BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM KALORIKUS GÉPEK MÉRÉSEI

Átírás

1 BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM KALORIKUS GÉPEK MÉRÉSEI - Belsőégésű motor mérés- ENERGETIKAI GÉPEK ÉS RENDSZEREK TANSZÉK

2 A MÉRÉSEKHEZ ALKALMAZOTT BERENDEZÉSEK A motorfékpadi kísérletek során szimuláljuk a valós viszonyokat, amihez szükségünk van különféle mérőműszerekre, jeladókra, adatgyűjtőkre és nem utolsósorban megbízható kiszolgáló rendszerekre, mint pl. a hűtő és tüzelőanyag rendszer. Ezeket együttesen kísérleti motorfékpad egységnek tekinthetjük, és az alábbiakban ismertetjük részletesen. A méréseknél használt 2l TFSI motor A motor technika jellemzői: - turbótöltő füstgáz fordítókönyökben - egycsatornás kipufogó rendszer, motor közeli elő- és főkatalizátor - Hitachi etanol álló nagynyomású szivattyú - visszafolyás mentes tüzelőanyag rendszer 1. ábra. A VW-AUDI 1.9 TDI motor égéstere Felépítését tekintve egy négyhengeres, tizenhat szelepes, közvetlen égéstérbe befecskendezésű (direkt befecskendezésű) feltöltött motor, töltőlevegő-hűtővel és kipufogógáz-visszavezetéssel.

3 Főbb paraméterei: Hengerűrtartalom: 1984 cm 3 Maximális teljesítmény: 147 kw (5700 1/perc) Maximális nyomaték: 280 Nm ( /perc tartományban) Dugattyúátmérő: 82,5 mm Dugattyúlöket: 92,8 mm Hajtókar hossza: 119 mm Kompresszió viszony: 10,5 : 1 Károsanyag kibocsátási norma: EU4 Fékpadi rendszer Ahhoz hogy a külső hatások közül a legfontosabbat, a terhelést mesterségesen kell létrehoznunk, azaz a motort fékezni kell. Erre a célra a következő pontban ismertetett örvényáramú féket használjuk. A motor hűtéséről saját hűtő és menetszél híján- külön kell gondoskodni víz-víz hőcserélőkkel. A fék A belsőégésű motorok vizsgálatánál alapvető a megfelelő terhelő (fékező) rendszer. A motorok és az azokat minősítő szabványok fejlődése folyamatosan újabb fékgépek és rendszerek kialakulást kívánja meg. Az egyik legelterjedtebb fékgép típus az úgynevezett örvényáramú fék. A motor a fékgép forgórészét hajtja, amelyre egy lágyvasból készült, kistehetetlenségű fogazott tárcsa van rögzítve. A tárcsa a kvázi állórész gerjesztő tekercsei között forog, melyet egyenárammal gerjeszt a fék szabályzó elektronikája. Az indukálódó örvényáram mágneses teret hoz létre, amely fékezi a forgó részt. A fékezés függ a gerjesztéstől, így a gerjesztés segítségével jól szabályozható a fékező nyomaték, ami jelentős előnye ennek a fékgép típusnak. A fékgép kvázi állórésze is csapágyazva van a tartószerkezethez, és elfordulását egy erőmérőcella akadályozza meg. Az erőmérőcella segítségével mérhető a fékező nyomaték. 2. ábra. Az alkalmazott fékgép különböző üzemmódjai Méréseink során egy Hoffmann típusú örvényáramú féket használtunk, melynek legfőbb előnye az elektromos szabályzás és az összeköttetés a mérést vezérlő PC-vel. Lehetőség nyílik különböző fékezési üzemmódok kialakítására. M=áll. üzemmód esetén állandó nyomaték mellett lehet mérni

