Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
Úplná charakteristika motoru a její využití v provozu vozidla Diplomová práce
Vedoucí práce: doc. Ing. Pavel Sedlák, CSc.
Vypracoval: Bc. Radek Macek
Brno 2013
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma ÚPLNÁ CHARAKTERISTIKA MOTORU A JEJÍ VYUŽITÍ V PROVOZU VOZIDLA vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne …………………………………. podpis diplomanta ………………….
PODĚKOVÁNÍ Upřímně děkuji vedoucímu diplomové práce doc. Ing. Pavlu Sedlákovi, CSc. za účinnou metodickou, pedagogickou a odbornou pomoc a další cenné rady při zpracování mé diplomové práce a také mé přítelkyni a rodině za podporu při studiu.
ABSTRAKT MACEK, R. Úplná charakteristika motoru a její využití v provozu vozidla. Tématem mé diplomové práce je měření parametrů motoru traktoru pomocí vývodového hřídele a sestavení úplné charakteristiky motoru. V literárním přehledu jsou dle dostupné literatury popsány druhy charakteristik spalovacích motorů. Dále je zde popsána teorie tvorby směsi a spalování u vznětových motorů, druhy palivových soustav vznětových motorů a způsoby přeplňování. Praktická část práce je zaměřena na měření základních parametrů motoru traktoru New Holland T7050 AutoCommand. Z naměřených hodnot je poté sestavena úplná charakteristika motoru. Měření bylo uskutečněno v laboratořích Mendelovy univerzity v Brně. V závěru jsou výsledky měření přeneseny do grafů a doplněny příslušnými komentáři.
Klíčová slova: charakteristiky, palivová soustava vznětového motoru, vývodový hřídel.
ABSTRACT MACEK, R. Complete characteristic of the engine and its use in vehicle operation. The theme of my thesis is the measurement of motor parameters using the tractor PTO (power take-off) and composition a complete engine characteristic. In the literature review are according to available literature described the kinds of characteristics of internal combustion engines. Then there is the theory of formation mixture and combustion in diesel engines, types of diesel engines, fuel systems and ways of supercharging. Practical part is focused on measuring the basic parameters of the tractor New Holland T7050 AutoCommand. The measured values compile a complete characteristic of the motor. Measurements were carried out in the laboratories of the Mendel University in Brno. In conclusion, the measurement results are transferred to the relevant graphs and commentary.
Key words: characteristics, diesel engine fuel system, power take-off.
OBSAH 1
Úvod ........................................................................................................................... 7
2
Literární přehled ......................................................................................................... 8 2.1
Charakteristiky spalovacích motorů ................................................................... 8
2.1.1 Otáčkové (rychlostní) charakteristiky ............................................................ 8 2.1.2 Zatěžovací charakteristiky ............................................................................ 11 2.1.3 Seřizovací (regulační) charakteristiky .......................................................... 12 2.1.4 Úplné (celkové) charakteristiky ................................................................... 12 2.1.5 Zvláštní charakteristiky ................................................................................ 13 2.2
Tvorba směsi a spalování u vznětových motorů .............................................. 14
2.3
Palivová soustava vznětového motoru ............................................................. 16
2.3.1 Palivová soustava s řadovým vstřikovacím čerpadlem ................................ 16 2.3.2 Palivová soustava s rotačním vstřikovacím čerpadlem ................................ 17 2.3.3 Samostatná jednoválcová vstřikovací čerpadla ............................................ 18 2.3.4 Vstřikovací systém s tlakovým zásobníkem Common Rail ......................... 20 2.4
Přeplňování ...................................................................................................... 23
2.4.1 Turbodmychadla ........................................................................................... 24 3
Cíl práce ................................................................................................................... 26
4
Materiál a metodika.................................................................................................. 27 4.1
Technické parametry traktoru .......................................................................... 27
4.2
Měřící stanoviště .............................................................................................. 28
4.3
Metodika měření .............................................................................................. 29
4.3.1 Podmínky měření.......................................................................................... 29 4.3.2 Měření jmenovité (vnější) otáčkové charakteristiky .................................... 29 4.3.3 Použitá měřící zařízení ................................................................................. 30 4.3.4 Měření úplné (celkové) charakteristiky ........................................................ 33
5
Výsledky a diskuse ................................................................................................... 34 5.1
Výsledky měření jmenovité (vnější) otáčkové charakteristiky ........................ 34
5.2
Výsledky měření úplné (celkové) charakteristiky............................................ 38
5.3
Diskuze............................................................................................................. 49
6
Závěr ........................................................................................................................ 50
7
Přehled použité literatury ......................................................................................... 52
8
Seznam obrázků ....................................................................................................... 54
9
Seznam tabulek ........................................................................................................ 55
1 ÚVOD Využít tepelnou energii jako zdroj užitečné práce zamýšleli konstruktéři již od konce 17. století. Vývoj spalovacích motorů a jejich zdokonalování probíhá neustále. Moderní společnost je úzce spjata s různými dopravními prostředky, jichž je na světě něco přes jednu miliardu. Spalovací motory jsou od dob svého objevení předmětem neustálého zájmu konstruktérů, jelikož stále rostou nároky ze strany uživatelů, ale taktéž jsou zde mezinárodní normy omezující negativní vlivy provozu motorů na životní prostředí. Největší snahou dnešních konstruktérů je zkonstruovat motor, který je výkonný a zároveň má malou spotřebu paliva a co nejnižší hodnoty škodlivin výfukových plynů. Tato snaha se naplňuje pomocí nových technických řešení. Největší modernizace se dnes především projevuje v oblasti přípravy palivové směsi a aplikace elektroniky v řízení a ovládání motoru. V případě přípravy palivové směsi došlo hlavně k využití přeplňování motoru. Přeplňování je hlavní součástí motorů, kdy dnešním trendem je tzv. downsizing. Hlavní myšlenkou downsizingu je zmenšování objemu motoru při zachování výkonu. Tento problém pomáhá vyřešit přeplňování a přímé vstřikování palivové směsi do válce. Díky elektronice dokážeme pomocí snímačů a akčních členů provádět neustálou kontrolu a regulaci motoru a také současně spojovat řízení motoru s ostatními skupinami. Cílem prováděných změn je snížení spotřeby paliva, ztrátových výkonů, tepelného namáhání, opotřebení a škodlivin výfukových plynů. Pro zlepšování stávajících parametrů motorů a jejich komponentů mají velký význam zkoušky vozidel, které se provádí ve vozidlových nebo motorových zkušebnách. Z výsledků zkoušek lze určit technicko-ekonomické ukazatele a shodu s požadavky norem a předpisů. Pomocí počítačové techniky, snímačů a různých jiných záznamových přístrojů lze efektivně provádět zkoumání vlastností motorových vozidel v provozních i laboratorních podmínkách. Pomocí těchto moderních přístrojů byla naměřena úplná charakteristika motoru, což je tématem diplomové práce.
7
2 LITERÁRNÍ PŘEHLED 2.1 Charakteristiky spalovacích motorů Charakteristiky spalovacích motorů jsou graficky znázorněné závislosti mezi základními veličinami, jako jsou výkon, točivý moment, střední efektivní tlak, otáčky, měrná spotřeba paliva, hodinová spotřeba, teplota, účinnost, veličiny charakterizující exhaláty atd. Charakteristiky dělíme na: •
otáčkové charakteristiky,
•
zatěžovací charakteristiky,
•
seřizovací (regulační) charakteristiky,
•
úplné (celkové) charakteristiky,
•
zvláštní charakteristiky.
2.1.1 Otáčkové charakteristiky Znázorňují závislost výkonu a dalších parametrů motoru na jeho otáčkách při stálém nastavení ovládacího zařízení (pedál akcelerátoru) regulujícího výkon motoru. Místo absolutních otáček se mohou na osu úseček vynášet poměrné otáčky, tj. poměr otáček skutečných ke jmenovitým. V tom případě je nutno na diagramu uvést číselnou hodnotu otáček jmenovitých. Při přímém zjišťování otáčkové charakteristiky (s výjimkou lodní charakteristiky a charakteristiky běhu na prázdno) se změn otáček dosahuje změnou zatížení (přechodem na jinou charakteristiku zatěžujícího orgánu) bez jakéhokoli vnějšího zásahu do nastavení dodávky paliva a do seřízení regulátoru. (Ondráček, 1989) Otáčkové charakteristiky jsou nejpoužívanější. Vyskytují se jako součást technické dokumentace motorů, vozidel, pracovních strojů apod., v protokolech měření, v propagačních materiálech atd. Otáčkové charakteristiky se dále dělí na vnější, částečné a zvláštní. a) Vnější charakteristiky – jsou typické tím, že ovládací zařízení (pedál akcelerátoru), regulující výkon motoru, je nastaveno na maximum v celém 8
rozsahu otáček. Podle stupně a způsobu seřízení dodávky paliva se vnější charakteristiky dělí na tyto druhy: •
Absolutní – je limitní charakteristikou získanou z bodů při nastavení motoru na hranici dosáhnutelného výkonu bez jakéhokoliv omezení. Její praktické využití je ojedinělé, samostatné měření je náročné, protože každý měřený bod se získává při jiném nastavení motoru.
•
Na hranici kouření – je otáčková charakteristika pro limitní dávku paliva, v každém měřeném bodě, na hranici povolené hodnoty kouřivosti. Nezjišťuje se přímo, nýbrž na základě charakteristik zatěžovacích, stanovených pro různé otáčky, vždy s postupným zvyšováním zatížení až do hodnoty kouření uznaného za mezní. (Ondráček,
1989) Charakteristika slouží pro
návrh
konstrukce
vstřikovacích systémů, resp. regulátorů dodávky paliva. •
Provozní – charakteristika motoru nastaveného na konkrétní provozní podmínky jako je životnost, hlučnost, spotřeba, dovolené emise atd. její průběh je platný pro konstantní stanovenou hodnotu ovládacího zařízení (pedál akcelerátoru), regulujícího výkon motoru. Její průběh je od absolutní charakteristiky posunutý směrem k nižším hodnotám výrazně pro vznětové, méně pro zážehové motory.
