MENDLOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA
DIPLOMOVÁ PRÁCE
BRNO 2008
Bc. MICHAL URBÁNEK
Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav automobilové dopravy
Měření vybraných provozních parametrů automobilů Diplomová práce
Vedoucí diplomové práce: Doc. Ing. Miroslav Havlíček, CSc. Brno 2008
Vypracoval: Bc. Michal Urbánek
PROHLÁŠENÍ
Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Měření vybraných provozních parametrů automobilů vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně .
V Brně dne……………………………... podpis diplomanta……………………...
PODĚKOVÁNÍ Děkuji tímto vedoucímu diplomové práce doc. Ing. Miroslavu Havlíčkovi, CSc. za odborné vedení, cenné rady a připomínky ke zpracování tématu diplomové práce. Dále také děkuji Ing. Jiřímu Čuperovi a Ing. Vítu Podlipnému za odborné vedení praktického měření, také opět děkuji Ing. Jiřímu Čuperovi za zapůjčení měřeného vozidla..Děkuji také rodičům za podporu při studiu Mendlovy zemědělské a lesnické univerzity.
Annotation: The object those diploma work is measuring parametres the automobiles and it on the test bench UT and AD MZLU in Brno. First was necessary acquiant the fundamental informations about of the process measuring which is substance acquisition values and testifying about state measuring´s object.Further is here to mentioned desription the test bench which serves to measuring parametres the automobiles without necessity demouting of the engine which to continue desription and characterization UT and AD MZLU in Brno.Follow measuring choice parametres.Further then tabular and graphics processing these adventitious datums.
Keywords: measuring, engine, bench, parameter, output, torsional moment
Anotace: Cílem této diplomové práce je měření parametrů automobilů a to na vozidlové zkušebně ÚT a AD MZLU v Brně. Nejdříve bylo nutné seznámit se s základními informacemi o procesu měření, které je podstatou získávání hodnot a vypovídá o stavu měřeného předmětu. Dále je zde uveden popis vozidlové zkušebny, která slouží k měření parametrů automobilů bez nutnosti demontáže motoru. Na kterou navazuje popis a charakteristika zkušebny ÚT a AD MZLU v Brně. Následuje měření vybraných parametrů. Dále pak tabulkové a grafické zpracování těchto získaných údajů.
Klíčová slova: měření, motor, zkušebna, parametr, výkon, kroutící moment
Obsah: 1
ÚVOD......................................................................................................................7
2
ÚVOD DO MĚŘENÍ PARAMETRŮ AUTOMOBILŮ .....................................9
3
2.1
Definice a cíle měření: .................................................................................9
2.2
Základní pojmy v procesu měření................................................................9
2.3
Chyby měření.............................................................................................11
2.4
Zkoušení a měření parametrů.....................................................................11
2.5
Vozidlové zkušebny...................................................................................11
VOZIDLOVÁ ZKUŠEBNA PRO OSOBNÍ AUTOMOBILY.........................13 3.1
4
VOIDLOVÁ ZKUŠEBNA ÚT A AD MZLU V BRNĚ ....................................16 4.1
5
6
Typy zkušebních zařízení ..........................................................................14
Prováděné zkoušky na daném dynamometru.............................................17
MĚŘENÍ ...............................................................................................................18 5.1
Popis měření...............................................................................................18
5.2
Měřený automobil......................................................................................20
5.3
Vlastní měření............................................................................................21
5.4
Měřené parametry ......................................................................................23
5.5
Použité přístroje k měření ..........................................................................25 5.5.1
Vozidlový dynamometr 4VDM E120-D ........................................25
5.5.2
Diagnostický tester TS Pro .............................................................25
VYHODNOCENÍ NAMĚŘENÝCH PARAMETRŮ .......................................28 6.1
6.2
6.3
Naměřené parametry..................................................................................28 6.1.1
Naměřené parametry ze zkušebny ..................................................28
6.1.2
Naměřené a vypočítané parametry z řídící jednotky ......................29
Grafické znázornění naměřených parametrů .............................................32 6.2.1
Grafické znázornění naměřených parametrů ze zkušebny..............33
6.2.2
Grafické znázornění naměřených parametrů z řídící jednotky .......36
Porovnání vyhodnocených hodnot ze zkušebny s řídící jednotkou ..........39
7
ZÁVĚR..................................................................................................................41
8
POUŽITÁ LITERATURA..................................................................................42
9
SEZNAM OBRÁZKŮ:........................................................................................43
10
SEZNAM TABULEK:.........................................................................................44
11
PŘÍLOHY.............................................................................................................45
1
ÚVOD Nejvýznamnější část historie automobilů se začala psát koncem 18. století, kdy
byly realizovány první úspěšné pokusy s vozidly poháněnými parním strojem. Počátek 19. století byl stále doménou parních strojů, které se postupně zlepšovaly a zrychlovaly. Nic to ovšem neměnilo na jejich provozní náročnosti a těžkopádnosti. Zvrat nastal ve druhé polovině 19. století, kdy se konstruktérům podařilo zprovoznit první spalovací motory. Motorismus pomalu získával stoupence v mnoha zemích Evropy a Ameriky. V letech 1862 až 1866 vyvinul Nicolaus Otto první čtyřdobý spalovací motor. Vlastní vývoj dnešních automobilů začal v roce 1885. V roce 1897 pak Rakušan Rudolf Diesel sestrojil první provozuschopný vznětový motor. Prvním automobilem zkonstruovaným na území dnešní České republiky byl v roce 1897 Präsident. Koncem 19. století se rovněž objevily první elektromobily. Soutěž mezi automobily s parním, elektrickým a spalovacím motorem trvala téměř až do konce prvního desetiletí 20. století. Poté začaly dominovat automobily se spalovacím motorem. V dopravě zvítězily spalovací motory hlavně díky vysokému výkonu a snadné skladnosti kapalných pohonných hmot. Ve dvacátém století se benzínem či naftou poháněné automobily staly nejvýznamnějším dopravním prostředkem. V dnešní době si společnost nedokáže svůj každodenní život bez automobilů představit. Používají se jak k osobním účelům, tak k hromadné přepravě osob nebo nákladu. Dnešní podoby automobilů mají málo společného od svých předků. Postupem času se zdokonalovali a dále určitě zdokonalovat budou, hlavně v přechodu na jiný druh pohonu či paliva. Díky vysokému znečištění výfukovými plyny se konstruktéři snaží vyrobit velmi úsporná auta, sázejí na elektromobily či vozidla, které bude pohánět vodík. Pomineme-li alternativní druhy pohonu hrají vznětové a zážehové motory hlavní roli. Rozdílem mezi těmito motory je spalování, u zážehového motoru se směs paliva a vzduchu zapluje jiskrou ze zapalovací svíčky, kdežto u vznětových motorů dochází ke vznícení vstřiknuté dávky paliva ve stlačeném vzduchu. 7
Dnešní konstruktéři se snaží využít co nejlépe vlastnosti těchto motorů s důrazem na hospodárnost. Proto automobily podstupují různé testování a měření, hledají se co nejlepší provozní parametry. V mé diplomové práci se zaměřuji na měření vybraných provozních parametrů osobních automobilů. Měření parametrů se provádí buď na válcové zkušebně nebo na motorové brzdě. V této práci provádím měření na válcové zkušebně.
