A belsıégéső motor olyan hıerıgép amely az alkalmazott hajtóanyag kémiai energiáját alakítja át hıenergiává, majd azt szerkezeti elemei segítségével mechanikai munkává alakítja Égési feltételek: Hajtóanyag Oxigén Gyulladási hımérséklet Keverék elıkészítés, keverékképzés Komprimálás Hıerıgépek Külsı égéső Belsı égéső 1
A munkafolyamat részei: A friss közeg beáramlás a a munkatérbe (Szív) Sőrítés (kompresszió) Égés, terjeszkedés A közeg kiáramlása a munkatérbıl (kipufogás, kitolás) Munkafolyamat Fı munkafolyamat Kiegészítı folyamat Egyéb a mőködési elvtıl függı eltérések: A hajtóanyag porlasztása A hajtóanyag keverék összetételének szabályozása Az égés megindítása A henger öblítése Kenés, hőtés 2
A mőködési elv szerint: Négyütemő (i=4) Kétütemő (i=2) A motorok osztályozása A friss töltet bejuttatásának módja szerint Szívó Feltöltött (0,16 MPa nyomásig, e fölött túltöltött motor) Turbó Mechaniukus Akusztikus Kombinált Külsı töltéső A töltet összetétele szerint: levegıtöltéső, ill. keveréktöltéső A gyújtás jellege szerint: kompresszió-gyújtású, külsı gyújtású A keverékképzés módja szerint: belsı ill. külsı keverékképzés 3
A felhasznált hajtóanyag szerint: benzin, dízel, gáz, egyéb, A töltetcsere vezérlése szerint: Szelepes motor Résvezérléső motor Vegyes vezérléső motor A hengerek állása szerint Hengerfej Forgattyúsház 4
A hengerek száma és elrendezése szerint 5
Alapfogalmak Felsı holtpont (Fhp): A dugattyú periodikus alternáló mozgása során elért hengerfej felıli szélsı helyzete Alsó holtpont (Ahp): A dugattyú forgattyúsház felöli szélsı helyzete Löket: A dugattyú Ahp és Fhp közötti útja Lökettérfogat: Ahp és Fhp közötti térfogat (V h ) Sőrítési térfogat (kopmresszió térfogat V c ): A dugattyú felsı holtponti helyzetében a dugattyúfenék és a hengerfej által határolt térfogat 6
A dugattyú alsó és felsı holtpontja közötti térfogatot, amelyet a dugattyú egy lökete alatt bejár lökettérfogatnak nevezzük D π = 4 D : furatátmárı m ; s : löket m 2 3 Vh s m ahol Vh : lökettérfogat [ ] [ ] Sőrítési térfogat: a dugattyú felsı holtponti helyzete feletti tér. Meghatározása méréssel történik, mert a szabálytalan alak miatt számítással nem lehetséges. Hengertérfogat: A lökettérfogat és a sőrítési térfogat összege VH = Vh + Vc Kompresszió viszony: A motor mőködése során a dugattyú a hengerben lévı gázt összenyomja a sőrítési térfogatra. A sőrítés mértékét jelzı számot kompresszió viszonynak nevezzük. Megmutatja hogy a hengerteret kitöltı gázt hányad részére nyomja össze a dugattyú. Vh + V Értéke: Otto motornál 6-10 c ε = Dízel motornál 14-22 7 Vc
Négyütemő Otto-motor indikátor diagramja: 8
A belsıégéső motor teljesítménye A nyomással mőködı gép általános teljesítménye P = p Q A dugattyúra ható erı Az s munkalöket hasznos munkája Az i ütemtényezıvel jelzett motor teljesítménye A motor lökettérfogata 2 D π F = p N 4 2 D π W = s p J 4 [ ] 2 D π 2 n P = s p W 4 i V h [ ] 2 D π = s 4 [ ] 9
Z hengerszámú motor lökettérfogata H A beszívott közeg térfogatárama a motor adataival és i ütemtényezıvel A motor teljesítménye V = V z h 2 Q = VH n i 2 D π 2 n P = s z p W 4 i [ ] 10
A motorok jellemzı hatásfokai Termikus hatásfok: a körfolyamatból nyerhetı munka és a bevezetett hımennyiség hányadosa W η t = Q Jósági fok: Az indikátordiagramból meghatározott belsı indikált munkának és az elméleti munkának a hányadosa. Értéke 0.8-0.92 Wi η j = W Indikált hatásfok: az indikált munka és a bevezetett hı hányadosa. Wi Wi Pi ηi = = = Q B H t B H Mechanikai hatásfok: A motor fıtengelyén fékezéssel megállapított munka, ill. teljesítmény, és az indikálással megállapított munka ill. teljesítmény hányadosa 1 η = η η i t j 0 t i t i W e η m = = Wi P e P i 11
