Optimális előgyújtás meghatározása

Optimális előgyújtás meghatározása

Összeállította: Vass Sándor Dr. Németh Huba Budapest, 2013

MŰEGYETEM GÉPJÁRMŰVEK TANSZÉK

Tartalom 1.

A mérés célja ......................................................................................................................... 3

2.

A méréshez áttanulmányozandó anyag ................................................................................. 3

3.

A mérés leírása ...................................................................................................................... 3

3.1 A mérőberendezés ismertetése ............................................................................................. 3 3.2 A vizsgálandó motor adatai .................................................................................................. 6 3.3 A MoTec motorvezérlő elektronika ..................................................................................... 7 3.4 A mérés végrehajtása ............................................................................................................ 9 4.

Az értékeléshez szükséges alapvető összefüggések .............................................................. 9

4.1 Az effektív teljesítmény ..................................................................................................... 10 4.2 Az effektív középnyomás ................................................................................................... 10 4.3 Az időegységre eső tüzelőanyag fogyasztás ....................................................................... 11 4.4 Az effektív fajlagos tüzelőanyag fogyasztás ...................................................................... 11 4.5 Az effektív hatásfok ........................................................................................................... 11 5.

Értékelés, jegyzőkönyv tartalma ......................................................................................... 11

6.

Függelék .............................................................................................................................. 13

MŰEG YET EM GÉPJ ÁRMŰVEK T ANS ZÉK

2


1. A mérés célja A mérés célja egy belsőégésű dugattyús Otto-motor optimális előgyújtásának meghatározása statikus üzemben a fordulatszám függvényében, különböző terhelések esetén.

2. A méréshez áttanulmányozandó anyag Ajánlott irodalom: Dezsényi-Emőd-Finichiu: Belsőégésű motorok tervezése és vizsgálata, Budapest, Tankönyvkiadó, 1992. Áttanulmányozandók a 3.2, 3.3.1, 4.2, 5.3.1, 7.3.2, 16.1 és a 16.3 fejezetek.

3. A mérés leírása 3.1 A mérőberendezés ismertetése A berendezés elvi vázlata az 1. ábrán látható. A turbótöltésű, levegő-visszahűtésű benzinmotor Borghi-Saveri FE 150S típusú örvényáramú fékpadra van kapcsolva. A mérést az EnergotestMF számítógépes merőrendszer segítségével végezzük el. A villamos örvényáramú fékpad jellemzője, hogy a fékezőnyomaték-fordulatszám görbe gyakorlatilag tetszőlegesen szabályozható, ezen kívül ezek a fékpadok egyszerűen automatizálhatók. A villamos örvényáramú fékpad állórésze és forgórésze között mágneses hatás hozza létre a fékezőnyomatékot. Az állórészben gerjesztő tekercsek vannak, amelyekben egyenáram folyik. A fogazott tárcsa alakú forgórész forgatáskor az állórészben örvényáramok indukálódnak. Ezek az örvényáramok a tárcsán fékező mágneses erőtereket hoznak létre, és a motor mechanikai munkáját hőenergiává alakítják át. Ezért az állórészt vízzel hűteni kell. A gerjesztőáram a fékgép szabályozóegysége által állítható, amely által különböző terhelési karakterisztikákat tud megvalósítani. Ehhez a visszacsatolt jelek a motorfordulatszám és a nyomaték.

A Borghi-Saveri FE 150S fékpad legfontosabb üzemmódjai a következők: - Fordulatszámtartó üzemmód (α-n) - Nyomatéktartó üzemmód (α-M) - Munkaponttartó üzemmód (M-n) - Fordulatszámmal négyzetes nyomaték karakterisztika (járműellenállás) - Külső gerjesztő-jel feldolgozása MŰEG YET EM GÉPJ ÁRMŰVEK T ANS ZÉK

3


A fenti üzemmódok közül a fordulatszámtartó üzemmódra van szükség a mérések során, mivel előre definiált fordulatszámokon kell a mérést kivitelezni.

1. ábra A mérőberendezés felépítése

A Borghi-Saveri fékpad szabályozóegysége egy mérésadatgyűjtő egységen keresztül kapcsolódik a mérő/vezérlő számítógéphez. Ez az egység további vezérlő és mért jeleket dolgoz fel.


4


2. ábra A Borghi-Saveri FE150S fékgép határgörbéje

A motor terhelési szintjének beállításához az állandó fordulatú üzemben a gázpedál pozíciója szolgál. A gázpedál működtetését egy léptetőmotor végzi, valamint a beállított pozíció visszamérésre kerül. Így az %-os lépésekben állítható be. Ezen túl a tüzelőanyagfogyasztásmérő berendezés vezérlése és mérése is a mérőszámítógép által irányított. MŰEG YET EM GÉPJ ÁRMŰVEK T ANS ZÉK

5


A tüzelőanyagfogyasztás-mérés alapja az, hogy meghatározott tömegű tüzelőanyag-mennyiség elfogyasztásának az idejét mérjük. A mennyiségekből és az időből számítható a fogyasztás, ez az úgynevezett gravimetrikus mérési eljárás. A rendszerben a motor folyamatosan a fogyasztásmérő tartályából kapja a tüzelőanyagot, melyet a mérőegység kiürülés előtt mindig újratölt. A fogyasztásmérés kezdetekor a vezérlőjel hatására egy stopperóra indul, amely egészen addig fut, amíg az előre meghatározott tüzelőanyag tömeg ki nem fogy a tartályból. A gravimetrikus fogyasztásmérő előnye a térfogatméréssel szemben, hogy a fajlagos jellemzők meghatározásához nincs szükség sűrűség mérésre areométerrel.