(1 - absolutní, 2 - na hranici kouření, 3 - provozní) Obr. 1 - Otáčkové charakteristiky spalovacího motoru
9
b) Částečné charakteristiky – svým průběhem se podobají vnější provozní charakteristice, ale velikostí se odlišují podle nastavení ovládacího zařízení (pedálu akcelerátoru) regulujícího výkon motoru. Částečná charakteristika platí tedy i pro konstantní polohu ovládacího zařízení regulujícího výkon motoru v celém otáčkovém rozsahu, ale její hodnota je nižší od maximální. c) Zvláštní charakteristiky – zařazené pod skupinu rychlostních, které znázorňují závislosti veličin motoru pro určité vybrané režimy, resp. podmínky. Patří sem: •
Lodní (vrtulová) – charakterizuje práci motoru s lodním šroubem nebo na brzdovém stanovišti, které šroub nahrazuje. Nezávisle proměnnou jsou otáčky, resp. střední pístová rychlost motoru. Přitom dodávka paliva (poloha regulačního orgánu) v závislosti na otáčkách je řešená tak, aby generovaný točivý moment spalovacího motoru odpovídal průběhu momentu odebíraného vrtulí nebo lodním šroubem.
•
Charakteristika motoru s regulátorem – zobrazuje závislost výkonu, momentu a jiných provozních veličin v závislosti na otáčkách spalovacího motoru. Při změně zatížení z nuly do maxima dochází ke změně polohy regulačního orgánu dodávky paliva řízeného samočinným regulátorem, přičemž poloha ovladače (pedál akcelerátoru) je konstantní. V automobilových vznětových motorech se používá regulátor, který samočinně řídí velikost dávky v oblasti volnoběžných a maximálních otáček – omezovací regulátor. Pro motory mobilních pracovních strojů se používá tzv. výkonnostní regulátor. Soustava charakteristik s výkonnostním regulátorem představuje několik vnějších otáčkových charakteristik. (Hlavňa a kol., 2000)
•
Charakteristika chodu na prázdno – znázorňuje závislost celkové spotřeby paliva (kg.h-1) spalovacího motoru bez zatížení (efektivní výkon roven nule) na jeho otáčkách a to v celém provozním rozsahu.
10
a) Omezovací regulátor
b) Výkonnostní regulátor
Obr. 2 - Otáčková charakteristika s regulátorem
2.1.2 Zatěžovací žovací charakteristiky charakt Se zjišťují měřením ením spalovacího motoru na zkušebním stavu při p stálých otáčkách př motoru. Přitom se mění ění zatěžující zat moment od minimální hodnoty na maximální a to pomocí změny ny polohy ovládacího zařízení za ízení regulujícího výkon motoru. Většinou V se měří spotřeba eba paliva (zpravidla měrná), m popř. další provozní veličiny iny charakterizující zatížení motoru, tj. užitečný ný výkon, střední st užitečný tlak nebo točivý moment při p určitém nastavení otáček ek motoru. Tyto charakteristiky slouží jako podklad pro konstrukci úplných charakteristik.
(a – závislost hodinové spotřeby spot na výkonu, b – závislost měrné rné spotřeby spot na točivém momentu) Obr. 3 - Zatěžovací charakteristiky spalovacího motoru
11
2.1.3 Seřizovací (regulační) charakteristiky Znázorňují závislost provozních veličin spalovacího motoru (užitečný výkon, točivý moment, měrná spotřeba, hodinová spotřeba) na některé provozní nebo konstrukční veličině (úhel předstihu, otvírací tlak vstřikovače, součinitel přebytku vzduchu, atd.). Při měření se mění pouze sledovaná nezávisle proměnná, ostatní vstupní veličiny jsou podle možností udržovány na konstantní hodnotě (otáčky, pedál akcelerátoru, teploty, atd.). Hlavní využití je ve sféře výzkumu a vývoje, při navrhování systémů řízení anebo seřizování konstrukčních prvků, které mají vliv na výstupní hodnoty motoru.
2.1.4 Úplné (celkové) charakteristiky Obecně se jedná o diagramy, znázorňující soustavou křivek závislost sledované provozní veličiny na dvou veličinách základních vynesených na osy souřadnic. Každé křivce diagramu přísluší určitá stálá hodnota sledované veličiny jako parametr. Pro jednotné posuzování motorů celkovou charakteristikou se stanoví soustava os. Na jednotlivých osách mohou být vyneseny otáčky, střední užitečný tlak, točivý moment a jiné požadované veličiny. Úplná charakteristika je v podstatě prostorová plocha vytvořená množinou bodů, jejichž souřadnice jsou hodnoty sledované provozní veličiny pro body základní roviny dané osami. Vrstevnice vytvořené jako průsečnice rovin rovnoběžných se základní rovinou a prostorovou plochou sledované provozní veličiny udávají místa se stejnou hodnotou. Úplná charakteristika se nezjišťuje přímým měřením, ale sestrojuje se z otáčkové a zatěžovací charakteristiky. Způsob je ten, že se ke všem bodům s určitou stejnou souřadnicí na křivkách jedné ze sledovaných veličin (tj. pro určitou hodnotu této veličiny) zjistí požadované hodnoty. Jejich vynesením se získají body jedné křivky úplné charakteristiky. (Ondráček, 1989)
12
Obr. 4 - Úplná charakteristika motoru Škoda Fabia 1,2 HTP
2.1.5 Zvláštní charakteristiky a) Výšková charakteristika – popisuje průběh provozních veličin spalovacího motoru v závislosti na nadmořské výšce. b) Přechodové charakteristiky – znázorňují v závislosti na čase průběh provozních veličin motoru v neustálených režimech. Využití této charakteristiky je zejména při zkouškách motorů při řešení dynamiky pohonů, při řešení problémů řízení a regulace spalovací motorů v součinnosti s poháněnými spotřebiči atd. Pro osobní automobily se zážehovým motorem se dělají záznamy některých veličin motoru jako spotřeba a složení výfukových plynů ve stanovených režimech jízdy. c) Detonační charakteristiky – slouží pro grafické zobrazení parametrů motoru a jejich vliv na vznik detonačního spalování ve spalovacím prostoru. 13
d) Plavební charakteristiky, hlukové charakteristiky – specifické pro konkrétní parametr.
2.2 Tvorba směsi a spalování u vznětových motorů Příprava palivové směsi je důležitá u každého spalovacího motoru, protože ovlivňuje průběh a velikost parametrů charakterizujících jeho činnost. Cílem je stav, při kterém bude do spalovacího prostoru přivedeno ve správný okamžik, v požadovaném stavu a množství, palivo společně se vzduchem, které umožní vznícení a uvolnění tepelné energie. Ta je poté přeměněna na mechanickou práci klikového mechanismu. Příprava směsi je také prostředkem regulace motoru. U vznětového motoru je výkon regulován kvalitativně tzn., mění se jen obsah paliva ve směsi se vzduchem, jehož množství se nemění. V důsledku vysoké teploty stlačeného vzduchu při kompresi (800 až 900 °C) se vstřikované palivo odpaří a po vytvoření hořlavé směsi se vzduchem samo vznítí. Palivo je do spalovacího prostoru přiváděno vstřikováním ve formě elementárních kapiček za pomoci vstřikovačů. Tyto kapičky se pomocí intenzivního víření vzduchu a vysokých kompresních teplot přemění do plynného stavu a umožní jeho vznícení. Teoreticky je k dokonalému spálení 1kg nafty nutné 14,3 – 14,5 kg vzduchu. Čas mezi vstřiknutím a vznícením paliva (prodleva vznícení) je mezi 0,002 – 0,005 s v závislosti na podmínkách před začátkem hoření. (Bauer a kol., 2006) Je žádoucí, aby tento čas byl co nejkratší, jinak roste dynamické namáhání klikového ústrojí vlivem velkého přírůstku tlaku na stupeň pootočení klikového hřídele. Přírůstek tlaku by se měl pohybovat mezi 0,2 – 0,6 MPa na stupeň pootočení klikového hřídele. Ve výsledku se vyšší prodleva vznícení projeví poklesem indikované práce a energetické účinnosti. Důležitý je i okamžik vstříknutí paliva vzhledem k poloze pístu, ten má být zvolen tak, aby maximum tlaku ve válci nastalo 6 – 10 °KH za horní úvratí pístu. Pro splnění uvedených požadavků bylo nutné přistoupit ke změnám, které se projevily zvýšením vstřikovacího tlaku, chlazením paliva, zvýšením nároků na čistotu paliva a vzduchu, ochlazováním vzduchu a hlavně využití elektroniky pro přesné řízení palivové soustavy. Příprava směsi paliva se vzduchem výrazně ovlivňuje užitečný výkon, spotřebu paliva, emise výfukových plynů a hluk spalování vznětového motoru. Důležitou roli hraje provedení vstřikovacího zařízení a řízení vstřikování. Tvoření směsi a průběh spalování ovlivňuje: 14
-
začátek dodávky paliva a začátek vstřiku,
-
doba vstřiku a průběh vstřiku,
-
vstřikovací tlak,
-
směr vstřikování a počet vstřikovaných paprsků,
-
přebytek vzduchu,
-
rozvíření vzduchu. (Bauer a kol., 2006)
Moderní naftové motory pracují při chodu naprázdno s mimořádně chudou směsí se součinitelem přebytku vzduchu λ = 3,4 i více a při plném zatížení λ = 1,3 – 2. Uvedená příprava je vnitřní, protože k ní dochází uvnitř spalovacího prostoru. Spalovací prostory můžeme rozdělit na: -
dělené na hlavní a vedlejší část – komůrkové,
-
nedělené, vytvořené nejčastěji v pístu.
V souvislosti se spalovacími prostory se vstřikování paliva dělí na nepřímé (do komůrky) a na vstřikování přímé (do spalovacího prostoru vytvořeného v pístu). V současné době se u traktorů používají téměř výhradně motory s přímým vstřikem. Motory s přímým vstřikem mají jednoduchý a kompaktní spalovací prostor. Tvar spalovacího prostoru s uspořádáním sacího kanálu (např. šroubový sací kanál v hlavě válce) pomáhá k intenzivnímu rozvíření nasávaného vzduchu.
