Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépjárművek Tanszék
Otto-motor kagylógörbéinek felvétele Laboratóriumi segédlet
Összeállította: Zöldy Máté - Budapest, 2005 -
1
Otto-motor kagylógörbéinek felvétele
Tartalomjegyzék TARTALOMJEGYZÉK ...................................................................................................................................... 2 A GYAKORLAT ELMÉLETI ALAPJA ............................................................................................................ 3 A GYAKORLAT ELŐKÉSZÍTÉSE ................................................................................................................... 4 A MÉRÉS SORÁN FELHASZNÁLT BERENDEZÉSEK ÉS ESZKÖZÖK ISMERTETÉSE ..................... 4 A GYAKORLAT VÉGREHAJTÁSA ................................................................................................................. 6 A JEGYZŐKÖNYV ELKÉSZÍTÉSE ................................................................................................................. 9 ENERGOTEST MOTORFÉKPAD KEZELÉSI UTASÍTÁS......................................................................... 10
A laboratóriumi segédlet elkészítésében nélkülözhetetlen segítséget nyújtott a 2005 év tavaszi félév D. Mérőcsoportja, vagyis: Rauschenberger László Szemerszky Gábor Tamás Milán Turcsi Balázs Varga Attila Varga Miklós
2
Otto-motor kagylógörbéinek felvétele
A gyakorlat elméleti alapja
A gyakorlat célja: Otto-motor kagylógörbéinek (fajlagos fogyasztás a terhelés és fordulatszám függvényében) felvétele, a számítógéppel vezérelt fékpadi mérés gyakorlása.
A gyakorlat előtt áttanulmányozandó tananyag
Dezsényi-Emőd-Finichiu: Belsőégésű motorok tervezése és vizsgálata 812-813.o.Tüzelőanygfogyasztás mérése Dezsényi-Emőd-Finichiu: Belsőégésű motorok tervezése és vizsgálata 799-800 o. villamos örvényáramú fékpadok Dezsényi-Emőd-Finichiu: Belsőégésű motorok tervezése és vizsgálata 33-36 o. A tökéletes szikragyújtású motor hatásfoka, tüzelőanyag-fogyasztása és középnyomása Dezsényi-Emőd-Finichiu: Belsőégésű motorok tervezése és vizsgálata 131-134 o. Jelleggörbék a teljes működési tartományban
Elméleti alapok A belsőégésű motorok legfontosabb jellemzői alapvetően kétváltozós függvényekkel írhatóak le. Ezek közé tartozik a fajlagos és óránkénti tüzelőanyag-fogyasztás is. A fogyasztást kifejező függvény egyik változója a motor fordulatszáma (esetleg az ezzel arányos dugattyú-középsebesség), a másik változó a motor effektív középnyomása (sokszor az ezzel arányos forgatónyomaték, ritkábban effektív teljesítmény). A kétváltozós függvényt ábrázolva egy térbeli felületet kapunk eredményül, melynek axonometrikus ábrázolása ugyan rendkívül szemléletes, ám nehézkesen kezelhető. Ha a kapott térbeli felületet a fogyasztást ábrázoló tengelyre merőleges síkokkal elmetsszük (az egyes síkok különböző fogyasztásszinteket reprezentálnak), és az így kapott görbéket -szintvonalakatmerőlegesen síkba vetítjük, akkor megkapjuk az adott motor fajlagos tüzelőanyagfogyasztási jellegmezejét, melyet alakja miatt leggyakrabban „kagylódiagramként” emlegetnek.