Gazdasági hatásfok: Amennyiben a fıtengelyen levehetı munkát ill. teljesítményt a bevezetett hıenergiával vetjük össze, mérıszámként a gazdasági hatásfokot kapjuk W e η g = = 1 t P e Q B H i B t H i : Orás hajtóanyag fogyasztás : A hajtóanyag főtıértéke Órás fogyasztás: Idıegység alatti (óránként) hajtóanyagfogyasztást jelenti: B t [kg/h] Fajlagos fogyasztás: Egységnyi munkavégzés eléréséhez szükséges hajtóanyag fogyasztás b t = B P t e g kwh 12
Az Ottó motor mőködési módja Az Ottó motor elnevezés egy győjtıfogalom: nem határozza meg egyértelmően a keverékképzést, az alkalmazott hajtóanyagot stb. Külsı gyújtású (szikra) Ottó körfolyamatot valósít meg Mőködési elv szerint: -kétütemő - négyütemő Hajtóanyag szempontjából: Folyadék: benzin, alkohol, stb. Gáznemő: PB gáz, földgáz, stb. Keverékképzés módja szerint: Karburátoros Befecskendezéses (szívócsıbe, torokba, hengerbe) A dugattyú mozgása szerint: alternáló. Ill. forgódugattyús 13
1. Szívás a dugattyú a felsı holtpontból az alsó holtpont felé halad. A hengertérbe a nyitott szívószelepen keresztül benzin levegı keverék áramlik be. 2. Sőritéskor mindkét szelep zárva. A dugattyú Ahp-ból Fhp-felé halad ezáltal összesőríti a hengertérben a benzin levegı keveréket. Eközben emelkedik a keverék nyomása és hımérséklete. (Kompresszió viszony, üzemállapot, mőszaki állapot) 3. Terjeszkedés A dugattyú Fhp-ból az Ahp felé mozog. A szelepek továbbra is zárva vannak. A szikra által meggyújtott hajtóanyag égése már a Fhp elıtt megkezdıdik. A nagy nyomás a dugattyúra hat és maga elıtt tolja az Ahp felé. Ez a munkavégzés üteme. 4. Kiufogás Ahp elıtt nyit a kipufogó szelep. Az égéstermék egy része a nyomáskülönbség hatására ezen keresztül a szabadba távozik, majd az Ahp-ból a Fhp-felé tartó dugattyú a maradékot kitolja a szabadba. 1 2 3 4 14
A négyütemő Ottó motor mőködése 15
16
Kétütemő Ottó motor mőködése Szerkezeti kialakítása olyan hogy a négy ütem közül kettı-kettı egyidıben játszódjék le. Ez csak úgy lehetséges ha segéd tereket (forgattyús ház) vagy segéd berendezéseket (kompresszor) veszünk igénybe Két munkateret különböztetünk meg: Dugattyú feletti tér Dugattyú alatti tér A keverék beszívását és a henger feltöltését a forgattyúsház végzi. A sőrítés és a töltetcsere a hengertérben valósul meg Nincs külön vezérlırendszere, a töltetcserét a dugattyú vezérli a hengerfalon kialakított rések nyitásával ill. zárásával A motor két munkaterében egyidıben más-más jellegő munkaszakasz 1. Szívó csatorna 2. Kipufogó csatorna 3. Átömlı csatorna 4. Égéstér 5. Forgattyús ház 17
Kétütemő Ottó mőködése 1. A dugattyú Ahp-ból a Fhp felé mozog, felsı széle zárja az átömlı, majd a kipufogó csatronát. Összesőríti a hengerben lévı keveréket. Eközben a dugattyú alsó széle nyitja a szívórést, a szívórésen keresztül a forgattyús házban keletkezı vákuum hatására benzin levegı keverék áramlik be. 2. A gyújtással kezdıdik, ami a felsı holtpont elıtt következik be elektromos szikra hatására. Az égés hatására kialakuló nagy nyomás a dugattyút Fhp-ból az Ahp-felé mozgatja. A terjeszkedı gázok munkát végeznek (munkaütem). A dugattyú az Ahp felé haladva elıször nyitja a kipufogó csatornát (kipufogás). Majd nem sokkal késıbb nyitja az átömlı csatornát. Ennek következtében megtörténik a friss töltet beáramlása a hengertérbe. (Töltetcsere) 18