8
2
ÚVOD DO MĚŘENÍ PARAMETRŮ AUTOMOBILŮ
2.1 Definice a cíle měření: Všeobecně cílem měření je zjistit buď jen velikost či množství dané veličiny, to je její kvantitativní charakter naho její průběh v daném čase či v dané závislosti na jiné veličině, to je její kvalitativní charakter. S přihlédnutím k uvedeným cílům je možno podat tuto definici měření: měření je proces snímání, přenosu a zpracování informace s cílem zjistit kvantitu dané veličiny nebo kvalitu jejího průběhu, a to v podobě ne nejvhodnější pro další použití. Snímání informace se děje experimentálním srovnáním měřené veličiny s hodnotou zvolenou za jednotku (Ondráček,1989).
2.2 Základní pojmy v procesu měření Přístroj, kterým se měření provádí, se nazývá měřící přístroj, jehož součásti , trvale nebo přechodně k němu přiřazené, nazýváme příslušenství měřících přístrojů. Souhrn několika měřících přístrojů samostatných a od sebe navzájem oddělitelných je měřící souprava. Tvoři-li měřící přístroje trvale propojený a účelně sestavený soubor, jde o měřicí zařízeni. Souhrn všech prostředků , jimiž se realizuje potřebné měření a zkoušení, se označuje jako měřící technika (Ondráček, 1989).
Přístroje a zařízení pro měření můžeme členit podle různých hledisek: a) podle měřené veličiny : •
měřicí přístroje pro měření elektrických veličin
•
měřicí přístroje pro měření neelektrických veličin
,.
b) podle výstupní veličiny •
měřící přístroje digitální – výstupní veličina nabývá nekonečně mnoho hodnot
•
měřící přístroje analogové – výstupní veličina nabývá nespojitě konečný počet hodnot
Zmiňované typy měřících přístrojů umožňují měřenou veličinu buď zaznamenávat nebo znázorňovat.
9
c) podle konstrukčního provedení: •
provozní
•
laboratorní
d) podle účelu měření: •
jednoúčelové
•
univerzální
Samotné měření lze rozdělit podle druhu a metody měření na: •
výzkumná měřeni
•
vývojová měřeni
•
přejímací a kontrolní měřeni
•
provozní a diagnostická měřeni
•
pro výukové účely měřeni
Přístroje pro měření musí svou konstrukcí a přesností zajistit dosažení stanovených cílů měření, to dosáhneme použitím, pro danou veličinu, správného měřícího přístroje. To znamená že například pro výzkumná měření je nutno použít měřící zařízení s vysokou přesnosti, často bude dané zařízení jednoúčelové.Oproti tomu k provoznímu měření bude použito univerzální měřící zařízení s běžnou přesností, které nám zajistí dosažení žádaného cíle. Pro všechny tyto druhy měření lze použít jak metodu přímou tak i metodu nepřímou. U přímého měření se využívá
získání výsledků odečtením údajů z měřícího
přístroje, například určení otáček z údajů otáčkoměru. Nepřímé měření je takové měření, u kterého se výsledek získává výpočtem ze vzorce, do něhož se dosazuje jedna či více naměřených hodnot. Výpočtovou část může provést samotné měřící zařízení nebo jeho příslušenství, například zjištění výkonu motoru získáme pomocí naměřených otáček motoru a jeho točivého momentu a pak výpočtem výkonu. Popsaná měření můžeme provádět bodovou metodou, kdy pro nastavený parametr nezávislé veličiny zjišťujeme na něm závislou veličinu, kde ostatní veličiny považujeme za konstantní. Naměřenými body pak vedeme čáru, která je hledanou závislosti .Zmíněná metoda se používá při většině měření na motorech. Náročnější je
10
měření spojité, jde o získání dynamických charakteristik, tedy časově proměnných veličin. Nezbytným a základním prvkem tohoto měření je převodník – snímač, kupříkladu teploty, tlaku, otáček podobně na veličiny elektrické, které lze dále zpracovávat, tzn. upravit a provést zápis pomocí registračního přístroje. Zápis může být liniový či souřadnicový (Ondráček, 1989).
2.3 Chyby měření Úkolem měření je vždy určit hodnotu sledované veličiny. Zpracované hodnoty měření jsou však nevyhnutelně zatížené chybami, které při měření vznikají. Chyba měření je taková hodnota, o kterou se liší hodnota zjištěná měřením od skutečné hodnoty měřené veličiny. Úrovní vzniklých chyb je pak dána přesnost měření. Výsledek měření jehož přesnost není známe je bezcenný.
2.4 Zkoušení a měření parametrů Lze provádět jako měření samostatné části - motor, tlumič atd., kde je nutná demontáž a umístění na příslušné měřící zařízení nebo jako celku – celého automobilu, to je měření na vozidlové zkušebně. Má práce je zaměřená na měření parametrů na vozidlové zkušebně tudíž se o zbývajícími možnostech měření nezmiňuji.
