BME Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék 3. MÉRÉS

Átírás

1 3. MÉRÉS OTTO-MOTOR ÉS VILLAMOS GENERÁTOR GÉPCSOPORT MÉRÉSE (MOBIL AGGREGÁT) A mérés célja: Egy benzinmooros generáor jelleggörbéinek felvéele: A mérés során a gépcsopor erhelésének válozaása közben a fajlagos üzemanyag fogyaszás és a gépcsopor haásfoká haározzuk meg. Ezen kívül egy ado időszakra vonakozó álagos haásfoko és közepes erhelés számolunk. A gépcsopor elemei: Benzinüzemű, egyhengeres, karburáoros, léghűéses négyüemű Oo-moor és hozzá ékszíjhajással kapcsol generáor. A benzin üzemű négyüemű Oo-moor működése: Az Oo-moorok (más néven szikragyújású moorok) a üzelőanyago a levegővel együ juaják a hengerbe. Gáznemű üzelőanyag a levegőhöz keverheő; a folyékony üzelőanyago porlaszással és elpárologaással kell elgázosíani. Ez a keveréke sűríi (komprimálja) a moor, olyan mérékben, hogy a kompresszió véghőmérséklee a gyulladás hőmérsékleé ne érje el. A kompresszió üem végső szakaszában a keveréke villamos szikra gyújja meg. Az ez köveő üem az expanzió, a ulajdonképpeni munkaszakasz. (a) (b). ábra Négyüemű Oo-moor ideális indikáordiagramja (a) és valóságos indikáordiagramja (b), alauk a henger rajza.

2 A négyüemű Oo-moor munkafolyamaá legjobban annak indikáordiagramjával jellemezhejük. Ez a hengerben uralkodó nyomás muaja a dugayú helyzeének, illeve a hengerérfoganak a függvényében. Minhogy az Oo-moor elvben úgy működik, hogy a dugayú égőképes keveréke komprimál, és az a szikra egyszerre gyújja meg: a hőközlés elvben a felső holponon (FHP), ill. az ehhez arozó állandó érfogaon megy végbe. Ezen az alapon szerkesze ideális indikáordiagramo mua az.(a) ábra. A valóságos indikáordiagramban (a gyúlás késedelme és) az égés sebességének véges vola mia a szögleek, csúcsok leompulnak, az.(b) ábrán láhaó módon. A szívóüem (I. üem; A * B * vonal) ala a dugayú az égőképes keveréke a nyio szívószelepen kereszül a hengerbe beszívja. A keverék előállíásá a porlaszó (vagy karburáor) végzi, amely a szívócsaornában a fojószelep elő erős légáramban porlaszja szé a cseppfolyós üzelőanyago. (Újabban kifejlesze közvelen benzinbefecskendező eljárásnál a befecskendezés a hengerbe örénhe a kompresszió-üem ala is.) A szívólöke ala nagy sebességgel érkező keverék pb nyomása a hengerben az áramlási veszeségek mia a po környezei levegő nyomásánál valamivel kisebb (depresszió). Az indikáordiagramban ehá a szívás A * - B * vonala eljesen nyio pillangószelep eseén kb. 0. bar-ral van a po nyomás vonala ala, fojo szelepállásnál a depresszió ennek háromszorosa is lehe. A porlaszó elvi vázlaá a 2. ábra szemlélei. A dugayú a levegő középen szűkíe csövön kereszül szívja a hengerbe. A Venuri-cső alakú légvezeék legszűkebb szelvényében elhelyeze fúvókában a cseppfolyós üzelőanyago úszóval vezérel szelep arja állandó szinmagasságon. A finom cseppekre porlaszo folyadéko a légáram magával ragadja, és részben köd alakjában, részben pedig elpárologao állapoban viszi a moor hengerébe. A porlaszónak előbb leír és a karburáoros gépjárműveknél mai napig alkalmazo működési elve Bánki Doná műegyeemi anáról származik 893-ból. (Az ő porréja láhaó a dékáni láncon, ő vol Tanszékünk elődjének, a Hidraulikai és Hidrogépek Tanszéknek a megalapíója, mellszobra az Aula DNy-i oldalán áll.) Az ábra kapcsán ismeree egyszerű porlaszó válozó erhelésnél nem udja a keverék összeéelének állandóságá bizosíani, mer növekvő légsebességnél a porlaszo üzelőanyag mennyisége megnövekszik (a keverék bedúsul). 2. ábra A porlaszó (karburáor) vázlaa 2

