A járművekben alkalmazott belsőégésű dugattyús motorok szerkezeti felépítése, munkafolyamatai, üzemi jellemzői

HTML
DOWNLOAD

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "A járművekben alkalmazott belsőégésű dugattyús motorok szerkezeti felépítése, munkafolyamatai, üzemi jellemzői"

Lilla Gáspárné
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 A járművekben alkalmazott belsőégésű dugattyús motorok szerkezeti felépítése, munkafolyamatai, üzemi jellemzői JKL rendszerek Nyerges Ádám J ép. 024 adam.nyerges@gjt.bme.hu 1

Belsőégésű motorok története röviden 1859 Első kétütemű gázmotor megépítése (Jean-Joseph Étienne Lenoir) 1876 Első négyütemű szikragyújtású motor megépítése (Nikolaus August Otto) 1893 Karburátor

2 Belsőégésű motorok története röviden 1859 Első kétütemű gázmotor megépítése (Jean-Joseph Étienne Lenoir) 1876 Első négyütemű szikragyújtású motor megépítése (Nikolaus August Otto) 1893 Karburátor szabadalma (Wilhelm Maybach és Csonka János) 1897 Magas hatásfokú négyütemű kompresszió-gyújtású motor (Rudolf Diesel) 1905 Turbófeltöltés szabadalma (Alfred Büchi) 1957 Első forgódugattyús motor (Felix Wankel) Manapság: elektronikusan szabályozott feltöltött belsőégésű motorok, egyre gyakrabban hibrid hajtásrendszerekbe ágyazva. A bolygónkon futó gépjárművek 99%-a még mindig belsőégésű motorral hajtott. A hosszútávú 2 jövőjüket az alternatív tüzelőanyagok jelenthetik. 2

3 Általános csoportosítás A munkaciklus alatt megtett főtengely fordulatok alapján megkülönböztetünk: kétütemű, négyütemű motorokat. A munkaciklus alatt végbemenő körfolyamat alapján megkülönböztetünk: Otto (pl. benzin-, földgáz, LPG motorok) dízelmotorokat (pl. gázolajjal vagy repceolajjal működő motorok). A hengerelrendezés szempontjából megkülönböztetünk: soros, boxer, V hengerelredezésű, csillag, stb. motorokat. A felépítésük szinte kizárólag a forgattyús hajtóművön alapul, azonban számtalan alternatív konstrukció létezik, mint pl. a forgódugattyús Wankel motor. 3 3

4 Forgattyús hajtómű felépítése Dugattyú: feladata az égéstér határolása és a gázerő továbbítása a főtengely felé. A tömítést a dugattyúgyűrűk biztosítják. Részei a dugattyútető, és a dugattyúszoknya. Csapszeg: a dugattyút a hajtórúddal összekapcsoló alkatrész. Hajtórúd: a csapszeget és a főtengelyt köti össze, csak rúdirányú erő átadására képes. Részei a hajtórúd kisszem, és a hajtórúd nagyfej és a hajtórúd csapágyfedél. 4 Főtengely: a hajtórúdon keresztül az alternáló mozgást forgó mozgássá alakítja. Részei a forgattyúcsap, a forgattyúkar, a főcsap, és az ellensúlyok. 4

5 A négyütemű Otto motor munkafolyamata 5 5

6 Belsőégésű alternáló dugattyús motorok működése 6 6

7 Hengergeometria jellemzők Jellemző méretek: Furatátmérő (D) Lökethossz (s), ami a forgattyúsugár (r) kétszerese Hajtórúdhossz (l) Löket/furat arány: megkülönböztetünk rövidlöketű, négyzetes és hosszúlöketű motorokat Hajtórúdarány: a forgattyúsugár és a hajtórúdhossz hányadosa Henger lökettérfogata: az alsó és a felső holtpont között megtett út által definiált (henger alakú) térfogat Motor lökettérfogata: n számú henger esetén a henger lökettérfogatának z- szerese Kompresszióviszony: az alsó felső holtpont által meghatározott hengertérfogat 7 hányadosa (V c : égéstér térfogat) 7

8 Négyütemű motorok égésterében végbemenő körfolyamat Otto körfolyamat termikus hatásfoka: (κ = 1,4 a levegő adiabatikus kitevője) Minél nagyobb 8 a kompresszióviszony, annál jobb a motor hatásfoka! W 1 : pozitív munkaterület W 2 : negatív munkaterület töltetcsere munka Egyenértékű téglalap alakú munkaterület oldalhosszai: V H hengertérfogat p i indikált középnyomás 8

9 Belsőégésű motorok teljesítménye és tüzelőanyag fogyasztása Belsőégésű motor teljesítménye: i: ütemszám p e : effektív középnyomás (Pa) z: hengerszám n: fordulatszám (1/s) P e : effektív teljesítmény (W) Az effektív és az indikált középnyomás két külön fogalom. Az effektív középnyomás figyelembe veszi a motor súrlódási veszteségeit is, ezért mindig alacsonyabb az indikált középnyomásnál. Az effektív középnyomást a főtengelyen mérhető tengelyteljesítményből származtatjuk. (Az indikált középnyomást pedig a hengerben végbemenő körfolyamatból származtattuk). Belsőégésű motor tüzelőanyag fogyasztása: B t : időegységre eső tüzelőanyag fogyasztás (g/s) b: fajlagos tüzelőanyag fogyasztás (g/kwh) teljesítménnyel fajlagosítva H: tüzelőanyag égéshője (J/kg) P: motorteljesítmény (W) W: hengernyomás által végzett munka (J) Q be : tüzelőanyag égése során felszabaduló hőmennyiség (J) η: belsőégésű motor hatásfoka Ez a hatásfok tartalmazza a 9 valós körfolyamat és a súrlódás veszteségeit is! 9