(1 – Hesselman, 2 – Man, 3 – Saurer, 4 – Polokulový) Obr. 5 - Spalovací prostory motorů s přímým vstřikem paliva
15
Víření
umožní
rovnoměrný
přístup
vzdušného
kyslíku
k hořlavým
složkám
vstřikovaného paliva a pomůže k jeho dokonalému spalování. Poměr povrchu spalovacích prostorů (obr. 5) k jejich objemu je malý, proto jsou také tepelné ztráty malé. Píst je zpravidla chlazen nepřímo, což vede k menšímu odvodu tepla. Při nižších tepelných ztrátách se vzduch při kompresi lehce zahřeje na teplotu vyšší, než je zápalná teplota paliva. Tím dochází ke snadnému spouštění motoru i za nízkých teplot bez dalšího přídavného zařízení.
2.3 Palivová soustava vznětového motoru Palivová soustava musí zajistit dodávku stejného množství paliva do všech válců v daném okamžiku a množství. Dodávka paliva musí odpovídat požadovanému průběhu točivého momentu a její regulace musí být plynulá a snadná. Palivo musí být do válce dodáváno s velkou přesností a někdy i v několika samostatných vstřicích. Pro dokonalé rozprášení se u motorů s přímým vstřikem používají vysoké tlaky až 250 MPa. Palivový systém je tvořen nízkotlakou a vysokotlakou částí. Nízkotlaká část zajišťuje dopravu paliva z nádrže přes čistič k vysokotlaké části. Kromě dopravy paliva má zpravidla za úkol také chlazení vstřikovacího čerpadla. Některé traktory proto mají v nízkotlaké větvi vřazen také chladič paliva. Vysokotlaká část zajišťuje vytvoření vysokého tlaku paliva, jeho dopravu ke vstřikovačům a dávkování paliva do spalovacího prostoru.
2.3.1 Palivová soustava s řadovým vstřikovacím čerpadlem Čerpadlo má pro každý válec motoru jeden element čerpadla. Ten se skládá z pístu čerpadla a válce čerpadla. Píst je ve válci zvedán vačkou vačkového hřídele poháněného od motoru. Zpět se píst vrací působením pružiny. Elementy čerpadla jsou uspořádány v řadě. Zdvih pístu je konstantní. Pro změnu dodávky paliva slouží šikmá spodní řídící hrana pístu. Pootočením pístu, pomocí posuvné regulační hřebenové tyče, se mění užitečný zdvih pístu a tedy i vstřikovaný objem paliva na jeden zdvih. Mezi vysokotlakým prostorem čerpadla a začátkem vysokotlakého vedení je umístěn výtlačný ventil. Ten určuje přesné ukončení vstřiku, zamezuje dostřiku u vstřikovací trysky a zajišťuje rovnoměrné pole charakteristik čerpadla. Velikost vstřikovacích tlaků
16
dosahuje až 135 MPa. Řadová vstřikovací čerpadla se vyrábějí ve dvou modifikacích jako standardní a se zdvihovým šoupátkem. (Bauer a kol., 2006)
Obr. 6 - Palivová soustava s řadovým vstřikovacím čerpadlem
2.3.2 Palivová soustava s rotačním vstřikovacím čerpadlem Na rozdíl od řadového čerpadla má pouze jeden výtlačný element pro všechny válce a pomocí rozdělovače je palivo rozdělováno k jednotlivým vstřikovačům. V současné době se používají dvě konstrukční provedení těchto vstřikovacích čerpadel: •
Jednopístová s axiálním pohybem pístu – kde počet výtlačných zdvihů pístu na jedno otočení odpovídá počtu válců motoru. Píst kromě výtlaku řídí svým otáčivým pohybem rozdělení paliva do jednotlivých vstřikovačů.
Obr. 7 - Princip vstřikovacího čerpadla s axiálním pístem
17
•
Dvoupístová (třípístová) s protiběžným radiálním pohybem pístů – výhodou těchto čerpadel je možnost dosažení vysokých vstřikovacích tlaků, až 160 MPa, při poměrně malých vnějších rozměrech. (Jan, Ždánský, 2010)
Obr. 8 - Princip činnosti rotačního vstřikovacího čerpadla s radiálními písty
2.3.3 Samostatná jednoválcová vstřikovací čerpadla •
Palivová soustava PLD – (Pumpe – Leitung – Düse – Systém), v češtině známo jako systém „čerpadlo – potrubí – tryska.“ Jedná se o modulární vysokotlaký
vstřikovací
systém
se
samostatnými
jednopístovými
vstřikovacími čerpadly, poháněnými vačkovým hřídelem ventilového rozvodu motoru. Počet čerpadel odpovídá počtu válců. Ze vstřikovacích čerpadel je palivo přiváděno krátkým vstřikovacím potrubím k jednotlivým vstřikovačům. Vstřikovací tlak má hodnotu až 180 MPa. Regulace vstřikování je prováděná elektronickou řídící jednotkou prostřednictvím elektromagnetických ventilů, umístěných na jednotlivých vstřikovacích čerpadlech. (Jan, Ždánský, 2010)
18
Obr. 9 - Princip činnosti systému PLD
•
Palivová soustava PDE – (Pumpe – Düse – Einheit), v češtině se používá termín „čerpadlo – tryska.“ V tomto případě tvoří pístová vstřikovací jednotka a vstřikovací tryska jeden celek umístěný v hlavě válce. Vstřikovací jednotky pohání vačkový hřídel ventilového rozvodu, elektromagnetické ventily a elektromagnetická regulace jsou součástí sdružených vstřikovacích jednotek. U tohoto systému odpadá vstřikovací potrubí a vstřikovací tlaky mohou dosáhnout hodnoty až 200 MPa. Určitou nevýhodou je obtížné použití u stávajících motorů s původně konvenčním vstřikovacím zařízením, proto je použití tohoto systému možné především u nově konstruovaných motorů. (Jan, Ždánský, 2010)
19
Obr. 10 - Princip činnosti systému PDE
2.3.4 Vstřikovací systém s tlakovým zásobníkem Common Rail Zkoušený motor je vybaven vstřikovacím systémem Common Rail a proto zde bude popsán detailněji než předchozí palivové soustavy. Systém se vyznačuje použitím jednoho vysokotlakého čerpadla (obvykle se třemi písty) a společného palivového potrubí (zásobníku tlaku), které je potrubím spojeno s jednotlivými vstřikovači. Dnes je na trhu systém Common Rail čtvrté generace. Na tomto stupni vývoje je poprvé aplikován hydraulicky zesilující vstřikovač nafty HADI (Hydraulically Amplified Diesel Injektor). Tento vstřikovač pracuje s převodovým pístem, který zvyšuje systémový tlak v railu a umožňuje dosáhnout vstřikovacích tlaků až do 250 MPa. Tato nová technika otevírá možnost pracovat v samotném řídicím systému se zjevně nižším tlakem, který je snadněji ovladatelný, a požadovaný maximální tlak vytvářet teprve až ve vstřikovači. Požadovaný konstrukční prostor u vstřikovače čtvrté generace Common Rail přitom v podstatě odpovídá potřebě tradičního vstřikovače druhé generace. Méně škodlivin při spalování vzniká také tím, že palivo není náhle vstříknuto do spalovacího prostoru, ale díky speciálnímu geometrickému dimenzování vstřikovače je vstřikováno s rostoucím tlakem. Tento průběh vstřiku umožňuje šetrnější postup spalování s méně patrnými teplotními špičkami a příslušně redukovanou tvorbou kysličníku dusíku. Zlepšuje se také příprava směsi, a tím se redukuje vznik částic. 20
Čtvrtá generace Common Rail umožňuje vícenásobný vstřik, aby bylo možné řídit regeneraci filtrů pevných částic.
2.3.4.1 Princip činnosti U systému Common Rail je odděleno vytváření tlaku a vstřikování paliva. Vstřikovací tlak je vytvářen vysokotlakým čerpadlem nezávisle na otáčkách motoru a na vstřikované dávce paliva. Palivo pro vstřikování je připraveno ve vysokotlakém zásobníku (railu). Vstřikovaná dávka je určena řidičem (polohou pedálu akcelerátoru), okamžik vstřiku a vstřikovací tlak jsou vypočteny z polí hodnot uložených v elektronické řídící jednotce. Vstřikování je realizováno vstřikovačem na každém válci prostřednictvím elektromagneticky řízeného ventilu. Vstřikovací systém Common Rail nabízí větší flexibilitu při řešení vstřikování než konvenční vačkou poháněné systémy: -
široký rozsah použití (od motorů pro osobní automobily až po motory s výkonem 300 kW na válec),
-
vysoký vstřikovací tlak (až 250 MPa),
-
proměnný předvstřik,
-
možnost rozdělení dávky na úvodní, hlavní a následný vstřik,
-
přizpůsobení vstřikovacího tlaku provoznímu tlaku motoru.