2.5 Vozidlové zkušebny Ve zkušebnictví vozidel se vedle praktických jízdních zkoušek používají ke zjišťování výkonových, funkčních a brzdných vlastností vozidlové zkušebny. Zkoušení vozidel na válcových zkušebnách je založeno na principu reciprocity, který spočívá v tom že zkoušené vozidlo stojí a „vozovka“ se pohybuje. Pohybující se vozovkou jsou otočné válce, na kterých (podle druhu zkušebny) spočívají hnací kola vozidla nebo všechna kola (Vlk, 2005). Schéma vozidlové zkušebny je na obr. 1. Zkušebny zaručují zkušební podmínky a poskytují naměřené hodnoty, ale mohou simulovat různé jízdní stavy podle skutečných jízdních zkoušek
11
Zkoušení na válcových stanicích má nesporně mnoho výhod: konstantní klimatické podmínky (tlak, teplota, vlhkost, síla větru) a konstantní provozní podmínky (je vyloučen vliv na řidiče, okolní doprava, atd.).
Obr 1 Schéma uspořádání válcové vozidlové zkušebny
12
3
VOZIDLOVÁ ZKUŠEBNA PRO OSOBNÍ AUTOMOBILY K měření výkonu spalovacího motoru vozidla bez nutnosti demontáže na zkušebnu
motorů slouží válcový vozidlový dynamometr. Jeho činnost lze zjednodušeně popsat následovně. Spalovací motor přenáší výkon na hnací kola vozidla, ta třením roztáčí zkušební válce dynamometru (z konstrukčního hlediska se může jednat o jednoválcové či dvouválcové výkonové zkušebny)(www.mendelu.wz.cz).
Obr 2 Monoválce K válci je připojeno zařízení (existují vířivé, hydraulické či elektrické brzdy ), které klade otáčejícímu se kolu brzdný odpor a umožňuje regulaci jeho velikosti. Tento brzdný moment vyvolává reakční moment stejné velikosti ale s opačným smyslem a jelikož válce jsou spojeny s rotorem brzdného zařízení a poháněny koly vozidla, přenáší se reakční moment přes stator na siloměrné zařízení – tenzometr ( Tenzometr je typ snímače, který umožňuje transformaci mechanických veličin na elektrický signál.).
13
Obr 3 Tenzometr Měřením velikosti reakčního momentu lze určit obvodové hnací síly na kolech vozidla a při znalosti otáček, resp. rychlosti otáčení je možné vypočítat výkon.
3.1 Typy zkušebních zařízení Výkon při rotačním pohybu je dán součinem točivého momentu a úhlové rychlosti. Protože ho nelze měřit přímo, je nutné měřit tyto dvě veličiny. Pro zjištění točivého momentu se nejčastěji používají deformační členy, které jsou založeny na změně mechanických, magnetických či elektrických veličin. V praxi se lze často setkat s označením výkonová brzda, tento pojem je odvozen od brzdného účinku momentu vyvolaného zkušebním zařízením. Hydraulické brzdy jsou charakteristické tím, že se pohybová energie spalovacího motoru přenesená na hnací kola přemění v teplo vnitřním třením částic kapaliny (nejčastěji vody). Kapalina zde slouží nejen jako pracovní látka, ale i jako chladící médium. Elektromagnetické vířivé brzdy pracují na principu vzniku vířivých proudů při toku stejnosměrného proudu budícím vinutím. Často jsou řešeny tak, že výkyvné uložené těleso obsahuje ozubený pólový kotouč, budící vinutí a chladicí komory, kterými protéká voda. Protéká-li budícím vinutím stejnosměrný proud vzniká magnetické pole, které má statický charakter v zubech pólového kotouče (obíhá současně s pólovým kotoučem, přičemž siločáry procházejí zuby pólového kotouče 14
pouze v axiálním směru), ale vztažené ke stěnám chladících komor má frekvenci shodnou s frekvencí otáčejících se zubů. Takto vznikají ve stěnách vířivé proudy, které vytváří pole s brzdným účinkem.
Obr 4 Elektromagnetická vířivá brzda Elektrické brzdy (často stejnosměrné dynamometry) jsou v podstatě elektrické generátory nebo elektromotory s výkyvně uloženým statorem. Jejich výhoda oproti předchozím je v možnosti nejen brzdit, ale i pohánět kola vozidla a zjišťovat tak např. brzdné síly, monitorovat funkci ABS a jiné hodnoty.
15
4
VOZUDLOVÁ ZKUŠEBNA ÚT A AD MZLU V BRNĚ
Vozidlová zkušebna Ústavu techniky a automobilové dopravy se skládá z: •
vozidlového dynamometru
•
emisní analýzy
•
zařízení pro měření spotřeby
•
několika čidel tlaků a senzorů teploty
Data se zaznamenávají v reálném čase do počítače. Protokol z měření je ukládán a všechny data lze převádět do tabulkového procesoru.
Vozidlová zkušebna se skládá z dynamometru pro osobní automobily 4VDME120D a traktorového dynamometru VDU-E270T–E150T.
Obr 5 Schéma kompletní zkušebny
Obr 6 Schéma kompletní zkušebny 4VDM E120D a VDU E270T-D 16
4.1 Prováděné zkoušky na daném dynamometru •
Zkoušky hnacího ústrojí- měření otáčkových charakteristik motorů statickou i dynamickou metodou .
•
Zkoušky brzdové soustavy - zkoušení brzd včetně ABS
•
Kalibrační testy - určení pasivních odporů pro vyhodnocení jednotlivých zkoušek
•
Doplňkové zkoušky - testování palubních přístrojů - rychloměru, tachometru, otáčkoměru aj.