3 A kompresszió (sűríő) üem (II. üem; B * C * vonal) során a dugayú a keveréke pb nyomásról pc nyomásra sűríi, közben a érfogaa V ről Vc-re csökken. A V/Vc viszony kompresszió-viszonynak (ε) nevezzük, és a moor haásfoka nagymérékben függ ennek érékéől. Gyújás. A sűríe keveréke a dugayú holponi állása közelében villamos szikra gyújja meg, amely a hengerbe szerel gyújógyerya sarkai közö a villamos ranszformáoról kapo nagyfeszülség haására kelekezik. Ideális indikáordiagramban az égés olyan gyorsnak ekinjük, hogy eközben a keverék érfogaa nem válozik; a nyomás ezzel pc-ről pd-re nő (a diagram C - D vonalán). A beszívo keverék összeéeléből és a benzin fűőérékéből a végső hőmérsékle és a végnyomás kiszámíhaó. Ha a sűríés adiabaikusnak, azaz hőközlés nélkülinek, ovábbá veszeség menesnek ekinjük és a sűríés holponól holponig ar, a kompresszió végnyomása és véghőmérséklee p = p c s V V c κ, illeve T = V V κ c T s. c Az összefüggésekben V c a henger kompresszió érfogaa; V = V c +V s a kompresszióér és a lökeérfoga összege. A V s lökeérfoga az s lökenek és az A = D 2 π/4 hengerkereszmeszenek a szorzaa; κ kievő az állapoválozásban rész vevő gázra jellemző dimenziólan érék, levegő eseén.4. A p C végnyomás megengedheő éréké a keverék öngyulladási ponja, vagyis az a hőmérsékle korláozza, amelyen a keverék magáól meggyullad. A V /V viszony kompresszió-viszonynak (ε) nevezzük. Valóságos eseben az égés akkor kedvező, ha a láng a szikráól gyorsan, de fokozaosan halad végig a hengerérben. Kedvezőlen körülmények összejászása eseén nem ez örénik, hanem a keverék egyes helyeken magáól egyszerre meggyullad. Ez az öngyulladás jelensége. A p C végnyomás megválaszásá e jelenség lérejöének veszélye is korláozza. Az égés sebességének véges vola mia a gyújásnak a felső holpon elő kell bekövekeznie (. ábra C * ). A kívánaos előgyújás amelye a forgayúnak gyújáskor elfoglal szöghelyzeével fejeznek ki a moor konsrukciós adoságain kívül fordulaszámáól, erheléséől és a üzelőanyag fajájáól és minőségéől is függ. A munkaüem (III. üem; a diagramban D* E* vonal) ala az égésermék kierjeszkedik. Eközben a nyomás pd-ről pe-re csökken, majd a kipufogó szelep nyiása uán kismérékben ovábbcsökken. A kipufogó üem (IV. üem; E * A * vonal) ala a dugayú az égésermékeke a kipufogószelepen á kiolja. Az áramlási ellenállások mia a kipufogónyomás néhányszor 0 kpa-lal (pár ized bar-ral) nagyobb a külső po levegőnyomásnál. A negyedik üem végén a kipufogószelep záródik, és a leír folyama ismélődik. 3

