Otto-motor kagylógörbéinek felvétele Laboratóriumi segédlet

Átírás

1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépjárművek Tanszék Otto-motor kagylógörbéinek felvétele Laboratóriumi segédlet Összeállította: Zöldy Máté - Budapest,

2 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 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

3 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 o.Tüzelőanygfogyasztás mérése Dezsényi-Emőd-Finichiu: Belsőégésű motorok tervezése és vizsgálata o. villamos örvényáramú fékpadok Dezsényi-Emőd-Finichiu: Belsőégésű motorok tervezése és vizsgálata o. A tökéletes szikragyújtású motor hatásfoka, tüzelőanyag-fogyasztása és középnyomása Dezsényi-Emőd-Finichiu: Belsőégésű motorok tervezése és vizsgálata 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

4 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

5 1. ábra: Borghi & Saveri teljesítménymérő fékpad 5

6 Otto motor műszaki adatai Motor típusa : Suzuki M 15A Lökettérfogat : [cm 3 ] 1490 Löket : [mm] 78 Furat : [mm] 78 Sűrítési viszony : 9,5:1 Gyújtási sorrend : Alapjárati fordulatszám : [1/min] 800 Max. teljesítmény : [kw] (LE) 75 (102) Max. teljesítményhez tartozó fordulatszám : [1/min] 5900 Max. forgatónyomaték : [Nm] 133 Max. forgatónyomatékhoz tartozó fordulatszám : [1/min] 4100 Tüzelőanyag : 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 (p e [kpa]), illetve a fajlagos tüzelőanyagfogyasztást (b e [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/cm 3 ]) Helyi légköri nyomás (B [mbar]) Helyi hőmérséklet (t [ C]) Levegő relatív nedvességét [%] 6

7 A motor üzemének ellenőrzése érdekében figyelni kell még a következő jellemzőket: Hűtőfolyadék-hőmérséklet (t be,t ki [ C]) Kenőolaj hőmérséklet (t olaj [ C]) Kenőolaj nyomás (p olaj ) A műszaki jellemzők számítása Effektív középnyomás: Az effektív középnyomás nem más, mint a hengertérfogatra jutó fajlagos ciklusmunka. Értéke négyütemű motoroknál a következő képlettel számítható : p 12 = V e * H F ahol a végeredmény kpa-ban adódik, míg V H 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 : T 0 = 298 K viszonyítási szárazlevegő-nyomás : p 0sz = 99 kpa Ez utóbbi érték 100 kpa össznyomást, és 1 kpa parciális vízgőznyomást tételez fel. Szívó és feltöltött benzinmotoroknál a korrigált értékeket a P M p 0 e0 összefüggésekkel kell számolni, ahol = α * P 0 a = α * M a = α * p a e α a 99 = p sz 1.2 T * Az összefüggésben p sz a száraz légnyomás (parciális vízgőznyomással csökkentett össznyomás), [kpa], T a motorba beszívott levegő hőmérséklete, [K]. 7

8 Fajlagos tüzelőanyag-fogyasztás : Értékét a következő képlettel számíthatjuk ki : b e 1 = * V * ρ * ' F * n g értékét pedig -ban kapjuk meg. kw h A fordulatszám az alábbi képlettel számítható : n = ' n *60 t 1 A kapott eredmény dimenziója, ' 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

9 A jegyzőkönyv elkészítése e p ' e 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 b = f ( ) görbéket, melyek alapján az azonos tüzelőanyag- ' fogyasztási pontokat jelző ún. kagylógörbéket kapjuk. ( ( p e = megrajzolásának elméleti menetét mutatja az alábbi ábra: f ( n)). A kagylógörbe Ábrázoláskor a kagylógörbéken kívül a kimért pontokat is be kell rajzolni. A kiértékelés ' megkönnyítésére célszerű felvenni a P e = 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

10 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

11 Bekapcsolási sorrend 1. Főkapcsoló 2. Printer (ha van) 3. Számítógép 4. Ha rendszer felállt: fekpad.bat elindítása 5. Fékpadvezérlő elindítása 6. Biztosítani kell a motor és a fékpad vízellátását 7. Motor elindítása A rendszer fő funkciói (Menük): 2. ábra: Vezérlő számítógép 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

12 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

13 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