Zkoušky brzdové soustavy: •
pomaluběžné zkoušky
•
rychloběžné zkoušky
•
ABS II
Kalibrační testy: •
určení pasivních ztrát pro zkoušky brzd
•
určení pasivních ztrát pro zkoušky výkonu
Doplňkové zkoušky: •
zkouška rychloměru a tachometru
•
zkouška otáčkoměru
•
zkouška náhonu 4x4
17
5
MĚŘENÍ Veškeré měření pro tuto diplomovou práci bylo prováděno na vozidlové zkušebně
ÚT a AD MZLU v Brně. Cílem měření v mé práci je změřit některé vybrané parametry automobilů, které vypovídají o charakteristice daného vozidla a jeho stavu motoru. Mezi měřené parametry v mé práci patří: •
točivý moment,
•
otáčky klikového hřídele,
•
výkon motoru,
•
tlak turbodmychadla,
•
teplota paliva.
Všechny tyto parametry jsou vždy závislé na jiném měřeném parametru, převážně se jedná o závislost na otáčkách motoru.
5.1 Popis měření Před vlastní zkouškou na válcové zkušebně je nutno zkontrolovat, zda jsou na hnacích kolech použity předepsané pneumatiky a zkontrolovat upevnění vyvažovacích závaží. Tlak v pneumatikách má být na horní mezi stanovené výrobcem vozidla. Po usazení vozidla na válcích je nutno provést upevnění vozidla. Vozidlo se upevní pomocí konstrukce k podlaze zkušebny. Ta je vybavena pryžovými dorazy, které doléhají na nárazník a umožňují vozidlu maření nadměrných dynamických sil. Zajistí se chlazení motoru pomocnými ventilátory. Před spuštěním motoru se musí na výfuk nasadit odsávací zařízení. Je taky nutné zaznamenat podmínky měření. Podmínky měření Tab 1 Podmínky měření teplota tlak vlhkost
[ °C ] [ kPa ] [%]
18
24 96,9 50
Vlastní zkouška se kvůli opakovatelnosti musí provádět na určitý rychlostní stupeň. U vozidel se samočinnou převodovkou se doporučuje provádět zkoušku na nejvyšší rychlostní stupeň, a to rychlostí, při níž nedojde k prokluzu hnacích kol o ohledem na provozní pole dynamometru. Velký výkon nelze měřit při malých rychlostech jízdy, protože v tomto případě není styčná plocha mezi pláštěm a válci jej schopna přenést a dojde k prokluzu hnaných kol na zkušebních válcích. Následuje kalibrace zkušebny, měření pasivních ztrát a měření výkonu.
Obr 7 Zafixování automobilu k podlaze zkušebny
Obr 8 Upevnění automobilu na zkušebně
19
Metody měření výkonu: Statický výkon – měření je provádíme při konstantních otáčkách motoru, který je zatěžován dynamometrem. Odečítají se otáčky dynamometru a jim odpovídající hodnota točivého momentu, který je snímán snímačem síly. Z těchto hodnot se následně zjišťuje výkon motoru (www.mendelu.wz.cz). Dynamický výkon – motor je krátkodobě zatížen odporem setrvačných hmot během jejich roztáčení. Výkon je v tomto případě stanoven výpočtem: výkon je součinem točivého momentu a úhlové rychlosti, přičemž točivý moment je součinem momentu setrvačnosti a úhlového zrychlení. Při měření výkonu bývá obvykle zapojen analyzátor výfukových plynů, který zaznamenává údaje CO, CO2, HC, O2, NOx. V tomto případě měření analyzátor výfukových plynů nebyl zapojen.Výkon motoru je násoben korekčním faktorem dle normy ISO DIN 1585 i ČSN 302008 (www.mendelu.wz.cz) Pro mé vyhodnocení jsem použil data naměřené statickou metodou.
5.2 Měřený automobil Vozidlo k měření zapůjčil Ing. Jiří Čupera, který taky samotné měření vedl. Jednalo se o vůz Citroen C5 Hdi Break. Tab 2 Technické údaje automobilu Technické údaje o vozidle Citroen C5 2,0 Hdi Break Vozidlo značka druh poháněná náprava stav tachometru [ km ] hmotnost [ kg ] rozvor náprav [ cm ] pneumatiky
Citroen osobní přední 124532 1780 275 205/65 R 15Goodyear Ultraguip 7 Motor
typ
vznětový 3
zdvihový objem [ dm ] výkon motoru [ kW ] vrtání x zdvih [ mm ] kompresní poměr točivý moment [ N.m ] při [ ot./min ]
1,997 80 85,0 x 88,0 19,5:1 250/1750
20
5.3 Vlastní měření Postup: 1. Tachometrický test – přesnost tachometru, 2. Kalibrace závislosti rychlosti vozidla a otáčky motoru, 3. Protokol kalibrace pro statické zkoušky výkonu => rovnice křivky pro ztrátový výkon, 4. Dynamická zkouška – kalibrace se provádí doběhem decelerace, 5. Statická zkouška – zkušebna provádí zatěžování tak, aby se udržela nastavená rychlost. Popis statické zkoušky: •
zadáme záhlaví protokolu
•
zadáme zvolený počet bodů měřené charakteristiky
•
vozidlo rozjedeme na zvolený rychlostní stupeň a otáčky motoru udržujeme u zadané měřené hodnoty
•
řidič spustí měření pomocí ovládání, které má u sebe v automobilu
•
plně akcelerujeme (sešlápneme plynový pedál) – automatický se měří celá charakteristika
•
po změření hodnot je měření ukončeno, což nám signalizuje monitor před automobilem
•
po ukončení měření se uvolní plynový pedál a vyřadí rychlostní stupeň
Zkušební protokoly z tohoto měře jsou uvedeny v příloze.