Hlavní částí palivového systému Common Rail jsou podávací čerpadlo, palivový filtr, vysokotlaké čerpadlo, vysokotlaké potrubí, vysokotlaký zásobník (rail), vstřikovače a řídící jednotka. Podávací čerpadlo (zubové, lamelové a další s mechanickým nebo elektrickým pohonem) neustále nasává palivo z nádrže a přes filtr ho dopravuje do vysokotlakého čerpadla. Vysokotlaké čerpadlo nevytlačuje palivo přímo ke vstřikovačům, ale do vysokotlakého zásobníku (railu), kde je udržován stejný tlak paliva. Proto musí čerpadlo stále pracovat. Nejčastěji se jedná o radiální čerpadlo se třemi písty, které vykonávají stále stejný zdvih a jsou mazány palivem. Umístěn je na bloku motoru stejně jako u konvenčních čerpadel. Zdvih pístů čerpadla je odvozen od excentricky uložené vačky. Nad každým pístem je talířový sací ventilek, který se otevírá podle tlakových poměrů paliva nad a pod ním. 21
Obr. 11 - Schéma vstřikovacího systému s tlakovým zásobníkem Common Rail
Pístem je palivo vytlačováno přes kuličkový ventil do regulátoru tlaku a odtud do vysokotlakého zásobníku (railu). Při nízkých otáčkách, kdy není tak velká spotřeba paliva, je zbytečné aby čerpadlo podávalo plný dopravní výkon. Proto se používá odpojení jednoho až dvou elementů čerpadla. Odpojení je zajištěno otevřením sacího ventilu pomocí elektromagnetu. Ventil zůstává otevřený i při výtlaku, což zajistí snížení příkonu pohonu čerpadla a zároveň snížení zahřívání paliva při průtoku do přepadu. Pohon čerpadla je dovozen od pohonu rozvodu motoru. Tlak paliva ve vysokotlakém zásobníku je nastavován a udržován regulačním ventilem v závislosti na zatížení. Vysokotlaký zásobník akumuluje palivo dopravované od čerpadla a současně tlumí kmitání tlaku vzniklé dopravou paliva a vstřikováním. Velikost udržovaného tlaku se pohybuje mezi 40 až 135 MPa. (Bauer a kol., 2006) Na zásobník jsou napojena vysokotlaká potrubí k jednotlivým vstřikovačům, snímač tlaku a pojistný ventil s přepadovým potrubím. Vstřikovače jsou elektromagneticky ovládány z řídící jednotky, která rozhoduje o množství a okamžiku vstřiku paliva. Komunikace mezi řídící
jednotkou
Common
Railu
a
ostatními
řídícími
jednotkami
prostřednictvím digitální sběrnice CAN-Bus využívané také k diagnostice. 22
probíhá
2.4 Přeplňování Výkon spalovacího motoru závisí na množství vzduchu a paliva, které je přivedeno do motoru ke spálení. Výkon čtyřdobého motoru můžeme zvýšit: •
Otáčkami – což znamená zvýšení střední pístové rychlosti, která se projeví nárůstem spotřeby paliva, většími požadavky na mazání, zkrácením intervalu výměny motorového oleje, větším hlukem, náročností uložení klikového mechanismu, zvýšením tepelného namáhání a také s rostoucími otáčkami se zvyšuje ztrátový výkon.
•
Zdvihovým objemem motoru – zvýšením se nedosáhne úměrného nárůstu výkonu (souvisí s velikostí středního indikovaného tlaku). Efektivní je tehdy jestliže je střední efektivní tlak vyšší než 1 MPa. Navíc dochází ke zvětšení rozměrů a hmotnosti motoru.
•
Počtem válců motoru – zvyšování počtu válců vede k úměrnému zvýšení výkonu, ale pro konstrukci to znamená nárůst hmotnosti, velikosti motoru, výrobní náročnosti a také nákladů na opravy.
•
Středním efektivním tlakem – což je průměrný tlak ve válci během celého cyklu po odečtení tlaku připadajícího na mechanické ztráty motoru. Vyššího středního efektivního tlaku se dá dosáhnout zvýšením hmotnosti vzduchu dopraveného do válce. To umožňuje zvětšit množství paliva dodávaného na jeden pracovní oběh. Tento způsob se označuje jako přeplňování. Přeplňováním dojde ke zvýšení objemové účinnosti motoru. Pomocí přeplňování lze zvýšit výkon motoru při nezměněném zdvihovém objemu nebo při stejném výkonu zmenšit jeho rozměry.
•
Zvýšením výhřevnosti paliva – nelze do budoucna očekávat růst, možný pokles v důsledku nahrazování uhlovodíkových paliv alternativními s nižší výhřevností.
•
Zvýšením mechanické účinnosti – existence rezerv, zejména u ztrátového výkonu nutného k pohonu pomocných zařízení.
23
Přeplňování zajišťuje dopravu vzduchu do spalovacího prostoru s tlakem vyšším, než je atmosféricky. Přeplňování je možné realizovat pomocí: -
Turbodmychadel,
-
Mechanicky poháněných dmychadel (kompresory),
-
Tlakových vln (laděná sací potrubí, rotační rozdělovač Comprex),
-
Náporu vzduchu (při rychlostech jízdy nad 100 km·h-1).
Dle plnícího přetlaku a nárůstu výkonu motoru lze přeplňování rozdělit: Tab. 1 - Druhy přeplňování podle tlaku
Nízkotlaké Středotlaké Vysokotlaké
Plnící přetlak [MPa] do 0,1 0,1 – 0,18 nad 0,18
Zvýšení výkonu [%] méně než 50 50 - 75 nad 75
2.4.1 Turbodmychadla U traktorových motorů se nejčastěji používá přeplňování pomocí turbodmychadla. Turbodmychadlo se skládá z turbíny a dmychadla spojených hřídelem uloženým v ložiscích v tělese turbíny. K roztáčení turbíny je využito energie spalin opouštějící spalovací prostor. Plnění válců čerstvým vzduchem zajišťuje dmychadlo. Podle druhu a režimu práce se celkový rozsah otáček může pohybovat v rozmezí 50 000 min-1 až 180 000 min-1 (Zážehový motor Ford 1.0 EcoBoost má otáčky turbodmychadla až 248 000 min-1). Turbína odebírá kinetickou energii výfukovým plynům a přeměňuje ji na mechanickou práci a následně opět na kinetickou energii plnícího vzduchu. Termická účinnost motoru se tímto způsobem zvyšuje, neboť se pro plnění válců využívá část jinak nevyužité energie výfukových plynů. Mezi další výhody přeplňování patří: snížení výkonové hmotnosti, dmychadlo působí na straně sání jako tlumič hluku (snížení až o 4 dB), příznivější parametry výfukových emisí, provozně výhodnější průběh točivého momentu, lepší chování ve vysokých nadmořských výškách.
24
Obr. 12 - Schéma znázornění znázorn motoru přeplňovaného ovaného turbodmychadlem
Vazba mezi turbodmychadlem a motorem je pouze pneumatická. Počet Po otáček turbodmychadla, na němž němž závisí množství a tlak plnícího vzduchu, se reguluje samočinně podle množství a tlaku spalin, tedy v závislosti na zatížení motoru. Proto by bylo vhodné, aby se otáčky otáč motoru v provozu měnily co nejméně. ě. (Jan, Ždánský, 2010) Tento požadavek ovšem v praxi splnit nelze. Tato nevýhoda přepl řeplňovaných motorů turbodmychadlem se při jízdě jízd projeví tzv. turboefektem, tj. zpožděním reakce motoru na sešlápnutí akcelerátoru. Toto někdy n i jedno sekundové zpoždění zpoždě je způsobeno opožděným roztočením ením turbíny (a tím i dmychadla) zvýšeným množstvím výfukových plynů.. Proto se používá regulace turbodmychadla pomocí regulačního regulačního ventilu plnícího tlaku nebo nastavitelné geometrie rozváděcích rozvád lopatek. Při středotlakém a zejména vysokotlakém přeplňování ování dochází ke zvyšování teploty plnícího vzduchu za dmychadlem. Aby se nesnižovala plnící účinnost, ú innost, je nutné vzduch před vstupem do válcůů ochladit, ochladit, tím dojde nejen ke zvýšení hustoty plnícího vzduchu, ale i ke snížení teploty pracovního oběhu ob hu motoru (snížení tepelného namáhání funkčních částí ástí spalovacího prostoru). Jako mezichladičee plnícího vzduchu se používají nejčastěji výměníky vzduch – vzduch nebo vzduch – chladicí kapalina.
25
3 CÍL PRÁCE Cílem diplomové práce bylo především sestrojení úplné otáčkové charakteristiky vznětového motoru přeplňovaného turbodmychadlem na traktoru New Holland T7050 AutoCommand zkoušeného přes vývodový hřídel. Z naměřených a vypočtených parametrů motoru provést grafické vyhodnocení a rozbor. Dále dle zjištěných výsledků určit možnosti využití úplné otáčkové charakteristiky v provozu vozidla.
26
4 MATERIÁL A METODY Měření proběhlo na traktoru New Holland T7050 AutoCommand v laboratořích Mendelovy univerzity v Brně. Traktor byl měřen přes vývodový hřídel. Základní charakteristika měřeného traktoru je uvedena v tab. 2, 3, 4, 5.
4.1 Technické parametry traktoru Traktor: New Holland T7050 AutoCommand VIN: ZAB607941 Vybrané základní údaje uváděné výrobcem (bez navýšení výkonu): Tab. 2 - Parametry motoru
Parametry motoru Objem motoru Počet válců Vrtání /Zdvih Kompresní poměr Maximální výkon Maximální točivý moment Jmenovité otáčky Palivový systém
Chlazení motoru Přeplňování
Hodnota 6728 6 104x132 16,5:1 145 860 2200 Common Rail s elektronickým řízením vstřikování Bosch Kapalinové s ventilátorem s viskózní spojkou Turbodmychadlem s mezichladičem
Jednotky [cm3] [-] [mm] [-] [kW] [Nm] [min-1]
Tab. 3 - Parametry převodového ústrojí
Převodovka Název Typ Počet stupňů Rychlost jízdy Pohon pojezdu
Hodnota AutoCommand Plynule měnitelný převod (CVT) Bezstupňová 0 - 40 4K4
27
Jednotky
[km·h-1]
Tab. 4 - Parametry vývodového hřídele
Vývodový hřídel (PTO) Zapínání spojky Spojka Otáčky vývodového hřídele
Hodnota Elektrohydraulicky s jemným rozběhem Lamelová v olejové lázni
Jednotky
1000/540/540E/1000E
[min-1]
Hodnota 5735 2334 3115 2884 7200 13000 4345 4320
Jednotky [mm] [mm] [mm] [mm] [kg] [kg] [kg] [kg]
Tab. 5 - Rozměry a hmotnosti
Rozměry a hmotnosti Délka Šířka Výška Rozvor kol Pohotovostní hmotnost Celková hmotnost Zatížení přední nápravy Zatížení zadní nápravy
4.2 Měřící stanoviště Měření bylo provedeno na zkušebním stanovišti v laboratořích Mendelovy univerzity v Brně. Zkušební stanoviště pro měření výkonu pomocí vývodového hřídele je součástí stanoviště pro měření výkonových parametrů traktorů MEZ VDU E270TE150T, které umožňuje jejich zatěžování přes vývodový hřídel, válcový dynamometr nebo dohromady přes oba zatěžovací prvky (téměř 1 MW). Přes vývodový hřídel je možné brzdit až 500 kW v celém rozsahu otáčkové charakteristiky vznětového motoru. (Autozkušebna MENDELU, 2013) Vířivý dynamometr je pomocí šroubů upevněn ve vodicích drahách. Pomocí kloubového hřídele je spojen se zadním vývodovým hřídelem traktoru. K odsávání výfukových plynů je k výfukovému potrubí přistavena hubice, jež odsává tyto plyny a odvádí je mimo měřící prostor. Na traktoru jsou umístěna měřící čidla pro měření požadovaných veličin. Regulaci dynamometru a zaznamenávání naměřených dat zajišťuje řídící počítač zkušebny a server dat. Umístěny jsou v odhlučněné laboratoři v rohu zkušebny. Podle zvoleného programu pro řízení zkoušky a nastavených parametrů měření je možno průběh zkoušky automatizovat.