3
A gyakorlat előkészítése A gyakorlathoz szükséges berendezések, műszerek Örvényáramú teljesítménymérő fékpad Otto motor (Ford 2.0) Mérő, adatgyűjtő rendszer: számítógép (Hardverigény P75, 4Mbyte memória) Fékpadvezérlő egység Hőmérséklet, légnyomás, nedvesség és fajsúlymérő
A mérés előkészítése Fékpad, számítógép és a vezérlés működését ellenőrizni kell Tüzelőanyag mennyiségét és a motor kenőanyagának mennyiségét szintén ellenőrizni kell Hűtőrendszer feltöltése vízzel, a víz tömegáramának beállítása. A mérés előtt a motort be kell ,melegíteni (hűtővíz-hőmérséklet 80±5°C, kenőolajhőmérséklet 85±5°C)
A mérés során felhasznált berendezések és eszközök ismertetése Teljesítménymérő fékpad A mérést Borghi & Saveri típusú örvényáramú fékpaddal végezzük. Az elektromos örvényáramú fékpad előnye a vízfékpadhoz képest, hogy a fékezőnyomaték-fordulatszám görbe gyakorlatilag tetszőlegesen szabályozható, ezenkívül ezek a fékpadok egyszerűen automatizálhatóak. Az elektromos örvényáramú fékpadnál az állórész és a forgórész között mágneses hatás hozza létre a fékezőnyomatékot. Az állórészben gerjesztőtekercsek vannak, amelyekben egyenáram folyik. A fogazott tárcsa alakú forgórész forgásakor az állórészben örvényáramok indukálódnak. Ezek az örvényáramok a tárcsát fékező mágneses erőteret hoznak létre, és átalakítják a motor teljesítményét hőenergiává. Ezért kell az állórészt vízzel hűteni. A gerjesztő áram potenciométer segítségével szabályozható, kézzel vagy elektronikus automatika segítségével. Az automatavezérlés különböző fékezőnyomatékfordulatszám összefüggéseket képes létrehozni. A fékpad jelleggörbéje ily módon mindig hozzáigazítható a motor nyomatéki görbéjéhez úgy, hogy stabil munkapont adódjék. Akkor stabil a munkapont, ha kis fordulatszám változás hatására a motornyomaték és a fékezőnyomaték erősen eltér egymástól, úgy, hogy az eredeti fordulatszám ingadozás nélkül visszaáll. Az állórészre ható fékezőnyomatékot adott hosszúságú kar közvetítésével, ingás mérleggel, mechanikus úton, vagy nyúlásmérő bélyeggel elektronikus úton mérhetjük.
4
1. ábra: Borghi & Saveri teljesítménymérő fékpad
5
Otto motor műszaki adatai Motor típusa : Lökettérfogat : [cm3] Löket : [mm] Furat : [mm] Sűrítési viszony : Gyújtási sorrend : Alapjárati fordulatszám : [1/min] Max. teljesítmény : [kW] (LE) Max. teljesítményhez tartozó fordulatszám : [1/min] Max. forgatónyomaték : [Nm] Max. forgatónyomatékhoz tartozó fordulatszám : [1/min] Tüzelőanyag :
Suzuki M 15A 1490 78 78 9,5:1 1-3-4-2 800 75 (102) 5900 133 4100 95 RON *
A gyakorlat végrehajtása Megállapítandó műszaki jellemzők A fordulatszám (n [1/min]) függvényében a motor teljes működési tartományában meg kell állapítani az effektív középnyomást (pe [kPa]), illetve a fajlagos tüzelőanyagfogyasztást (be [g/(kW×h)]).
Mérendő mennyiségek A felsorolt jellemzők meghatározására a következőket kell mérni:
Fordulatszám (n [1/min])
Fékre ható erő (F [N])
Idő (T [s]), amely alatt a V térfogatú tüzelőanyag elfogy
Számlált fordulatszám (n’); a fogyasztásmérések időtartamának mérésével egyidejűleg kell megállapítani.
Tüzelőanyag sűrűsége (ρ [g/cm3])
Helyi légköri nyomás (B [mbar])
Helyi hőmérséklet (t [°C])
Levegő relatív nedvességét [%]
6
A motor üzemének ellenőrzése érdekében figyelni kell még a következő jellemzőket:
Hűtőfolyadék-hőmérséklet (tbe,tki [°C])
Kenőolaj hőmérséklet (tolaj [°C])
Kenőolaj nyomás (polaj)
A műszaki jellemzők számítása Effektív középnyomás: Az effektív középnyomás nem más, mint a hengertérfogatra jutó fajlagos ciklusmunka. Értéke négyütemű motoroknál a következő képlettel számítható : pe =
12 *F VH
ahol a végeredmény kPa-ban adódik, míg VH a motor összlökettérfogata literben, F pedig a fékre ható erő.