Zkušebna měří otáčky válců (
dx dv , ) a sílu na válcích (F*v = P) => rychlost, výkon, dy dt
kroutící moment Použitá čidla pro měření parametrů: •
Teplota oleje
•
Teplota nasávaného vzduch
•
Teplota spalin
•
Snímač barometrického tlaku
•
Snímač otáček motoru
21
Obr 9 Připojení čidel k motoru
Obr 10 Připojení čidel k motoru
22
5.4 Měřené parametry Mezi mé měřené parametry patří: •
Otáčky motoru
•
Kroutící moment
•
Výkon motoru
•
Tlak turbodmychadla
•
Teplota paliva
Kroutící moment: vyjadřuje působení síly na bod vzdálený od osy otáčení (hřídel). Jednotkou je N.m (newtonmetr). Kroutící moment 1 N.m znamená, že hřídel působí na bod vzdálený jeden metr od osy silou 1 newtonu. Značí se Mt. Otáčky motoru: počet pravidelně se opakujících jevů za jednotku času, v tomto případě za minutu. Značí se n a jednotkou je 1/min. Výkon motoru: je definován jako míra vykonané práce. Jeho jednotkou jsou kilowatty. Značí se kW. Turbodmychadlo: úkolem je dostat do válce hmotnostně maximální množství vzduchu, tím se zlepší podmínky pro spalování. Turbodmychadlo zvyšuje tlak vzduchu vstupujícího do motoru. Hlavní výhodou turbodmychadel je významný nárůst výkonu motoru, spojený s pouze malým zvětšením hmotnosti. Nárůst tlaku se měří v pascalech, značí se Pa. V automobilovém průmyslu se většinou používají turbodmychadla zvyšující tlak maximálně o 0,8 barů, i když jsou dosažitelné i vyšší tlaky. Typické turbodmychadlo vzhledem ke své konstrukci začne zvyšovat tlak teprve od 2500 otáček motoru za minutu. Turbodmychadlo se skládá ze tří hlavních částí: •
dmychadlová (sací) - slouží k nasávání čerstvého vzduchu, stlačení a jeho dodávce do spalovacího prostoru.
•
ložisková - zajišťuje uložení, chlazení a mazáni rotačních skupin.
•
turbínová (výfuková) - zajišťuje pohon turbodmychadla.
23
Obr 11 Řez turbodmychadlem Princip turbodmychadla: Kompresor a turbína jsou uloženy na společném hřídeli. K turbíně jsou kolmo ke směru její osy přiváděny výfukové plyny, které oběžné kolo turbiny urychlují a předávají jí tak část své kinetické energie. Kompresor na druhém konci hřídele stlačuje vzduch, který tak proudí do spalovacího prostoru vyšším tlakem než je okolní atmosférický tlak. Kroutící moment je spolu s výkonem a maximálními otáčkami důležitým parametrem spalovacích motorů.
24
5.5 Použité přístroje k měření 5.5.1
Vozidlový dynamometr 4VDM E120-D
Tab 3 Základní mechanické vlastnosti dynamometru MEZ 4VDM E 120-D Max. zkušební rychlost [km.h-1]
200
Max. výkon na nápravu [kW]
240
Max. hmotnost na nápravu [kg]
2000
Průměr válců [m]
1,2
Šířka válců [mm]
600
Mezera mezi válci [mm]
900
Povrch válců
zdrsnění RAA 1,6
Setrvačná hmotnost válců (každá náprava) [kg]
1130
Min. rozvor [mm]
2000
Max. rozvor [mm]
3500
Zatížitelnost krytí v místě jízdy [kg]
2000
v místě chůze [kg]
500
Tlakový vzduch [bar]
min. 4
Rozsah měření rychlosti [km.h-1]
0 - 200
Rozsah měření sil [kN]
5.5.2
4x
±5
Přesnost měření rychlosti [km.h-1]
± 0,01
Přesnost měření sil [%]
± 0,25
Přesnost regulace rychlosti [%]
± 0,1
Přesnost regulace síly [%]
± 0,5
Diagnostický tester TS Pro V této konfiguraci slouží TS Pro jako adapter mezi řídící jednotku a osobní
počítač. TS Pro je spojení výhod přenosného diagnostického přístroje a osobního počítače. Disponuje displayem a jednoduchou klávesnicí - lze s ním tedy provádět
25
diagnostiku i v náročných podmínkách nebo v terénu bez osobního počítače. Po připojeni TS Pro k osobnímu počítači lze provádět veškeré diagnostické funkce pomocí programového vybavení dodávaného k TS Pro.
Přednosti přístroje TS Pro: •
sériová diagnostika vozidel od r.v. 1990
•
EOBD/OBDII Scantool
•
podporuje standardy E-OBD, OBD-II, CAN, ISO, SAE
•
rozsáhlá databáze automobilů - 39 značek
•
4-kanálový osciloskop)
•
diagnostika propojena s informačním systémem
•
tisk protokolů a dat
Obr 12 Diagnostický přístroj Dewcom TS Pro Paralelní diagnostika - umožňuje sledování a kontrolu všech elektrických signálů automobilů. Sériová diagnostika – umožňuje rychlé navázání spojení s řídící jednotkou příslušného testu. Rozsáhlý software diagnostického přístroje TS Pro umožňuje odhalování závad v elektronických systémech vozidla.
26
Obr 13 Základní parametry diagnostického testeru TS Pro
Obr 14 Připojení testeru TS Pro k automobilu
27
6
VYHODNOCENÍ NAMĚŘENÝCH PARAMETRŮ
6.1 Naměřené parametry V následujících tabulkách jsou uvedeny vybrané hodnoty parametrů pro grafické zpracování. Tyto hodnoty byly naměřeny na zkušebně MZLU. 6.1.1
Naměřené parametry ze zkušebny Zde jsou uvedeny naměřené hodnoty vybraných parametrů ze zkušebny. Vybrané
parametry jsou otáčky motoru, kroutící moment, tlak turbodmychadla a výkon motoru. Tab 4 Naměřené hodnoty s dávkou paliva 95% Otáčky motoru
Kroutící moment
Tlak turbodmychadla
Výkon motoru
n [ 1/min ]
Mt [ N.m ]
p3 [ MPa ]
P [ kW ]
1445
117,7
0,070
36,0
2023
152,5
0,104
57,1
2570
252,2
0,107
68,0
3116
223,7
0,108
73,2
3527
209,1
0,108
77,2
4208
175,4
0,104
77,1
Tab 5 Naměřené hodnoty s dávkou paliva 60% Otáčky motoru
Kroutící moment
Tlak turbodmychadla
Výkon motoru
n [ 1/min ]
Mt [ N.m ]
p3 [ Mpa ]
P [ kW ]
1455
156,1
0,042
23,8
2011
162,2
0,074
34,2
2564
140,0
0,092
37,6
3113
117,3
0,067
38,2
3655
92,8
0,062
35,5
4188
72,8
0,073
31,9
28
Tab 6 Naměřené hodnoty s dávkou paliva 30%
6.1.2
Otáčky motoru
Kroutící moment
Tlak turbodmychadla
Výkon motoru
n [ 1/min ]
Mt [ N.m ]
p3 [ MPa ]
P [ kW ]
1454
142,9
0,039
21,8
2008
133,7
0,057
28,1
2560
116,3
0,078
31,2
3109
99,6
0,049
32,4
3649
72,4
0,047
27,7
4183
38,7
0,060
16,9
Naměřené a vypočítané parametry z řídící jednotky Zde jsou uvedeny naměřené a zredukované hodnoty parametrů získané z řídící
jednotky pomocí palubní diagnostiky. Vybrané parametry jsou otáčky motoru, kroutící moment, výkon motoru a teploty paliva motoru.