28
Obr. 13 - Měření parametrů motoru pomocí vývodového hřídele
4.3 Metodika měření 4.3.1 Podmínky měření Před
zahájením
měření
bylo
nutné
zjistit
atmosférické
podmínky
v laboratoři (tab. 6). Při měření je třeba dbát na příslušné normy (OECD code 1 a 2, ČSN ISO 7891-1, ČSN 30 0415). Tab. 6 - Laboratorní podmínky
Podmínky měření Teplota Tlak Relativní vlhkost
Hodnota 24 98,1 70
Jednotky [°C] [kPa] [%]
4.3.2 Měření jmenovité otáčkové charakteristiky Měření jmenovité otáčkové charakteristiky probíhalo při plné dávce paliva. Byl použit ruční akcelerátor. Měření se provádí jak na přetěžovací větvi, tak na regulátorové větvi (působení regulátoru). Počet měřících bodů byl zvolen, tak že na přetěžovací větev připadalo 11 bodů a na regulátorovou 5 bodů. Měření probíhalo bez zapnuté klimatizace a bez navýšení výkonu.
29
4.3.3 Použitá měřící zařízení Měření točivého momentu Pro měření točivého momentu byl použit vířivý dynamometr V 500 (obr. 14), který je připojen pomocí kloubového hřídele k vývodovému hřídeli traktoru. Technické údaje dynamometru jsou uvedeny v tab. 7. Tab. 7 - Technické údaje dynamometru V 500
Technické údaje Typ Otáčky Výkon Moment Chlazení Zatížení
Hodnota V 500 3000 500 1592 vodní trvalé
Jednotky [min-1] [kW] [Nm]
Obr. 14 - Vířivý dynamometr V 500
Vířivý dynamometr se skládá z rotoru a statoru. Elektromagnetické vířivé brzdy jsou založeny na principu vířivých proudů. Velikost brzdného momentu se reguluje velikostí budícího proudu přiváděného na budící cívky statoru za vzniku magnetického pole. Dynamometr lze regulovat na konstantní moment nebo konstantní otáčky. Moment, jímž je brzděn rotor vůči statoru, je pomocí ramene definované délky
30
převáděn ze statoru na tenzometrický snímač síly. Velikost síly se zobrazuje na digitálním ukazateli ovládacího pultu nebo přímo v centrálním počítači. Chlazení dynamometru je zajištěno tlakovou vodou dodávanou z chladícího okruhu, jímž je laboratoř vybavena. Dynamometr je chráněn a automaticky se odstaví jestliže: klesne tlak vstupní vody, teplota výstupní vody překročí maximální hodnotu, dojde k překročení maximálních nastavených otáček. Otáčky jsou měřeny pulzním snímačem LUN 1326.02-8, který je součástí dynamometru. Spotřeba paliva Spotřeba paliva byla měřena dvěma způsoby. V prvním případě pomocí dvou Coriolisových průtokoměrů, které měří palivo hmotnostně (kg·h-1). První průtokoměr měří množství paliva dodávaného do vysokotlakého zásobníku paliva, druhý průtokoměr měří palivo, které se vrací zpět do nádrže. Odečtením obou hodnot dostaneme skutečnou spotřebu paliva. V druhém případě byla spotřeba paliva zjišťována pomocí datové sběrnice CAN ze sítě traktoru. Tato data byla odesílána do počítače. Pro snímání dat ze sítě traktoru byl na Ústavu techniky a automobilové dopravy Mendelovy univerzity vytvořen program v prostředí LabVIEW 8. Spotřeba byla měřena objemově (l·h-1). Pro přepočet na hmotnostní spotřebu bylo potřeba měřit také teplotu paliva, abychom mohli určit měrnou hmotnost paliva, jež se s rostoucí teplotou mění.
Určení měrné hmotnosti paliva Jak již bylo výše uvedeno, pro výpočet hmotnostní spotřeby paliva je nutné zjistit závislost měrné hmotnosti paliva na teplotě. Měření bylo prováděno pomocí Mohrových vážek. Ty vycházejí z Archimedova zákona. Jsou to nerovnoramenné váhy, na jedné straně je kratší rameno s jednoduchou stupnicí, na druhé delší rameno dělené na kratší úseky s možností zavěšení závaží. Na konci tohoto ramene je pak háček na zavěšení měrného tělíska. Naměřené hodnoty jsou uvedeny v tab. 8.
31
Tab. 8 - Měrná hmotnost nafty v závislosti na teplotě
Číslo měření
Teplota paliva [°C]
Měrná hmotnost [kg·m-3]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75
826 823 822 816 814 812 806 804 802 796 793 788
830
y = -0,0027x2 - 0,4263x + 835,64 R² = 0,9931
825
Měrná hmotnost [kg·m-3]
820 815 810 805 800 795 790 785 15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
Teplota [°C]
Obr. 15 - Graf měrné hmotnosti nafty v závislosti na teplotě
Měřilo se postupně po 5°C pro teplotu 20 až 75°C. V průběhu měření se palivo zahřívalo a snímání teploty bylo provedeno pomocí digitálního teploměru. Měření bylo prováděno při teplotě vzduchu v laboratoři 21°C, relativní vlhkosti 31%. Naměřené hodnoty byly zpracovány pomoci programu Microsoft Excel. Hodnoty byly proloženy polynomem druhého stupně (obr. 15). Z rovnice regrese můžeme po dosazení teploty 32
určit měrnou hmotnost paliva. Koeficient determinace blízký hodnotě 1, dokazuje velmi silnou závislost.
Měření ostatních hodnot Ustálení parametrů motoru je kontrolováno měřením teploty mazacího oleje v motoru. Současně je měřena teplota nasávaného vzduchu před čističem, teplota a tlak vzduchu za turbodmychadlem, teplota výfukových plynů, teplota v laboratoři, barometrický tlak, relativní vlhkost vzduchu a otáčky motoru. Teploty jsou měřeny snímači s termočlánky NiCr-Ni, tlak vzduchu za turbodmychadlem tenzometrickým snímačem tlaku, barometrický tlak rtuťovým barometrem, relativní vlhkost vzduchu vlhkoměrem. (Autozkušebna MENDELU, 2013) Ze sběrnice CAN-Bus byla zaznamenávána hodinová spotřeba paliva (objemová), teplota paliva, teplota chladící kapaliny, teplota oleje, teplota plnícího vzduchu, zatížení motoru, aktuální točivý moment, tlak oleje, otáčky motoru. Měřené hodnoty ze všech uvedených snímačů spolu s údaji s datové sběrnice CAN, byly průběžně ukládány do paměti počítače ve zkušebně.
4.3.4 Měření úplné (celkové) charakteristiky Úplná charakteristika se nezjišťuje přímým měřením, ale sestavuje se ze soustavy částečných charakteristik. Částečné charakteristiky byly měřeny stejným měřícím zařízením a zaznamenávaly jsme stejné hodnoty jako při měření jmenovité otáčkové charakteristiky. K sestavení úplné charakteristiky bylo naměřeno deset částečných charakteristik při snížené dávce paliva. K měření při snížené dávce paliva byla použita funkce nastavení maximálních otáček pomocí tempomatu otáček. Tím bylo dosaženo konstantních otáček v celém měřeném rozsahu momentů. Pro sestrojení průběhů izočar stejných měrných spotřeb (a jiných požadovaných hodnot) byly požadované hodnoty při konstantních otáčkách u jednotlivých částečných charakteristik vypočteny pomocí polynomické interpolace. K vyhodnocení dat a tvorbě grafů byl použit počítačový software Microsoft Office 2003. Úplná charakteristika byla měřena bez navýšení výkonu a bez klimatizace.
33
5 VÝSLEDKY A DISKUSE 5.1 Výsledky měření jmenovité otáčkové charakteristiky Měření jmenovité otáčkové charakteristiky probíhalo v rozmezí otáček 1206 min-1 až 2204 min-1. Stálost podmínek měření se posuzuje podle teploty mazacího oleje motoru. Rovněž byla měřena teplota nafty pro stanovení hmotnostní spotřeby paliva. Teplota oleje při měření jmenovité otáčkové charakteristiky se pohybovala od 93°C do 101°C, teplota paliva od 51°C do 54°C . Průběh točivého momentu, výkonu a měrné spotřeby paliva při plné dávce paliva v závislosti na otáčkách motoru je na obr. 16.
1000
150
900
P 120
700 .
Mk 600
90
500
400
60
300
mp 30
200
100
0 1200
0 1400
1600
1800
2000
Otáčky motoru (min-1)
Obr. 16 - Jmenovitá otáčková charakteristika motoru
34
2200
Výkon P (kW)
Točivý moment M k (Nm) Měrná spotřeba m pe (g·kW-1·h-1) .