A mért értékek korrekciója : A különböző éghajlati viszonyok, a környezeti feltételek befolyásolják a belsőégésű motorok teljesítményét. Az effektív teljesítmény, a forgatónyomaték és az effektív középnyomás értékét, (dízelmotoroknál a fajlagos fogyasztásét is) az ENSZ EGB. 24. előírása szerint normál légköri viszonyokra kell átszámítani. Normál légköri viszonyról beszélünk, ha levegő hőmérséklete 298 °K, nyomása 100 kPa és a parciális szárazlevegő nyomása 99 kPa.
A normál légkör állapota : viszonyítási hőmérséklet : T0 = 298 K viszonyítási szárazlevegő-nyomás : p0sz = 99 kPa Ez utóbbi érték 100 kPa össznyomást, és 1 kPa parciális vízgőznyomást tételez fel. Szívó és feltöltött benzinmotoroknál a korrigált értékeket a P0 = α a * P M0 = αa * M pe0 = α a * pe összefüggésekkel kell számolni, ahol ⎛ 99 ⎞ ⎟⎟ α a = ⎜⎜ p ⎝ sz ⎠
1.2
⎛ T ⎞ *⎜ ⎟ ⎝ 298 ⎠
0.6
Az összefüggésben p sz a száraz légnyomás (parciális vízgőznyomással csökkentett össznyomás) , [kPa], T a motorba beszívott levegő hőmérséklete, [K].
7
Fajlagos tüzelőanyag-fogyasztás : Értékét a következő képlettel számíthatjuk ki : be = 60000 * V * ρ *
1 F * n'
g -ban kapjuk meg. kW ⋅ h A fordulatszám az alábbi képlettel számítható :
értékét pedig
n= A kapott eredmény dimenziója
n ' * 60 t
1 , n ' a fordulatszámlálóval t idő alatt mért fordulatok min
száma.
Mérés végrehajtása Az üzem meleg motort öt pillangószelep állasnál (100, 80, 60, 40 és 20 %-os nyitás) úgy terheljük, hogy a legnagyobb megengedett fordulatszámmal forogjon. A számítógép segítségével lehet a munkapontokat beállítani, majd ha stabilizálódott a motor állapota, a mérést meg lehet kezdeni. A mérendő mennyiségeket a számítógép regisztrálja, a tüzelőanyag-mérő hozzáfolyását zárja mérés alatt, az ellenőrzés folyamatos, a képernyőn nyomon követhetőek az üzemanyagok hőmérsékletei. (Túl magas hőmérséklet esetén a motort leállítja a szoftver.) Ezt követően az adatokat a számítógép merevlemezére kell menteni a gyakorlatvezető által megjelölt könyvtárba. Ugyanazon pillangószelep-állás mellett a terhelés növelésével, egyenletes fordulatszám-osztásokkal (∆n=500 1/min) a motor fordulatszámát csökkentsük a legkisebb stabil (üzembiztos) fordulatszámig, majd a terhelés csökkentésével azonos fordulatszám-osztásokkal a legnagyobb fordulatszámig munkapontokat veszünk fel. Áttérve a következő fojtószelepállásra ugyanezeket a lépéseket megismételjük. FIGYELEM! Minden fojtószelepálláshoz külön fájlba kell menteni az adatokat, vagyis a gyakorlat eredménye négy szövegfájl lesz. Érdemes ellenőrizni ezen fájlok tartalmát minden méréssorozat után, az esetleges szoftverhibák miatt.
A mérés befejezése Az utolsó mérés végrehajtása után a terhelést megszüntetjük, majd rövid alapjárati üzem után a motort leállítjuk, a számítógépet és a fékpad-vezérlést áramtalanítjuk.
8
A jegyzőkönyv elkészítése
A mérés elindításakor a számítógép a mért értékeket táblázatos formában rögzíti, így azok lementéséhez a merevlemezről adathordozó eszköz (floppy) szükséges. A kapott adatokból diagramok szerkesztésére alkalmas programmal (pl. Microsoft Excel) kell megszerkeszteni a be = f ( p ' e ) görbéket, melyek alapján az azonos tüzelőanyagfogyasztási pontokat jelző ún. kagylógörbéket kapjuk. ( ( p ' e = f (n)) . A kagylógörbe megrajzolásának elméleti menetét mutatja az alábbi ábra:
Ábrázoláskor a kagylógörbéken kívül a kimért pontokat is be kell rajzolni. A kiértékelés megkönnyítésére célszerű felvenni a Pe = konst. hiperbolákat, valamint a p ' e max = f (n) görbét , mint a működési tartomány felső határát. Az így megszerkesztett és kiegészített diagramból a motor minden lehetséges munkapontjához tartozó jellegmező érték leolvasható. A beadandó jegyzőkönyve tartalma: • Mérés ideje, helye • Mérőcsoport tagjai • Mérésvezető • Mért adatok • Mérés elmélete • Kagylógörbe • Értékelés A mérési adatok elviteléhez egy un. kislemez (3 ½-es lemez) szükséges, amelyet a hallgatóknak kell magukkal hozni a mérésre.