Výkon motoru nebyl přímo změřen, musel jsem jej vypočítat pomocí vztahu:
P=
2 *π * M t * n 60000
•
P je výkon v kW
•
Mt je krotící moment v N.m
•
N jsou otáčky za minutu
29
[kW ]
Tab 7 Naměřené hodnoty s dávkou paliva 95% Otáčky motoru n [ 1/min ]
Kroutící moment Mt [ N.m ]
Výkon motoru P [ kW ]
Teplota paliva [ °C ]
1445 1445 1445 1445 1445 1445 1445 2023 2023 2023 2570 2570 2570 3116 3116 3116 3662 3662 3662 3662 4208 4208 4208 4208
248 248 250 250 246 246 244 254 254 254 244 242 244 228 230 230 220 220 220 222 198 196 196 196
37,5 37,5 37,8 37,8 37,2 37,2 36,9 53,8 53,8 53,8 65,7 65,1 65,7 74,4 75,1 75,1 84,4 84,4 84,4 85,1 87,3 86,4 86,4 86,4
44 44 44 44 44 44 44 45 45 46 48 48 48 51 51 52 54 55 55 55 57 58 58 58
30
Tab 8 Naměřené hodnoty s dávkou paliva 60% Otáčky motoru n [ 1/min ]
Kroutící moment Mt [ N.m ]
Výkon motoru P [ kW ]
Teplota paliva [ °C ]
1445 1445 1445 1445 1445 1445 1991 1991 1991 2570 2570 2570 3116 3116 3116 3116 3662 3662 3662 3662 4176 4176 4176
156 156 156 156 156 154 150 148 150 134 134 134 114 112 110 112 84 82 84 84 50 50 50
23,6 23,6 23,6 23,6 23,6 23,3 31,3 30,9 31,3 36,1 36,1 36,1 37,2 36,6 35,9 36,6 32,3 31,5 32,3 32,3 21,9 21,9 21,9
57 57 57 57 57 57 58 58 58 59 60 60 59 59 59 59 60 60 60 60 61 61 61
31
Tab 9 Naměřené hodnoty s dávkou paliva 30% Otáčky motoru n [ 1/min ]
Kroutící moment Mt [ N.m ]
Výkon motoru P [ kW ]
Teplota paliva [ °C ]
1445 1445 1445 1445 1445 1445 1991 1991 1991 1991 2570 2570 2570 3116 3116 3116 3116 3630 3630 3630 3630 4176 4176 4176 4176
140 140 138 140 140 138 120 120 118 118 100 98 98 78 76 76 78 52 52 52 54 26 26 26 24
21,21 21,21 20,91 21,21 21,21 20,91 25,05 25,05 24,64 24,64 26,95 26,41 26,41 25,49 24,83 24,83 25,49 19,79 19,79 19,79 20,56 11,39 11,39 11,39 10,51
55 55 56 56 56 56 57 57 57 57 58 58 59 58 58 58 58 58 58 59 59 60 60 60 60
6.2 Grafické znázornění naměřených parametrů V následujících grafech jsou graficky zpracovány hodnoty naměřených vybraných parametrů.
32
6.2.1
Grafické znázornění naměřených parametrů ze zkušebny Kroutící moment v závislosti na otáčkách 300,0
Kroutící moment motoru [N.m]
250,0
200,0
150,0
100,0
50,0
0,0 1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Otáčky motoru [1/min] kroutící moment - dávka paliva 95%
kroutící moment - dávka paliva 60%
kroutící moment - dávka paliva 30%
Obr 15 Kroutící moment v závislosti na otáčkách Na obrázku 15 je znázorněn průběh grafu kroutícího momentu v závislosti na otáčkách motoru. Jak se dá předpokládat nejvyšší hodnoty bylo dosaženo při plné dávce paliva a to 252,2 N.m, při otáčkách 2570 za minutu. Mezi dávkami 60% a 30% není patrný takový pokles jako je to vidět u hodnot s dávkou 95% a 60%.
33
Výkon motoru v závislosti na otáčkách 90,0
Kroutící moment motoru [kW]
75,0
60,0
45,0
30,0
15,0
0,0 1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Otáčky motoru [1/min] výkon motoru - dávka paliva 95%
výkon motoru - dávka paliva 60%
výkon motoru - dávka paliva 30%
Obr 16 Výkon motoru v závislosti na otáčkách
V grafu na obrázku 16 je znázorněn průběh výkonu motoru. Nejvyššího výkonu automobil dosáhl s dávkou 95% paliva 77,2 kW při otáčkách 4208 za minutu.