800
Z grafu můžeme zjistit, že nejvyšší výkon motoru má hodnotu 136 kW při otáčkách 1722 min-1, maximální točivý moment 820 Nm při otáčkách 1471 min-1. Nejvyšší výkon je téměř konstantní v rozsahu otáček 1722 min-1 až 1818 min-1. Převýšení točivého momentu měřeného motoru je 50,5 %. Nejnižší měrná spotřeba paliva byla 218 g·kW-1·h-1 a odpovídá oblasti nejvyššího točivého momentu. Zásah regulátoru nastává při otáčkách kolem 2123 min-1. Točivý moment se v regulátorové oblasti zvyšuje od nuly na hodnotu 545 Nm. V přetěžovací oblasti dále roste až do svého maxima na hodnotu 820 Nm. Potom klesá až do minimálních otáček. Požadavkem je, aby se točivý moment v přetěžovací oblasti s klesajícími otáčkami co nejvýše zvyšoval (převýšení točivého momentu). Výkon v regulátorové větvi narůstá od nuly po 121 kW a to po přímce, podobně jako je tomu u točivého momentu. V oblasti přetěžovací má maximální hodnotu 136 kW, která je konstantní v rozmezí zhruba sta otáček. Poté postupně klesá. Spotřeba paliva byla měřena dvěma způsoby. V prvním případě pomocí dvou Coriolisových průtokoměrů, které měří palivo hmotnostně (kg·h-1). V druhém případě byla spotřeba paliva zjišťována pomocí datové sběrnice CAN ze sítě traktoru, která měří spotřebu objemově (l·h-1). Metoda měření spotřeby pomocí Coriolisových průtokoměrů je velice přesná, avšak při vyhodnocování výsledků bylo zjištěno, že při měření nejspíše došlo k přisávání vzduchu do měřící části průtokoměru a tak byly hodnoty měření nepřesné. Měrná spotřeba paliva se dopočítávala z hodinové spotřeby, měrné hmotnosti a výkonu motoru. Při nulovém výkonu se měrná spotřeba paliva blíží nekonečnu. V přetěžovací větvi postupně klesá až na hodnotu 218 g·kW-1·h-1. Z obr. 16 lze pozorovat, že měrná spotřeba paliva má docela plochý průběh v širokém rozmezí otáček.
35
V tabulce (tab. 9) jsou vybrané hodnoty veličin charakterizující provoz motoru během měření jmenovité otáčkové charakteristiky. Tab. 9 - Vybrané hodnoty jmenovité otáčkové charakteristiky
nmot. -1
Mk
P
mpe -1
-1
tvst.
tpl
toleje
pp
tpal.
[min ]
[Nm]
[kW]
[g·kW ·h ]
[°C]
[°C]
[°C]
[MPa]
[°C]
2204,04
17,84
4,12
2859,99
29,51
31,19
93,02
0,04
51,00
2204,05
18,23
4,21
2784,54
30,21
31,66
94,11
0,04
51,00
2204,04
18,81
4,34
2699,41
30,50
31,97
94,70
0,04
51,65
2199,83
41,43
9,54
1325,89
30,73
32,72
95,37
0,04
52,00
2180,09
173,56
39,62
416,90
31,34
36,27
95,91
0,08
51,00
2123,54
544,52
121,09
262,91
33,17
50,45
97,05
0,17
50,00
2066,74
581,77
125,91
258,42
34,44
53,80
98,97
0,17
50,03
2009,75
604,85
127,30
253,94
34,95
54,01
100,20
0,17
51,50
1912,86
659,23
132,05
244,44
35,61
54,44
101,16
0,17
52,00
1817,49
711,06
135,33
235,65
35,62
54,04
101,73
0,17
53,00
1721,97
752,63
135,72
232,31
36,04
54,08
102,26
0,17
53,00
1626,73
774,41
131,92
233,07
35,98
53,98
102,50
0,17
53,98
1511,36
809,40
128,10
224,71
36,66
50,89
102,29
0,15
54,00
1417,05
819,76
121,65
218,82
36,04
48,25
102,02
0,13
54,00
1300,25
804,56
109,55
218,32
35,62
44,67
101,43
0,11
54,00
1206,40
780,58
98,61
220,04
35,04
42,15
101,10
0,09
54,00
Teplota nasávaného vzduchu do motoru, měřená před čističem, se pohybovala v průběhu zkoušky od 29,5°C do 35°C. Tlak za turbodmychadlem se zvyšoval od 0,09 MPa po 0,17 MPa. Maximální hodnota tlaku byla konstantní v rozsahu otáček od 1627 min-1 do 2123 min-1, kdy zasáhl regulátor. Teplota vzduchu po stlačení turbodmychadlem byla měřena, avšak její hodnoty nebyly reálné, došlo k chybnému měření, což nemá vliv na výsledky měření. Teplota vzduchu za turbodmychadlem se v praxi pohybuje v řádech stovek stupňů celsia. Průběh teploty plnícího vzduchu po průchodu mezichladičem je uveden na obr. 17.
36
160
0,18
0,16
120
0,14
toleje
100
0,12
80
0,10
60
0,08
tpl. 40
0,06
tvst.
20
0 1200
0,04
1350
1500
1650
1800
1950
2100
Otáčky motoru (min-1)
Obr. 17 - Průběh tlaku a teplot v závislosti na otáčkách motoru
37
0,02 2250
Tlak za turbodmychadlem p
Teplota vzduchu, oleje ( oC )
p
140
(MPa)
pp
5.2 Výsledky měření úplné (celkové) charakteristiky Úplná charakteristika motoru je sestavena z vnější otáčkové charakteristiky při plné dávce paliva a deseti částečných charakteristik při snížené dodávce paliva (obr. 18). Částečné charakteristiky byly měřeny při otáčkách hřídele od 627 min-1 do 1097 min-1. Konstantní otáčky byly nastaveny na požadovanou hodnotu pomocí tempomatu otáček. Soubor č.
1800
001
1600
003
1400
004
Mk PTO (Nm)
1200
005
1000 006
800 007
600 008
400 009
200 010
0 500
700
900
1100
1300
Otáčky PTO (min-1)
011 013
Obr. 18 - Hodnoty na měřené na vývodovém hřídeli
Pro sestrojení úplné charakteristiky bylo nejprve nutné sestavit rovnice jednotlivých větví naměřených charakteristik charakterizující vztahy mezi otáčkami motoru, točivým momentem a námi zvolenou veličinou. Tato jedna námi zvolená veličina je charakteristická pro průběh izočar úplné charakteristiky. V níže uvedených grafech lze vidět šest různých typů otáčkových charakteristik, v nichž jsou vyneseny izočáry pro průběh měrné spotřeby paliva, teplotu plnícího vzduchu, tlak plnícího vzduchu, zatížení motoru, aktuálního točivého momentu a hodinové spotřeby. Vynesením hodnot točivého momentu a měrné spotřeby paliva (nebo jiných námi požadovaných hodnot) do grafů byly vytvořeny body. Požadovaná rovnice byla získána proložením bodů pomocí polynomické interpolace. Pro co nejpřesnější proložení 38
naměřených bodů se postupně měnily stupně polynomu, tak aby se dosáhlo co největší závislosti hodnocené pomocí koeficientu determinace. Do námi vypočtené rovnice se poté zadávaly hodnoty požadovaných měrných spotřeb, z nichž se vypočítávaly souřadnice X a Y, pro zobrazení spotřeb ve výsledném grafu. Poté byly tyto hodnoty překopírovány do dalšího listu souboru a následně rozděleny a setříděny do skupin podle stejné hodnoty měrné spotřeby. Takto seřazené hodnoty byly vyneseny do grafu. Po proložení polynomem vhodného stupně byly nakresleny izočáry konstantních měrných spotřeb. Tyto izočáry jsou ohraničeny křivkou vnější otáčkové charakteristiky a doplněny soustavou křivek vyjadřujících konstantní hodnoty výkonu.
mpe (g·kW-1·h-1)
y = -0,0000x5 + 0,0000x4 - 0,0001x3 + 0,0485x2 - 11,1169x + 1309,6657 R² = 1,0000 500 480 460 440 420 400 380 360 340 320 300 280 260 240 220
500
400
350 300 290
280 270
260
250
240 230
0
100
200
300
400
Mt (Nm)
500
600
700
800
Obr. 19 - Graf závislosti měrné spotřeby paliva na točivém momentu
V grafu (obr. 19) je zobrazena závislost měrné spotřeby paliva na točivém momentu. Naměřené hodnoty jsou v grafu zobrazeny jako modré čtverce. Pomocí polynomické interpolace byly dopočítány požadované hodnoty rovných měrných spotřeb, v grafu zobrazeny jako růžové čtverce. Pomocí stejného principu se použije pro vyhodnocení dalších úplných charakteristik. V horní části grafu je uvedena rovnice polynomu pátého stupně, která popisuje závislost měrné spotřeby paliva na točivém momentu motoru. Index determinace rovný jedné představuje velmi silnou závislost.
39
Úplná otáčková charakteristika s vynesenou měrnou spotřebou paliva Tento typ charakteristiky patří mezi nejdůležitější. Díky ní lze jednoduše zjistit optimální hodnoty točivého momentu nebo výkonu motoru při současném zachování co nejmenší spotřeby paliva. Z grafu na obr. 20 je patrné, že nejmenší měrná spotřeba motoru se pohybuje v oblasti otáček od 1220 min-1 do 1511 min-1 a má hodnotu 220 g·kW-1·h-1. Tato oblast je v místech nejvyššího točivého momentu motoru. Z průběhu konstantních výkonů lze zjistit, že jednomu požadovanému výkonu odpovídají dvě a více hodnot měrné spotřeby paliva. Snížením otáček na příslušné křivce konstantního výkonu je možný posun do oblasti s nižší měrnou spotřebou paliva. Např. motor může pracovat s výkonem 130 kW při otáčkách 1620 min-1 i 1880 min-1. Při pohledu na průběh izočar lze zjistit, že v druhém případě by motor pracoval v neekonomickém režimu, jelikož stejného výkonu lze dosáhnout i při nižších otáčkách motoru a nižší měrné spotřebě paliva. Měrná spotřeba paliva postupně narůstá se zvyšujícími se otáčkami a klesajícím točivým momentem.