3.2 A vizsgálandó motor adatai A vizsgálat tárgyát egy GM gyártmányú, Európában leginkább Opel gépkocsikba szerelt 1,4l lökettérfogatú szívócső-befecskendezésű turbótöltött benzinmotor képezi (Family0).

3. ábra GM A14NET benzinmotor

A motor négyhengeres, hengerenként négyszelepes – görgős szelepemelőkkel. A két felülfekvő vezérműtengelyt lánc hajtja. Mind a szívó, mind a kipufogó vezérműtengelyek nyitási pontja MŰEG YET EM GÉPJ ÁRMŰVEK T ANS ZÉK

6


fokozatmentes fázisállítású, a nyitási löket és nyitási szögtartam azonban állandó. A pillangószelep és a gázpedál között nincs mechanikus kapcsolat, drive-by-wire rendszer nyitja a fojtószelepet a gázpedál elfordulás függvényében. A turbófeltöltőn nyomásszabályzása wastegate segítségével történik és a kompresszor leválásának elkerülésére megkerülő un. load dump szelepet alkalmaztak. A motor vezérlőegysége egy programozható MoTec M600 motorvezérlő, melynek segítségével minden vezérelt és szabályozott beavatkozó jellemzője szabadon állítható, így többek között az előgyújtás is. A vizsgált motor adatai az 1. táblázatban láthatók.

Motor típus:

GM (Opel) A14NET

Hengerek száma:

4

Szelepek száma/típusa:

16/DOHC

Égéstér:

Háztető alakú, keresztáramú

Ütemszám:

4 1364 cm3

Lökettérfogat: Furat/Löket:

72,5/82.6 mm

Kompresszióviszony:

9,5:1

Névleges teljesítmény:

103 (140) /4900-6000 kW(LE) / 1/min

Névleges nyomaték:

200 /1850-4200 Nm / 1/min

Motorvezérlő gyártó:

Gyári: Delphi / Méréskor: MoTec

Alapjárati fordulatszám:

750±50 rpm

Maximális fordulatszám:

6000±100 rpm

Gyújtási sorrend:

1-3-4-2 1. táblázat A vizsgálandó motor adatai

3.3 A MoTec motorvezérlő elektronika A MoTec motorvezérlő és adatgyújtő-adatfeldolgozó egységeket elterjedten használják motorsport minden ágában, gépkocsikon kívül motorkerékpárok, jetskyk és hószánok teljesítményfokozásánál.


7


4.ábra A MoTec M600 ECU

Jelen esetben nem a teljesítményfokozás volt a cél, hanem, hogy a motor minden paraméterét szabadon állítani lehessen a laborgyakorlatok során. Emiatt esett a választás az M600 típusú motorvezérlőre, amely amellett, hogy hat hengerig tud gyújtószikrát adni és befecskendezőket vezérelni, többek között képes a drive-by-wire fojtószelep kezelésére, két (V-motoroknál négy) vezérműtengely fokozatmentes állítására, λ-jelkövetésre és zárt hurkú turbónyomás szabályozásra. A gyakorlat során az előgyújtást egyszerű módon, a motor működése közben tudjuk majd állítani a kívánt értékekre a gyújtás jellegmező-felület egyedi értékeinek módosításával.

5. ábra A MoTec szoftverének kezelőfelülete az előgyújtás térképpel


8


3.4 A mérés végrehajtása A mérés során a következő mennyiségeket kell mérni:

-

egy alkalommal: p a környezeti levegő nyomása [Pa] t a környezeti levegő hőmérséklete [C]

ϕ a környezeti levegő relatív páratartalma [%] -

minden munkapontban: n a motor fordulatszáma [1/min] M a motor nyomatéka [Nm] tt a tüzelőanyag elfogyasztásának ideje [s]

ϕap a gázpedál pozíciója [%] α az előgyújtás mértéke [főtengelyfok BTDC]

A motort indítás után 10-20% gázpedálállás mellett kb. 1500 1/min fordulat mellett bemelegítjük, amíg a hűtővíz és a kenőolaj el nem éri az üzemi hőmérsékletet. Ezután a fordulatszám függvényében az üzemi tartomány egy részében, két különböző terhelési állapotban (kb. ¼ és ¾ terhelésnél), különböző előgyújtási szögek mellett meg kell állapítani az effektív középnyomást és a fajlagos tüzelőanyag fogyasztást. Ehhez a mérőszámítógép rögzíti a fordulatszámot, a nyomatékot, az elfogyasztott tüzelőanyag tömegét és a tüzelőanyag elfogyasztásának idejét. Az elfogyasztott tüzelőanyag tömegét előre kell beállítani, ezt úgy kell megválasztani, hogy a mért idő legalább 30 s legyen. A mérések során ügyelni kell arra, hogy ne járassuk a motort feleslegesen nagy előgyújtással kis fordulatszámon és kis előgyújtással (esetleg utógyújtással) nagy fordulatszámokon.