10 Belsőégésű motorok teljesítménye és tüzelőanyag fogyasztása A motor hatásfoka nagy változást mutat a jellegmezőn: a súrlódási veszteségek a fordulatszámmal és a terheléssel arányosan változnak az elméleti hengertöltetnél általában kevesebb közeg jut be a hengerbe 10 10

11 Tüzelőanyagok, égésfolyamat, légviszony Belsőégésű motorok tüzelőanyagai általában szénhidrogének pl.: benzin, gázolaj, metanol/etanol, propán-bután gáz, földgáz, hidrogén, repceolaj, biogáz, stb. Tökéletes égésfolyamat sztöchiometrikus keverési arány esetén: szénhidrogén + levegő => szén-dioxid + víz + levegő nem éghető része A valóságban nincs tökéletes égésfolyamat! Valós égésfolyamat: szénhidrogén + levegő => szén-dioxid + víz + levegő nem éghető része + károsanyagok Légviszony definíciója: K L0 : elméleti levegőarány m l : hengerbe jutó levegő tömege m t : hengerbe jutó tüzelőanyag tömege α vagy λ: légviszony Ha α<1 akkor dús, ha α>1 akkor szegény, ha pedig α=1 akkor sztöchiometrikus keverési 11 arányról beszélünk. 11

12 Belsőégésű (Otto) motor felépítése, keresztmetszet + gyújtógyertya hengerenként a két szelep között! 12 +olajszűrő a metszet előtt! 12

13 Belsőégésű (Otto) motor felépítése, hosszmetszet + hűtőfolyadék keringető szivattyú (ezen a motoron a vezérműszíj hajtja) 13 13

14 Belsőégésű motorok folyamatai és szerkezeti elemei A belsőégésű motorban végbemenő fő folyamatok: égésfolyamat keverékképzés töltetcsere Kiegészítő szerkezeti elemek: vezérmű és hajtása gyújtórendszer (csak Otto motoroknál) kenőrendszer hűtőrendszer indítómotor Egyéb alkatrészek a motoron: generátor szervókormány szivattyúja klímakompresszor 14 vákuumszivattyú (dízelmotorokon) hűtőventillátor (régen) 14

15 Belsőégésű motorok égésfolyamata Benzinmotorok: a hagyományos benzinmotorok keveréket szívnak a hengerbe az égésfolyamatot az elektromos szikra indítja be a benzin öngyulladása (túl nagy hengernyomás vagy hőmérséklet esetén) káros a motor üzemére kopogó égés a benzin kompressziótűrését az oktánszámmal jellemezzük Dízelmotorok: a dízelmotorok midig csak levegőt szívnak be a hengerbe a tüzelőanyag a befecskendezést követően szinte azonnal öngyullad a nagy hengernyomás és hőmérséklet hatására a gázolaj öngyulladási hajlamát a cetánszámmal jellemezzük mivel a keverékképzés és az égésfolyamat szinte egyszerre történik, ezért a dízel égésfolyamat emissziója nagyobb 15 15

16 Belsőégésű motorok keverékképzése Benzinmotorok: hagyományos keverékképzés: karburátor korszerű keverékképzés: elektronikusan szabályozott befecskendezőrendszer o szívócső-befecskendezés (központi vagy hengerenkénti) o közvetlen befecskendezés (a hengerbe) Dízelmotorok: osztott égésterű dízelmotorok 16 közvetlen befecskendezés 16

17 Belsőégésű motorok töltetcsere folyamata A töltetcsere folyamatot elsősorban a szívó- és kipufogószelepek nyitásának és zárásának az időzítése határozza meg (vezérműbütykök geometriája határozza meg). Alapvetően megkülönböztetünk: szívómotorokat (akusztikus feltöltés) feltöltött motorokat (turbófeltöltő, mechanikus feltöltő, comprex feltöltő) Benzinmotorok: szívómotorok egészen a közelmúltig ma már szinte csak turbófeltöltéssel a cél a fogyasztáscsökkentés ( turbókorszak a as években a cél a teljesítménynövelés volt) Dízelmotorok: régen szívómotorok a 80-as évek végétől turbófeltöltéses motorok nagy mértékű 17 fogyasztáscsökkentés érhető el feltöltéssel 17

Turbófeltöltésű motor működése Cél: teljesítménynövelés Lehetőségek: ütemszám csökkentés hengerszám növelés lökettérfogat növelés fordulatszám növelés effektív középnyomás növelés Feltöltéssel

18 Turbófeltöltésű motor működése Cél: teljesítménynövelés Lehetőségek: ütemszám csökkentés hengerszám növelés lökettérfogat növelés fordulatszám növelés effektív középnyomás növelés Feltöltéssel megnöveljük a hengerbe jutó közeg sűrűségét, azaz nagyobb mennyiségű töltetet tudunk a hengerbe juttatni => Nagyobb effektív középnyomás! 18 Turbófeltöltés esetén a kipufogógáznak a hulladék hőjét hasznosítjuk, ezért javul a motor hatásfoka is. 18

19 Köszönöm a figyelmet! 19 19

Hasonló dokumentumok

Motortervezés I. (BMEKOGGM670)

Motortervezés I. (BMEKOGGM670) 1. Általános tantárgyi követelmények Kreditszám: 4 A tantárgy heti 2 óra előadással és heti 2 óra laborral rendelkezik. Az előadásokon a tervezési feladat elvégzéséhez szükséges