Úplná otáčková charakteristika s vynesením aktuálního točivého momentu Aktuální točivý moment byl při měření snímán ze sběrnice CAN-Bus. Hlavním důvodem pro sestavení této charakteristiky je správné ověření snímaných hodnot. Dalo by se říci, že slouží jako cejch. Z průběhů aktuálních točivých momentů vyplývá, že hodnoty ze sběrnice CAN-Bus jsou zatížena velkou chybou. Např. při otáčkách motoru 1500 min-1 a točivém momentu 400 Nm, je z grafu (obr. 21) možno zjistit, že hodnota aktuálního točivého momentu je 50%. Pomocí jednoduché matematiky by tedy hodnota 100 % točivého momentu odpovídala hodnotě 800 Nm. Z grafu však vyplývá, že tato hodnota odpovídá asi 88 %, což je důkaz chybného měření aktuálního točivého momentu. Z grafu je dále patrné, že hodnota aktuálního točivého momentu nedosáhne své maximální hranice 100%, při pohledu na minimální hodnoty jde průběh izočáry pro 20 % aktuálního točivého momentu směrem k záporným hodnotám.
40
900 800 220
700 Moment motoru (Nm) .
P (kW)
600
140 130 120 110 100 90 80 70 60
230 240
500
250
400 300
260 270 280
200
350
290 300 400
500
100 0 1200
1400
1600
1800
2000
2200
-1
Otáčky motoru (min ) Obr. 20 - Úplná otáčková charakteristika s vynesenou měrnou spotřebou paliva [g·kW-1·h-1]
41
900 800 80%
700 P (kW)
Moment motoru (Nm) .
70% 140
600
130
500
60%
120 110
400
50%
300
40%
100 90 80 70 60
200 100 0 1200
30%
20%
1400
1600
1800
2000 -1
Otáčky motoru (min )
Obr. 21 - Úplná otáčková charakteristika s vynesením aktuálního točivého momentu [%]
42
2200
Úplná otáčková charakteristika s vyneseným zatížením motoru Pro objektivní posouzení a správné nastavení pracovního režimu je nutno také vycházet z charakteristiky znázorňující zatížení motoru. Tato charakteristika nahrazuje náročné měření zatížení motoru v terénu, které je komplikovanější. Zatížení motoru bylo při měření snímáno ze sběrnice CAN-Bus. Zatížení motoru je procenty vyjádřená míra využití výkonu motoru v daném okamžiku. Z grafu na obr. 22 lze pozorovat, že největší zatížení motoru je v oblasti vyššího točivého momentu a výkonu. Zatížení rychleji klesá se zvětšujícími se otáčkami motoru. Hodnota 100% zatížení není v grafu vykreslena, avšak kopíruje průběh (modré) křivky točivého momentu motoru.
Úplná otáčková charakteristika s vynesením hodinové spotřeby Tato charakteristika udává, kolik litrů paliva spotřebuje motor za jednu hodinu práce, ve zvoleném režimu motoru. Hodinová spotřeba byla při měření získávána ze sběrnice CAN-Bus. Z grafu na obr. 23 plyne, že největší spotřeba paliva je při potřebě největšího výkonu motoru. Vhodným zvolením otáček motoru lze dosahovat výrazně vyšších hodnot výkonu motoru při stejné spotřebě paliva nebo při stejném výkonu motoru snížit spotřebu paliva. Např. při otáčkách 1850 min-1 je výkon motoru 110 kW a hodinová spotřeba 34 litrů, při otáčkách 1490 min-1 je výkon motoru stejný, ale hodinová spotřeba klesla na 31 litrů, což znamená úsporu tří litrů během hodiny práce. Hodinová spotřeba roste se zvětšujícími se otáčkami a poklesem točivého momentu motoru.
43
900 800 700
90% P (kW)
Moment motoru (Nm) .
80% 140
600
130
70%
120
500
110 60%
100
400
90 80
300
70
50%
60
200 40%
100 0 1200
1400
1600
1800
2000 -1
Otáčky motoru (min ) Obr. 22 - Úplná otáčková charakteristika s vyneseným zatížením motoru [%]
44
2200
900 800
37 34
700 Moment motoru (Nm) .
31
600
P (kW) 140
28
130 25
500
120 110 100
22
400
90 19
80 70
300
16
60
200 13
100 10
0 1200
7
1400
1600
1800
2000 -1
Otáčky motoru (min ) Obr. 23 - Úplná otáčková charakteristika s vynesením hodinové spotřeby [l·h-1]
45
2200
Úplná otáčková charakteristika s vyneseným plnícím tlakem turbodmychadla Charakteristika uvádí hodnoty plnícího tlaku turbodmychadla. Turbodmychadlo ve vozidle je středotlaké. Středotlaké turbodmychadlo umožňuje zvýšit výkon motoru o 50 – 75 % oproti atmosférickému motoru. Regulace plnícího tlaku je provedena pomocí regulačního ventilu plnícího tlaku (bypass). Tlak turbodmychadla je měřen pomocí tenzometrického snímače tlaku. Nejvyšší tlak dodávaný turbodmychadlem je v místech s nejvyšším výkonem motoru (obr. 24). S klesajícím výkonem klesá i plnící tlak. Na hranici jmenovité otáčkové charakteristiky v rozmezí otáček od 1627 min-1 do 2124 min-1 dodává turbodmychadlo maximální přetlak 170 kPa (izočára není vyznačena, kopíruje modrou křivku). Turbodmychadlo vytváří tlak už do nízkých otáček motoru, např. při otáčkách 1200 min-1 je schopno dodávat tlak 90 kPa tak jako při otáčkách 2000 min-1.
Úplná otáčková charakteristika s vynesenou teplotou plnícího vzduchu Teplotou plnícího vzduchu je teplota vzduchu měřená za mezichladičem stlačeného vzduchu. S vyšší teplotou plnícího vzduchu klesá plnící účinnost spalovacího motoru. Teplota plnícího vzduchu je měřena pomocí termočlánku. Nejvyšší teplota je v oblasti nejvyššího výkonu. Nejvyšší hodnota je 54°C a to v rozmezí otáček od 1627 min-1 až do 2067 min-1 (obr. 25). Teplota se postupně zvyšuje s rostoucími otáčkami.
46
900 800 700 Moment motoru (Nm) .
P (kW) 150
140
600
130
130
120
500
110
110
100
400
90
90
80 70
300
70 60
50
200
30
100 0 1200
1400
1600
1800
2000
2200
-1
Otáčky motoru (min )
Obr. 24 - Úplná otáčková charakteristika s vyneseným plnícím tlakem turbodmychadla [kPa]
47
900 800 54°C
Moment motoru (Nm) .
700
52°C
P (kW) 140
600
46°C
130 120
500
110 100
41°C
400
90 80
38°C
70
300
60
35°C
200
34°C
100
33°C
0 1200
1400
1600
1800
2000 -1
Otáčky motoru (min ) Obr. 25 - Úplná otáčková charakteristika s vynesenou teplotou plnícího vzduchu [°C]
48
2200
5.3 Diskuze Podle údajů výrobce je maximální výkon měřeného traktoru bez navýšení při jmenovitých otáčkách 145 kW, nejvyšší točivý moment motoru je 860 Nm při otáčkách 1400 min-1. Optimální měrná spotřeba 205 g·kW-1·h-1. Naměřené hodnoty v laboratořích Mendelovy univerzity v Brně byly: maximální výkon traktoru bez navýšení při otáčkách 1722 min-1 byl 136 kW, nejvyšší točivý moment motoru při otáčkách 1471 min-1 byl 820 Nm. Nejnižší dosažená hodnota měrné spotřeby byla 218 g·kW-1·h-1. Rozdílné vypočtené a změřené hodnoty v porovnání s údaji výrobce jsou zapříčiněny ztrátami vzniklými přenosem točivého momentu z motoru na vývodový hřídel a také tím, že bylo zapnuto všechno příslušenství traktoru (kromě klimatizace), avšak naměřené hodnoty jsou z praktického hlediska reálnější, protože tyto podmínky jsou k dispozici během práce stroje. Problematikou stanovení úplné charakteristiky motoru stejného typu traktoru, měřeného pomocí vývodového hřídele traktoru, se v rámci svých diplomových prací zabývali také autoři MUSIL (2008) a JELÍNEK (2009), kteří dospěli k podobným výsledkům. Jmenovitá otáčková charakteristika stejného typu traktoru byla měřena ve zkušebních laboratořích Vysoké školy a výzkumného ústavu pro zemědělství, zemědělskou techniku a technologii potravin Francisca Josephina ve Wieselburgu v Rakousku. Zkoušky proběhly také podle metodiky měření OECD. Odborníci z rakouské vysoké školy naměřili maximální výkon bez navýšení 141,2 kW při otáčkách 1900 min-1, nejvyšší točivý moment 822,8 Nm při 1400 min-1. Nejnižší naměřená měrná spotřeba paliva činila 221,3 g·kW-1·h-1. Z porovnání mnou naměřených hodnot je vidět velmi malý rozdíl.