4. Az értékeléshez szükséges alapvető összefüggések A mért értékek segítségével meghatározzuk a motor effektív jellemzőit különböző előgyújtási szögek esetén.


9


4.1 Az effektív teljesítmény A motor mérési körülmények melletti teljesítménye a következő összefüggéssel számítható a mért nyomaték és fordulatszám segítségével: Pe = 2πnM .

(1)

Ez a teljesítmény függ a környezeti jellemzőktől, ezért át kell számítani a szabványos normálteljesítményre a következő összefüggéssel:

Pe 0 = Pe

p0 − ϕ 0 p g 0 p − ϕ pg

t + 273 , t0 + 273

(2)

ahol az indexben a 0 a motorikus normálkörülményekre utal, amelyek p0=100 kPa, t0=15 C és

ϕ0=50%, valamint a pg az adott hőmérsékleten érvényes telítési gőznyomást jelöli, ami a 2. táblázatban megadott értékek alapján számolható. t [oC] 0 1 2 3 4 5 6 7

p_g [Pa] 611 656 705 757 813 872 935 1001

t [oC] 8 9 10 11 12 13 14 15

p_g [Pa] 1072 1147 1227 1312 1401 1497 1597 1704

t [oC] 16 17 18 19 20 21 22 23

p_g [Pa] 1817 1936 2012 2196 2237 2485 2642 2808

t [oC] 24 25 26 27 28 29 30 31

p_g [Pa] 2982 3167 3360 3564 3779 4004 4241 4498

2. táblázat A vízgőz tenziógörbéi

4.2 Az effektív középnyomás A motor effektív középnyomása a normálteljesítmény és a motorfordulat alapján a következő összefüggéssel határozható meg:

pe =

Pe 0i , 2VH n

(3)

ahol az i az ütemek száma, a VH pedig a motor összlökettérfogata.


10


4.3 Az időegységre eső tüzelőanyag fogyasztás Az időegységre eső tüzelőanyag-fogyasztás a tömegmérés alapján:

Be =

mt , tt

(4)

ahol mt a tüzelőanyag tömege, tt pedig a tüzelőanyag elfogyasztásához szükséges idő.

4.4 Az effektív fajlagos tüzelőanyag fogyasztás Az

effektív

fajlagos

tüzelőanyag-fogyasztás

az

időegységre

eső

fogyasztás

és

a

normálteljesítmény hányadosa:

be =

Be . Pe 0

4.5 Az effektív hatásfok A motor effektív hatásfoka legegyszerűbben a fajlagos fogyasztáson keresztül számítható a fűtőérték segítségével:

ηe =

1 , be H

(6)

ahol H a tüzelőanyag alsó fűtőértéke. A benzin alsó fűtőértékeként H=43.9 MJ/kg használandó.

5. Értékelés, jegyzőkönyv tartalma 1. A mérés körülményeinek és elrendezésének leírása.

2. A mért értékek és a 4. fejezet összefüggései segítségével táblázatosan meghatározzuk a következő effektív jellemzőket, ahol a görbék paramétere a gázpedál pozíciója és az előgyújtási szög:

- az effektív nyomaték a fordulatszám függvényében, M=f(n), - az effektív teljesítmény a fordulatszám függvényében, Pe=f(n), MŰEG YET EM GÉPJ ÁRMŰVEK T ANS ZÉK

11


- az effektív normálteljesítmény a fordulatszám függvényében, Pe0=f(n), - az effektív középnyomás a fordulatszám függvényében, pe=f(n), - az időegységre eső tüzelőanyag-fogyasztás a fordulatszám függvényében, Be=f(n), - az effektív fajlagos tüzelőanyag-fogyasztás a fordulatszám függvényében, be=f(n), - az effektív hatásfok a fordulatszám függvényében, ηe=f(n). 3. A fenti jellemzők közül a pe=f(n) és be=f(n) ábrázolása diagramban külön-külön, melyekben az előgyújtási szög értékét paraméterként tüntetjük fel. E két diagram burkológörbéjének érintési pontjait átvetítve az α=f(n) diagramba, megkapjuk az adott terhelésen (pillangószelep álláson) az optimális előgyújtás jelleggörbéjét.

6. ábra Az elkészítendő diagram jellege


12


6. Függelék

7. ábra Az Opel A14NET motor és a Borghi-Saveri FE 150S fékgép


13


8. ábra A Borghi-Saveri FE150S fékgép és a MoTec M600 motorvezérlő


14

Optimális előgyújtás meghatározása

Recommend Documents