz.±100 Pa eredeti kipufogódob, vagy gy.sz.±1 kPa
Emőd István
Műszeres motorvizsgálat
6-27
hűtőfolyadékhőmérséklet
motorból való kilépésnél
hűtőlevegőhőmérséklet
gy.sz.
gy.sz.±5 K, vagy 353±5 K
gy.sz. maximum K olajteknő vagy olajhű- gy.sz. tő kilépés
motorolajhőmérséklet
+0 −20
* gy.sz. gyártó szerinti adat
6.5 A gyártó által megadott (deklarált) értékek tűrései (6-2. ábra) 6.5.1 ENSZ-EGB A mért nettó teljesítmény típusvizsgálatnál ±2 %-kal (sorozatvizsgálatnál ±5 %-kal térhet el a deklarálttól, ±1,5 % fordulatszámhatárok között.
6.5.2 ISO-DIS 1585 Teljesítmény (nettó): Névleges teljesítmény:
• ±2 % fordulatszám-tartományon (ha fordulatszám-tartományt adnak meg akkor ahhoz képest) belül legyen legalább egy olyan pont, ahol a teljesítmény 100-a %-nál nagyobb • sehol sem lehet a teljesítmény 100+a %-nál nagyobb Egyéb teljesítmény:
• a mért érték a megadott értéktől legfeljebb ±d % -kal térhet el Forgatónyomaték Névleges forgatónyomaték:
• ±2 % fordulatszám-tartományon belül legyen legalább egy olyan pont, ahol a teljesítmény 100-b %-nál nagyobb • sehol sem lehet 100+b %-nál nagyobb Egyéb forgatónyomaték:
• a mért érték a megadott értéktől legfeljebb ±d % -kal térhet el Fajlagos tüzelőanyag-fogyasztás minimum:
• legyen legalább egy olyan pont, ahol a fogyasztás kisebb, mint a megadott érték + c % A betűk értéke táblázatosan:
típusvizsgálat
a
b
c
d
2
5
2
4 Emőd István
Műszeres motorvizsgálat sorozatvizsgálat
6-28 5
6
4
6
Emőd István