34
Tlak turbodmychadla v závislosti na otáčkách 0,120
Tlak turbodmychadla [MPa]
0,100
0,080
0,060
0,040
0,020
0,000 1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Otáčky motoru [1/min] tlak turbodmychadla - dávka paliva 95%
tlak turbodmychadla - dávka paliva 60%
tlak turbodmychadla - dávka paliva 30%
Obr 17 Tlak turbodmychadla v závislosti na otáčkách Průběh tlaku turbodmychadla je znázorněn na obrázku 17, při dávce paliva 95% ve vyšších otáčkách byli naměřeny hodnoty, které se příliš nelišily. Nejvyšší objem vzduchu turbodmychadlo dodávalo s dávkou paliva 95% při otáčkách 3116 a 3527 za minutu a to 0,108 MPa, což jen dokazuje, že při vyšších otáčkách při plné dávce dodává turbodmychadlo přibližně stejně velký objem vzduchu do spalovacího prostoru. Při nižších otáčkách je průběh hodnot poměrně stejný jen se od sebe liší velikostí dosahovaných tlaků.
35
6.2.2
Grafické znázornění naměřených parametrů z řídící jednotky Průběh kroutícího momentu v závislosti na otáčkách 260
Kroutící moment [N.m]
220
180
140
100
60
20 1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Otáčky motoru [1/min] kroutící moment - dávka paliva 95%
kroutící moment - dávka paliva 60%
kroutící moment - dávka paliva 30%
Obr 18 Kroutící moment v závislosti na otáčkách Na obrázku 18 je znázorněn průběh kroutících momentů v závislosti na otáčkách naměřených z řídící jednotky. Nejvyšších hodnot bylo dosaženo s dávkou paliva 90% a to 254 N.m při otáčkách 2023 za minutu. Nejnižší hodnoty bylo pak dosaženo s dávkou paliva 30% 24 N.m při otáčkách 4176 za minutu.
36
Průběh výkonu motoru v závislosti na otáčkách 90,0
Výkon motoru [kW]
75,0
60,0
45,0
30,0
15,0
0,0 1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Otáčky motoru [1/min] výkon motoru - dávka paliva 95%
výkon motoru - dávka paliva 60%
výkon motoru - dávka paliva 30%
Obr 19 Výkon motoru v závislosti na otáčkách Na obrázku 19 je znázorněn průběh výkonů motoru z řídící jednotky v závislosti na otáčkách. Oproti zkušebně jsme naměřili vyšších hodnot. Nejvyššího výkonu jsme dosáhli s dávkou paliva 90%, 87,3 kW při otáčkách 4208 za minutu.
37
Průběh teploty paliva v závislosti na otáčkách 64
60
Teplota paliva [°C]
56
52
48
44
40 1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Otáčky motoru [1/min] teplota paliva - dávka paliva 95%
teplota paliva - dávka 60%
teplota paliva - dávka 30%
Obr 20 Teplota paliva v závislosti na otáčkách Obrázek číslo 20 znázorňuje závislost teploty paliva na otáčkách. Nejvyšší teploty bylo dosaženo při dávce 60% paliva a to hodnoty 61 °C při otáčkách 4176. Podobných hodnot dosahovalo měření s dávkou paliva 30% .
38
6.3 Porovnání vyhodnocených hodnot ze zkušebny s řídící jednotkou Kroutící moment - dávka 95% 280,0
Kroutící moment motoru [N.m]
250,0
220,0
190,0
160,0
130,0
100,0 1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Otáčky motoru [1/min] kroutící moment ze zkušebny - dávka paliva 95%
kroutící moment z řídící jednotky - dávka paliva 95%
Obr 21 Porovnání kroutících momentů motoru ze zkušebny s řídící jednotkou Na obrázku 21 je znázorněn průběh kroutících momentů s dávkou paliva 95%. Nejvyšší hodnoty byli podobné, jen se lišili otáčkami motoru při kterých těchto hodnot bylo dosaženo. Na zkušebně bylo naměřeno 252,2 N.m při 2574 otáčkách za minutu a z řídící jednotky 254 při 2023 otáčkách za minutu.
39
Porovnání výkonů motoru v závislosti na otáčkách
90
Výkon motoru [kW]
80
70
60
50
40
30 1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
Otáčky motoru [1/min] výkon motoru ze zkušebny - dávka paliva 95%
výkon motoru z řídící jednotky - dávka paliva 95%
Obr 22 porovnání výkonů motorů ze zkušebny s řídící jednotkou Na obrázku 22 je srovnání naměřených hodnot výkonů motoru s dávkou paliva 95%. Naměřené hodnoty získané z řídící jednotky byli vyšší než naměřené hodnoty ze zkušebny. Z řídící jednotky jsme získali naměřený výkon 87,3 kW při 4208 otáčkách za minutu, kdežto ze zkušebny 77,2 kW při otáčkách 3527 za minutu.
40
7
ZÁVĚR Účelem diplomové práce bylo měření vybraných provozních parametrů
automobilů. K zjištění vybraných parametrů motoru, které byly kroutící moment, výkon motoru, tlak turbodmychadla a teplota paliva, bylo provedeno měření na vozidlové zkušebně. V první kapitole se věnuji základům měření. Dále následuje popis vozidlové zkušebny. Vozidlová zkušebna na ÚT a AD MZLU je popsána v kapitole 4. V kapitole 5 následuje vlastní měření. Vlastní měření bylo provedeno statickou metodou. Naměřené hodnoty byly zredukovány, tabulkově a graficky zpracovány. Nejvyšší naměřené hodnoty byly dosaženy u měření získaného z řídící jednotky. Automobil dosahoval výkonu 87,3 kW s kroutícím momentem 198 N.m a s otáčkami 4208 za minutu. Největšího kroutícího momentu bylo dosaženo s výkonem při otáčkách 2023 s výkonem 53,8 kW a to 254 N.m. všechny tyto hodnoty byly naměřeny s dávkou paliva 95%. Průběh tlaku turbodmychadla, jak se dalo předpokládat dosahoval nejvyšších hodnot při plné dávce paliva. Po překročení 2000 otáček motoru dodávalo turbodmychadlo přibližně stejné množství vzduchu do spalovacího prostoru, nejvíce to bylo při otáčkách 3116 a 3527 za minutu, kdy tlak dosahoval 0,108 MPa. Na zkušebně jsme dosáhli výkonu 73,2 kW přiotáčkách 3116 za minutu a kroutícího momentu 252,2 při otáčkách 2570 za minutu, opět při plné dávce paliva. Celkově lze řící, že naměřené hodnoty se výrazně neliší od hodnot, které uvádí výrobce automobilu pro daný typ motoru, což je výkon 80 kW a kroutící moment 250 N.m.