49
6 ZÁVĚR V diplomové práci byly podrobně popsány druhy charakteristik spalovacích motorů využívaných pro posouzení chování motoru při určitých režimech provozu a jejich tvorbu. Dále rozebrána problematika tvorby směsi a spalování u vznětových motorů, druhy palivových soustav vznětových motorů a jejich přeplňování. Cílem
diplomové
práce
bylo
sestrojení
úplné
otáčkové
charakteristiky
přeplňovaného vznětového motoru traktoru zkoušeného přes vývodový hřídel. Z naměřených a vypočtených parametrů motoru provést grafické vyhodnocení a rozbor. Dále dle zjištěných výsledků určit možnosti využití úplné otáčkové charakteristiky v provozu vozidla. Využití úplné charakteristiky v provozu vozidla je značně závislé na znalosti problematiky obsluhy vozidla. Každý řidič, který zná průběh jednotlivých charakteristik, by měl být schopen motor udržovat v určitých mezích v tzv. ekonomickém režimu, při kterém motor pracuje s nízkou měrnou spotřebou a s vysokou účinností. Udržet motor v ekonomickém režimu vyžaduje od řidiče stálou pozornost. Stálá pozornost vede k únavě a řidič tak ve většině případů není takto schopen pracovat po celou směnu. Proto jsou moderní traktory vybaveny automatickým řazením s možností nastavení režimu, ve kterém má motor pracovat. Pro zajištění ekonomické efektivnosti ekonomiky provozu je nutné mít k dispozici dostatek informací o jednotlivých provozních režimech motoru, které získáme z úplné charakteristiky. Rozhodující částí provozních nákladů traktoru, kterou může ovlivnit řidič, je tvořena spotřebou paliva. Pomocí úplné otáčkové charakteristiky můžeme zvolit režim motoru, při kterém bude nejnižší spotřeba. Např. motor při plné dávce paliva může pracovat s výkonem 130 kW při otáčkách 1550 min-1 ale i 1970 min-1 (viz. obr 20). Měrná spotřeba je ale rozdílná. V případě nízkých otáček pracuje motor s měrnou spotřebou 224 g·kW-1·h-1 (35 l·h-1), v případě vyšších otáček je to 246 g·kW-1·h-1 (38,5 l·h-1). Rozdíl v hodinové spotřebě je 3,5 l·h-1. Při ceně nafty 37 Kč za litr je rozdíl v nákladech 129,5 Kč za jednu hodinu provozu. Mezi další důležité parametry sledované ze sítě CAN-Bus traktoru při práci patří hodnoty točivého momentu, zatížení, tlaku a teploty. Díky úplné charakteristice je
50
možno zjistit, že hodnoty aktuálního točivého momentu a zatížení získávané ze sítě CAN-Bus traktoru neodpovídají skutečně naměřeným hodnotám. Na provoz vozidla má rovněž vliv také teplota a tlak plnícího vzduchu. V úplné otáčkové charakteristice s vynesenou teplotou plnícího vzduchu lze pozorovat, že se zvyšujícím se výkonem roste teplota plnícího vzduchu. Teplota vzduchu má vliv na plnící účinnost a proto je používán mezichladič stlačeného vzduchu, jenž snižuje teplotu plnícího vzduchu. Tím dojde k dodání většího množství vzduchu do válce umožňující shoření adekvátně zvýšené dávky paliva a tedy vyššího výkonu motoru při zachování jeho zdvihového objemu. Z úplné charakteristiky s vyneseným plnícím tlakem turbodmychadla je možno zjistit, že turbodmychadlo začíná vytvářet požadovaný tlak už od nízkých otáček a vhodným zvolením otáček motoru při práci můžeme vozidlo provozovat v oblastech s vysokým točivým momentem a nízkou měrnou spotřebou paliva.
51
7 PŘEHLED POUŽITÉ LITERATURY AGROWEB, 2002: Fendt Favorit 924 – úplná otáčková chrakteristika. Databáze online [cit.
2013-03-15].
Dostupné
na:
<
http://www.agroweb.cz/Fendt-Favorit-924-
%E2%80%93-uplna-otackova-chrakteristika__s46x9001.html > AUTOZKUŠEBNA MENDELU, 2013: Měřící stanoviště výkonových parametrů traktoru. Databáze Online [cit. 2013-03-04]. Dostupné na: < http://web2.mendelu.cz/autozkusebna/html/dynamtr.htm> BAUER, František, Pavel SEDLÁK a ŠMERDA, Tomáš. Traktory. 1. vyd. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, 2006, 192 s. ISBN 80-86726-15-0. BOSCH-PRESSFORUM, 2005: Autopříslušenství prvovýroba. Databáze Online [cit. 2013-02-11]. Dostupné na: < http://press.bosch.cz/detail.asp?f_id=436> FORD, 2013: Katalogy, ceníky,…. Databáze Online [cit. 2013-02-13]. Dostupné na: < http://www.ford.cz/Cars/Focus/TechnicalData> FRYŠ J., 2005: Měříme hustotu kapalin přesněji. Databáze online [cit. 2013-03-05]. Dostupné na: < http://www.kvm.tul.cz/studenti/texty/ZVM/ZVM-5pr.pdf > HLAVŇA, Vladimír. Dopravný prostriedok - jeho motor. 1.vyd. Žilina: Žilinská univerzita, 2000, 442 s. ISBN 80-7100-665-3. JAN,
Zdeněk
a
ŽDÁNSKÝ,
Bronislav. Automobily: Motory.
7.vyd.
Brno:
Nakladatelství Avid, s.r.o., 2012, 179 s. ISBN 978-80-87143-21-6. JAN, Zdeněk a ŽDÁNSKÝ, Bronislav. Automobily: Příslušenství. 3.vyd. Brno: Nakladatelství Avid, s.r.o., 2010, 313 s. ISBN 978-80-87143-16-2. MM PRŮMYSLOVÉ SPEKTRUM, 2005: Vstřikovací systémy pro moderní vznětové motory.
Databáze
online
[cit.
2013-02-11].
Dostupné
52
na:
NEW HOLLAND, 2007: New Holland T7050 Auto Command. Databáze Online [cit. 2013-03-04]. Dostupné na: OECD, 2008: Abstracts of agricultural tractor test engine. Databáze online [cit. 2013-03-15]. Dostupné na: OECD REPORT, 2008: Francisco Josephinum. Databáze online [cit. 2013-03-15]. Dostupné na: ONDRÁČEK, Jaroslav. Mobilní energetické prostředky: (návody do cvičení). 2. vyd. /. Brno: Vysoká škola zemědělská, 1989, 172 s. PAL, 2008: New Holland T7050. Databáze online [cit. 2013-03-15]. Dostupné na: < http://www.pal.cz/product/2775.traktor-new-holland-t7050/> SCHOLZ C., 2009: Charakteristiky PSM. Databáze online [cit. 2013-02-05]. Dostupné na: < http://www.kvm.tul.cz/studenti/texty/ZVM/ZVM-5pr.pdf > SYROVÝ, Otakar a kol. Úspory energie v technologiích rostlinné výroby. Praha: Výzkumný ústav zemědělské techniky, 2008, 101 s. ISBN 978-80-86884-44-8. ŠTĚRBA, Pavel, ČUPERA, Jiří a POLCAR, Adam. Automobily: Diagnostika motorových vozidel II. 1.vyd. Brno: Nakladatelství Avid, s.r.o., 2011, 181 s. ISBN 97880-87143-19-3. TRACTORDATA, 2012: New Holland T7050. Databáze Online [cit. 2013-03-04]. Dostupné na: < http://www.tractordata.com/farm-tractors/005/4/7/5476-new-hollandt7050.html>
53
8 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 - Otáčkové charakteristiky spalovacího motoru .................................................... 9 Obr. 2 - Otáčková charakteristika s regulátorem ............................................................ 11 Obr. 3 - Zatěžovací charakteristiky spalovacího motoru ................................................ 11 Obr. 4 - Úplná charakteristika motoru Škoda Fabia 1,2 HTP......................................... 13 Obr. 5 - Spalovací prostory motorů s přímým vstřikem paliva ...................................... 15 Obr. 6 - Palivová soustava s řadovým vstřikovacím čerpadlem ..................................... 17 Obr. 7 - Princip vstřikovacího čerpadla s axiálním pístem ............................................. 17 Obr. 8 - Princip činnosti rotačního vstřikovacího čerpadla s radiálními písty ............... 18 Obr. 9 - Princip činnosti systému PLD ........................................................................... 19 Obr. 10 - Princip činnosti systému PDE ......................................................................... 20 Obr. 11 - Schéma vstřikovacího systému s tlakovým zásobníkem Common Rail ......... 22 Obr. 12 - Schéma znázornění motoru přeplňovaného turbodmychadlem ...................... 25 Obr. 13 - Měření parametrů motoru pomocí vývodového hřídele .................................. 29 Obr. 14 - Vířivý dynamometr V 500 .............................................................................. 30 Obr. 15 - Graf měrné hmotnosti nafty v závislosti na teplotě......................................... 32 Obr. 16 - Jmenovitá otáčková charakteristika motoru .................................................... 34 Obr. 17 - Průběh tlaku a teplot v závislosti na otáčkách motoru .................................... 37 Obr. 18 - Hodnoty na měřené na vývodovém hřídeli ..................................................... 38 Obr. 19 - Graf závislosti měrné spotřeby paliva na točivém momentu .......................... 39 Obr. 20 - Úplná otáčková charakteristika s vynesenou měrnou spotřebou paliva [g·kW-1·h-1] ..................................................................................................................... 41 Obr. 21 - Úplná otáčková charakteristika s vynesením aktuálního točivého momentu [%] .................................................................................................................................. 42 Obr. 22 - Úplná otáčková charakteristika s vyneseným zatížením motoru [%] ............. 44 Obr. 23 - Úplná otáčková charakteristika s vynesením hodinové spotřeby [l·h-1] ......... 45 Obr. 24 - Úplná otáčková charakteristika s vyneseným plnícím tlakem turbodmychadla [kPa] ................................................................................................................................ 47 Obr. 25 - Úplná otáčková charakteristika s vynesenou teplotou plnícího vzduchu [°C] 48
54
9 SEZNAM TABULEK Tab. 1 - Druhy přeplňování podle tlaku .......................................................................... 24 Tab. 2 - Parametry motoru .............................................................................................. 27 Tab. 3 - Parametry převodového ústrojí ......................................................................... 27 Tab. 4 - Parametry vývodového hřídele.......................................................................... 28 Tab. 5 - Rozměry a hmotnosti ........................................................................................ 28 Tab. 6 - Laboratorní podmínky ....................................................................................... 29 Tab. 7 - Technické údaje dynamometru V 500 .............................................................. 30 Tab. 8 - Měrná hmotnost nafty v závislosti na teplotě.................................................... 32 Tab. 9 - Vybrané hodnoty jmenovité otáčkové charakteristiky ...................................... 36
55