4 a motor fordulatszámától függetlenül. Az n=áll. üzemmódnál a beállítható állandó fordulatszám mellett lehet mérni a motor nyomatékától függetlenül. Fék jellemzői: Típus: Működési elv: Üzemmódok: Fordulatszám tartomány: Maximális teljesítmény: Maximális nyomaték: Hoffmann örvényáramú fék n=állandó, M=állandó, /perc 300 kw 600 Nm Tüzelőanyag fogyasztásmérő rendszer A motor fogyasztásának mérésére egy tömegmérés elvén működő (gravometrikus) AVL berendezést alkalmazunk, jellemzői a következők: Típus: AVL A tömegmérő cella terhelhetősége: 600 g Mérés tartomány: 0 50 kg/óra Mérési pontosság: ± 0,12% Tüzelőanyag hőmérséklet mérési tart.: 0 60 C A műszer működése közben egy edénybe tüzelőanyagot enged egy mágnes szelepen keresztül. Amikor a tüzelőanyag elérte a megfelelő szintet, a bemenő szelep elzár, a motor az edényből fogyaszt. Az edény tömegét kapacitív cella segítségével méri, az eltelt idővel együtt. Két alapvető mérési módszer segítségével lehet a mérést végrehajtani: adott idő alatt elfogyasztott tüzelőanyag tömegét, vagy egy adott tömeghez tartozó fogyasztás idejét határozza meg a berendezés vezérlő egysége. Mindkét módszer esetén a fogyasztást kg/h-ban jelzi ki. Adatgyűjtő rendszer: 3. ábra. A fogyasztásmérő felépítése Az egyetemen található AUDI fékpadi konténer vezérlése az úgynevezett AVL-PUMA mérőrendszerrel történik. Ennek a szoftvernek a segítségével lehet vezérelni a konténert és összegyűjteni az onnan érkező adatokat. A fékpadon található egy speciális számítógép melyen

5 keresztül képes kommunikálni a PUMA számítógép a konténerrel. Ide érkeznek be az analóg jelek, melyek digitális jellé átalakítva már képes feldolgozni a PUMA számítógép. A PUMA mozaikszó a következő kifejezésekből tevődik össze: Prüfstands- Und Messtechnik Automatisierung. A magyar jelentése: Fékpadok És Mérési technikák Automatizálása. Alapvetően 2 részből épül fel: A PUMA hardver része A PUMA szoftver része 4. ábra: A mérőrendszer felépítésének egyszerűsített ábrája o Mérőkonténer: itt helyezkednek el a mérőberendezések (fék, gázkar mozgató, fogyasztásmérő, stb.), a nyomás és hőmérséklet mérésére szolgáló eszközök, valamint a motor megfelelő működését biztosító kiegészítő berendezések (tüzelőanyag-ellátó rendszer, hűtőfolyadék-ellátó rendszer, közegellátó rendszer, valamint a kipufogógáz elvezető és a tűzvédelmi rendszer). o A konténerben elhelyezett érzékelők, kijelzők a PUMA hardver részéhez csatlakoznak. Ez tulajdonképpen egy célszámítógép speciális vezérlőkártyákkal. o A PUMA hardver részéből a jelek egy számítógépbe jutnak, ez maga a PUMA szoftver része, a kezelőszemélyzet itt definiálja a mérést és követheti nyomon a paraméterek és folyamatok változását.

6 5. ábra: A PUMA szoftver felépítése A PUMA program ahogyan az ábrán látható több szoftvert tartalmaz. Ezek mindegyike speciális célprogram, főbb részei: PUC: NED: PAM: a Concerto nevű PUMA-ba beépülő kiértékelő program, a Normname editor nevű beépülő program az eszközök definiálására és azok csoportosítására, A Parameter Manager a mérőrendszerben alkalmazott mérőeszközök és az ezek által szolgáltatott mérési eredmények parametrizálását, definiálását valamint az egyes munka projectek külön történő kezelését teszi lehetővé.

7 A MÉRÉSCÉLJA: Egy állandó fordulatszámon a motor fajlagos fogyasztásának mérése és az effektív középnyomásának meghatározása különböző terhelések esetén Fajlagos fogyasztás: A motor alapvető jellemzője a tüzelőanyag fogyasztása, ami a munkafolyamat fenntartására fordított tüzelőanyag tömeg- vagy térfogatáramával illetve a bejuttatott hő-árammal jellemezhető. Ezen értékek alapvetően függnek a motor teljesítményétől, ezért a P [kw] teljesítményre vonatkoztatott B [g/h] a fajlagos tüzelőanyag-fogyasztás használata terjedt el. B& b= [g/kwh] P Effektív teljesítményből meghatározható az effektív középnyomás: ahol: P 2 D π pe * s 4 * z* n i * e = = p e * VL* z* n i * [kw] p e [N/m 2 ] - effektív középnyomás D [m] - hengerátmérő s [m] - löket z [-] - hengerszám n [1/sec] - fordulat i [-] - működések száma (4 ha négyütemű, 2 ha kétütemű)

8 HIVATKOZÁSOK [1] AVL 415 usersmanual, AVL LIST Gmbh [2] Borghi Saveri usersmanual, FE 350 S [3 ] Dr. Meggyes A.- Dr. Bereczky Á.: Belsőégésű motorok