4 A kísérlei berendezés: A kísérlei berendezésen a négyüemű Oo-moor szíjhajáson á generáor haj, vázlaa a 3. ábrán, foói a Mellékleben láhaók. A négyüemű Oo-moor B ékszíjhajás C generáor D porlaszó E köbözőedény F üzemanyagarály G - gömbcsap A kísérlei berendezés adaai: 3. ábra A kísérlei berendezés vázlaa Moor ípusa: Honda G200 4 üemű, egyhengeres, léghűéses Oo-moor Kompresszió-viszony (V/Vc): 6,5 Üzemanyag: 95-ös okánszámú, ólommenes benzin Az aggregá kimenő adaai: U = 220 V; f = 50 Hz; PN=,5 kw Üzemanyag-fogyaszás mérése A 4. ábrán bemuao kiegészíéssel a berendezésen kialakíouk az álagfogyaszás mérésének leheőségé. A beépíe köböző edény (E, ld. a 3. ábrán) az üzemanyag arályban lévő folyadékszin ala helyezkedik el, így az edény a G jelű gömbcsap nyiásakor graviációs hozzáfolyással felölheő (közlekedő edények). A köbözés megkezdése elő a G jelű gömbcsapo elzárjuk, miálal a moor a köböző edényből kezdi fogyaszani üzemanyago. Megmérjük a mérőedény szinjelei közöi folyadékszin süllyedés idejé. A sopper leállíása uán a moor ovábbi működeése érdekében a gömbcsapo újra ki kell nyini, ezzel a benzinarály újra a rendszerbe kapcsoljuk. 4

5 4. ábra Az üzemanyag fogyaszás mérése A köbözőedény érfogaa VK = 22, cm 3 = 22, 0-6 m 3 A köbözési idő [s] A fogyaszo üzemanyag érfogaárama VK qb = Az üzemanyag sűrűsége ρb = 740 kg/m 3 Ezzel a fogyaszo üzemanyag ömegárama m& = ρ b q b Az aggregá hasznos eljesíményének és ezzel együ a gépcsopor erhelésének beállíása a villamos ellenállás-szekrénybe épíe fűő ellenállások és izzó (villanyköre) kapcsolásával örénik (lásd az 5. ábrá). b 5. ábra Ellenállásszekrény a erhelés válozaásához A fajlagos üzemanyag-fogyaszás az egységnyi hasznos eljesíményre juó m& üzemanyag ömegárama, azaz b = b. A erhelési fok a pillananyi Ph hasznos eljesímény és a névleges hasznos eljesímény viszonya, azaz Ph x =. Az üzemanyag fűőéréke: Hb = 43,6 MJ/kg. Ezzel a bevezee PN eljesímény P = m& H. ö b b A gépcsopor haásfoka a pillananyi hasznos eljesímény és a bevezee eljesímény hányadosa: Ph η =. Pö Ezek az összefüggések pillananyi érékeke mérnek (mivel a eljesímény időegységre ve munka, az üzemanyag fogyaszás másodpercenkén elhasznál üzemanyag, sb.). A valóságban a gépek válozó erheléssel járnak (pl. egy, a városi forgalomban rész vevő gépkocsi erhelése folyamaosan 5

6 válozik), ezér felmerül a kérdés, hogyan udjuk az álagos haásfoko kiszámíani. Álagos haásfok és közepes erhelés Az ηál álagos haásfoko a üzemidő ala hasznosío Wh munkának és a Wö bevezee munkának a hányadosa adja: W W h η ál = = ö 0 0 Phd. Pöd Feléelezve, hogy a berendezés a ciklus ala nem használuk üresjárásban (ηi 0), ill. felhasználva, hogy a névleges eljesímény állandó, írhaó, hogy ahol P d P xii η, xii η h hi i W h 0 i= i= ál = = = = n n W ö Phii Pöd i= η 0 i i= n a eljes vizsgál időaram ala a erhelési szakaszok száma i az i-edik erhelési szakasz időarama xi - az i-edik erhelési szakasz erhelése ηi - az i-edik erhelési szakasz haásfoka A eljes vizsgál időaramra vonakozao közepes erhelés: n n i Számíási felada x P d h i i W h 0 i= köz = = = n W névl P névl d i 0 i= n x. A mérési eredmények felhasználásával kiszámíandók a közepes erhelés és az álagos haásfok érékei, olyan eseben, amikor az aggregá 250 W hasznos eljesíménnyel 0 percig, 800 W-al 20 percig és 400 W-al 30 percig működik. Meghaározandó ovábbá a feni üemerv szerini működeés során az egy órás üzemhez szükséges benzin mennyisége! A számíáshoz szükséges ηi és bi érékeke az elkészül diagramokról az xi kiszámíása uán olvassa le! Ez a számíási feladao a biankó jegyzőkönyvben kell majd a mérés során elvégezni. 6