41
8
POŽITÁ LITERATURA
Seznam použité literatury: 1. VLK F. 2001, Anglicko-český slovník motorových vozidel, 1. vydání Brno, Nakladatelství a vydavatelství VLK, 496 s., ISBN 80-238-7281-8 2. VLK F. 2005, Zkoušení a diagnostika motorových vozidel, 2. vydání Brno, Nakladatelství a vydavatelství Mokrohorská 34 Brno, 576 stran, ISBN 80-2393717-0. 3. VLK F. 2004, Elektronické systémy motorových vozidel 1, 1. vydání Brno, Nakladatelství a vydavatelství Mokrohorská 34 Brno, 298s., ISBN 80-2387282-6 4. ONDRÁČEK J. 1989, Mobilní energetické prostředky I (návody do cvičení), 1. vydání Brno, Ediční středisko VŠZ v Brně, 172 s., číslo publikace 1182 5. KLŮNA J., KOŠEK J. a kolektiv, 1995. Příručka opraváře automobilů, 3. vydání,doplněné Brno, Nakladatelství LITTERA, 502 s., ISBN 80-85763-06-0
Internetové odkazy: •
www.wikipedia.cz
•
www.tuning.cz
•
www.ihr-tech.cz
•
www.mendelu.wz.cz
Citace: ONDRÁČEK, Jaroslav. Mobilní energetické prostředky I : Návody do cvičení. 2. přeprac. vyd. Brno : Ediční středisko VŠZ v Brně, 1989. 172 s.
VLK, František . Zkoušení a diagnostika motorových vozidel. Brno : [s.n.], 2005. 576 s. ISBN 80-239-3717-0.
Vozidlová zkušebna pro osobní automobily : www.mendelu.wz.cz [online]. 2000 [cit. 2008-04-20]. Dostupný z WWW:
.
42
9
SEZNAM OBRÁZKŮ:
Obr 1 Schéma uspořádání válcové vozidlové zkušebny................................................. 12 Obr 2 Monoválce ........................................................................................................... 13 Obr 3 Tenzometr ............................................................................................................ 14 Obr 4 Elektromagnetická vířivá brzda .......................................................................... 15 Obr 5 Schéma kompletní zkušebny ................................................................................ 16 Obr 6 Schéma kompletní zkušebny 4VDM E120D a VDU E270T-D ............................ 16 Obr 7 Zafixování automobilu k podlaze zkušebny ......................................................... 19 Obr 8 Upevnění automobilu na zkušebně ...................................................................... 19 Obr 9 Připojení čidel k motoru...................................................................................... 22 Obr 10 Připojení čidel k motoru.................................................................................... 22 Obr 11 Řez turbodmychadlem ....................................................................................... 24 Obr 12 Diagnostický přístroj Dewcom TS Pro............................................................. 26 Obr 13 Základní parametry diagnostického testeru TS Pro.......................................... 27 Obr 14 Připojení testeru TS Pro k automobilu.............................................................. 27 Obr 15 Kroutící moment v závislosti na otáčkách ......................................................... 33 Obr 16 Výkon motoru v závislosti na otáčkách ............................................................. 34 Obr 17 Tlak turbodmychadla v závislosti na otáčkách.................................................. 35 Obr 18 Kroutící moment v závislosti na otáčkách ......................................................... 36 Obr 19 Výkon motoru v závislosti na otáčkách ............................................................. 37 Obr 20 Teplota paliva v závislosti na otáčkách............................................................. 38 Obr 21 Porovnání kroutících momentů motoru ze zkušebny s řídící jednotkou ............ 39 Obr 22 Porovnání výkonů motorů ze zkušebny s řídící jednotkou................................. 40
43
10 SEZNAM TABULEK: Tab 1 Podmínky měření ................................................................................................. 18 Tab 2 Technické údaje automobilu ................................................................................ 20 Tab 3 Základní mechanické vlastnosti dynamometru MEZ 4VDM E 120-D................. 25 Tab 4 Naměřené hodnoty s dávkou paliva 95%............................................................. 28 Tab 5 Naměřené hodnoty s dávkou paliva 60%............................................................. 28 Tab 6 Naměřené hodnoty s dávkou paliva 30%............................................................. 29 Tab 7 Naměřené hodnoty s dávkou paliva 95%............................................................. 30 Tab 8 Naměřené hodnoty s dávkou paliva 60%............................................................. 31 Tab 9 Naměřené hodnoty s dávkou paliva 30%............................................................. 32
44
11 PŘÍLOHY Seznam příloh: 1. Průběh výkonu a kroutícího momentu ze zkušebny v závislosti na otáčkách
2. Průběh výkonu a kroutícího momentu řídící jednotky v závislosti na otáčkách
3. Protokol - Zkušební list tachometru
4. Protokol - Kalibrace pro statické zkoušky výkonu
5. Zkušební protokol motoru
6. Zkušební protokol motoru
7. Zkušební protokol motoru
45
280,0
90,0
250,0
80,0
220,0
70,0
190,0
60,0
160,0
50,0
130,0
40,0
100,0 1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
30,0 4500
Otáčky motoru [1/min] kroutící moment - dávka paliva 95%
výkon motoru - dávka paliva 95%
Výkon motoru [kW]
Kroutící moment motoru [N.m]
Průběh výkonu a kroutícího momentu ze zkušebny v závislosti na otáčkách
280
90,0
250
80,0
220
70,0
190
60,0
160
50,0
130
40,0
100 1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
30,0 4500
Otáčky motoru [1/min] kroutící moment - dávka paliva 95%
výkon motoru - dávka paliva 95%
Výkon motoru [kW]
Kroutící moment motoru [N.m]
Průběh výkonu a kroutícího momentu z řídící jednotky v závislosti na otáčkách