9
Energotest motorfékpad kezelési utasítás A mérések vezérlése, az adatok gyűjtése, a görbék kirajzolása és kiértékelése teljesen automatizált. A kezelőnek csak a kiválasztott munkapontot kell beállítania és indulhat is a mérés. A fékpad irányítója egy IBM AT kompatibilis mikroszámítógép. A kezelővel folytatott kommunikáció menürendszerben történik. A mérés folyamán a fontosabb mérési paraméterek folyamatosan megjelennek a képernyőn. A mért paraméterek kör alakú műszerek illetve oszlopdiagramok szemléltetik, ezenkívül az értékek számmal is ki vannak írva. A kezelő képernyőváltással (alt-H, alt-N) megtekintheti a hőmérsékleteket és a nyomásokat is. Bármikor lehetőség van a mérés üzemszerű leállítására (alt-A), illetve hiba esetén a számítógép a mérést automatikusan megállítja. Az összes mért jellemző kiértékelése számítógéppel történik. Mérés után az eredmények, diagrammok formájában a képernyőn is megjeleníthetők. A számítógéphez csatolt printer a mérési eredményeket táblázatos és grafikus formában igény szerint kinyomtatja. A számítógép folyamatosan figyeli a 24 voltos tápfeszültség meglétét, a víz és olaj hőmérsékletét és nyomását. Hiba észlelése esetén értesíti a felhasználót, illetve vész esetén le is állítja a rendszert. Az adatbázisba betáplálhatóak a motortípusok gyári adatai, Lehetséges a listák nyomtatása illetve diagramszerű megjelenítése. Ezek összevetése a mérő feladata.
10
Bekapcsolási sorrend 1. 2. 3. 4.
Főkapcsoló Printer (ha van) Számítógép Ha rendszer felállt: fekpad.bat elindítása 5. Fékpadvezérlő elindítása 6. Biztosítani kell a motor és a fékpad vízellátását 7. Motor elindítása
2. ábra: Vezérlő számítógép
A rendszer fő funkciói (Menük): 1, Azonosítás – Új mérési sorozat megkezdésekor itt adhatók meg a fejléc kitöltéséhez szükséges adatok és a mérendő motor típusa. Ezek az adatok a mérés során módosíthatóak
11
2, Motortípusok – Ez alkalmas egy új motortípus felvételére, adatainak megadására, a meglévő motortípusok adatainak módosítására és a feleslegessé vált motortípusok törlésére.
3, Mérés – Méréssorozatok végrehajtása, ezek kiértékelése és a mérés bizonylatolása tartozik ebbe a menüpontba. 4, Adattárolás – a mérések adataink mentése merevlemezre későbbi kiértékelés céljából.
5, Teszt – Tesztek, nullázások, kalibrálások, beállítások találhatók itt, csak jelszóval használható 6, Kilépés: a program elhagyása, visszatérés a normál üzemmódban
12
Program kezelése Elégséges hozzá a számítógép billentyűzete, de a használatot megkönnyíti ha van egér a géphez csatlakoztatva. A kurzort egér nélkül a nyilakkal tudjuk mozgatni, finommozgatása a „Shift”+nyilakkal lehetséges. Csak billentyűzetet használva a főmenüben az aláhúzott betűk és az alt billentyű lenyomásával hívhatunk elő legördülő menüket, melyekben az aláhúzott gombok lenyomásával léphetünk tovább. (például: alt+m Mérések, m mérés kezdete). A képernyőn megjelenő gombok között a TAB billentyűvel ugrálhatunk. Visszafelé ugrálásra a Shift+TAB billentyűkombinációval van mód. Azokban a mezőkben, ahol adatot vihetünk fel NE használjuk a numerikus billentyűzetet., mert az a program lefagyását okozhatja.
13