7 A berendezés indíásának lépései:. Az elszívó veniláor bekapcsolása. 2. A benzincsap kinyiása és rövid várakozás az üzemanyag folyadékfelszín felölö helyzeének kialakulásáig. 3. A gyújáskapcsoló bekapcsolása. 4. A szivaó kihúzása. 5. A moor indíása a behúzó bowden segíségével. 6. A szivaó visszaolása. 7. A erhelő ellenállások főkapcsolójának felkapcsolása. 8. Fogyaszásmérő üzembe helyezése (eljesímény kiválaszása). A mérési ponok beállíása az alábbiak szerin örénik:. Üresjárási mérés. Nincs bekapcsolva erhelő ellenállás a rendszerben. 2. Villamos kapcsolószekrény -es állásban. 3. Villamos kapcsolószekrény 2-es állásban. 4. Villamos kapcsolószekrény 3-as állásban. 5. Villamos kapcsolószekrény 3-as állásban waos izzó bekapcsol állapoban. 6. Villamos kapcsolószekrény 2-es állásban waos izzó bekapcsol állapoban. 7. Villamos kapcsolószekrény -es állásban waos izzó bekapcsol állapoban. 8. Kikapcsol villamos kapcsolószekrény waos izzó bekapcsol állapoban. A mér adaok és a számíási eredmények az alábbi áblázaban gyűjendők össze (ez a biankó jegyzőkönyv aralmazza): Sorsz. n P h q b b b x P ö η [/min] [s] [W] [cm 3 /s] [kg/s] [kg/kwh] [-] [kw] [-]. 0. A berendezés leállíásának lépései:. A erhelő ellenállások és izzó kikapcsolása. 2. A benzincsap elzárása. 3. Várakozás a köböző arály üzemanyag folyadékfelszínének leürüléséig. 4. A villamos főkapcsoló kikapcsolása. 5. Gyújáskapcsoló lekapcsolása. 6. Kb. 5 perc elelével az elszívó veniláor kikapcsolása. 7

8 A mérés végén közös A4 mm papíron elkészíendő diagramok:. b = f (x) a fajlagos üzemanyag fogyaszás a gépcsopor erhelésének függvényében 2. η = f (x) a gépcsopor haásfokának válozása a erhelés függvényében A lépékek felvéelé a 0. mérésnél már meganuluk ( egység csak, vagy 2, vagy 5 cm legyen). A diagramon ünessük fel a diagram címé, a fordulaszámo, melyen a mérés végezük, a dáumo, a diagram készíőjének nevé és Nepun kódjá. A MÉRÉSRE VALÓ FELKÉSZÜLÉS Hozzanak magukkal db A4-es milliméerpapír, ceruzá, vonalzó, számológépe. Mérés elő ellenőrizni fogjuk a mérésre örénő megfelelő felkészülés, a mérés során alkalmazo összefüggések ismereé és helyes használaá elmélei, ill. rövid számpéldán kereszül. (Pl.: a minakérdések a honlapon; megjegyzés: a beugrón ezekől elérő kérdések is lehenek. ) Tölsék ki ohon a biankó jegyzőkönyve a 4. ponig (az 5-8 pono majd a mérésen fogjuk). A mérésleírással illeve a méréssel kapcsolaos észrevéeleke a csizmadia@hds.bme.hu címre várjuk. Irodalom: hp:// GMA előadás fóliák hp://hu.wikipedia.org/wiki/oo-moor hp://hu.wikipedia.org/wiki/porlaszó hp://en.wikipedia.org/wiki/indicaor_diagram 8

9 Mellékle Az jelű kísérlei berendezés foója A 2 jelű kísérlei berendezés foója 9

10 Köböző edény az üzemanyag fogyaszás méréséhez A generáor hasznos eljesíményének mérésére beépíe villamos műszer 0

11 Az aszal ala elepíe ellenállás-szekrény a erhelés válozaásához