Membrán vezérléső kétütemő motor Membrán 19
A négyütemő dízelmotor mőködése Lényegi különbség az Ottó és a dízel motorok között: A dízel motor csak tiszta levegıt szív be A hajtóanyag és a levegı keveredése a hengertérben történik meg (belsı keverékképzés). Az éghetı keverék elégése öngyulladással kezdıdik. Az öngyulladás eléréséhez a hajtóanyag levegı keverék gyulladási hımérsékleténél magasabb hımérséklet kell lenni a hengertérben. Kompresszió viszony magasabb mint az Ottó motornál, ε= 14 22 A hajtóanyagnak alacsony gyulladáspontúnak kell lenni. (cetánszám) Hasonlóság: Fıbb szerkezeti elemeik hasonlóak A valóságos körfolyamataik hasonlóak 20
1. A dugattyú a Fhp-ról az Ahp felé mozog. A hengerben térfogatnövekedés jön létre ami nyomáscsökkenéssel jár és ennek hatására a nyitott szívószelepen keresztül levegı áramlik a hengertérbe. 2. Sőrítés ütemében a dugattyú Ahp-ból a Fhp felé halad. A szívó szelep zár. A dugattyú mozgása során összesőríti a a beszívott levegıt, aminek következtében annak nyomása és hımérséklete jelentısen megemelkedik. 3. A felsı holtpont elıtt a magas hımérséklető levegıben megtörténik a hajtóanyag (gázolaj) befecskendezése. A gyulladási késedelem letelte után a hajtóanyag folyamatosan elég amelynek következtében a megnı a hengertér nyomása. A nagy nyomású égéstermék a dugattyút az Ahp felé mozgatja. A szívó és kipufogó szelepek zártak 4. Az Ahp elıtt nyit a kipufogó szelep. Az ekkor még nagy nyomású égéstermék egy része a nyomáskülönbség hatására a környezetbe távozik. A maradék gázok eltávolítását a dugattyú végzi miközben Ahp-ból Fhp felé mozog (kitolás) 21
A négyütemő dízelmotor mőködése 22
Kétütemő dízelmotor mőködése A munkaciklus egy fıtengelyfordulat alatt zajlik le. A töltetcsere vegyes-vezérlési rendszerben valósul meg. A friss töltet az alsó holtpont közelében kialakított réseken kerül be a hengertérbe. A réseket a dugattyú felsı széle nyitja ill. zárja. A friss töltet bejuttatását a fıtengelyrıl hajtott Roots fúvó végzi Az égéstermékek a kipufogó-szelepen távoznak (ez a motorfajta csak kipufogó szelepekkel rendelkezik) A sőrítés és a munkaütem hasonló mint a négyütemő dízelnél. A munkaütem végén még az Ahp helyezet elıtt nyit a kipufogó-szelep. Majd ezt követıen nyit a szívó rés és a beáramló friss levegıtöltet átöblíti a hengert 23
24
A belsıégéső motorok szerkezete A belsıégéső motor lényegében négy egységbıl és járulékos berendezésekbıl áll: Motorház (motorblokk), áll a hengerfejfedélbıl, a hengerfejbıl, a hengertömbbıl, a forgattyús házból és az olajteknıbıl. Forgattyús hajtómő: a dugattyúkból a dugattyúcsapszegekbıl, a hajtórudakból, a forgattyús tengelybıl (fıtengely), és annak csapágyazásaiból áll. Motorvezérlés: a töltetcsere elvégzéséhez szükséges alkatrészekbıl épül fel. Pl.: Szelepemelı himbák, szelep, szeleprugó, szelepemelı tengely, vezérmőtengelybıl, vezérmő, vezérmőlánc, vagy szíjból áll. Keverékképzı rendszer: a hajtóanyag égéshez történı elıkészítését, és hengertérbe juttatását végzi Segédberendezések: gyujtórendszer, kenıolaj- ellátórendszer 25
Henger hengertömb A motornak azt a részét ahol a dugattyú mozog hengernek nevezzük. Gyakorlatban több hengeres motorok használata terjedt el hengertömb A hengertömbben helyezkednek el a hengerperselyek amelyek a dugattyúk egyenesbe vezetését végzik ill. itt játszódik le a munkaütem A hengertömb anyaga: öntöttvas, vagy alumínium ötvözet Öntöttvas hengertömb esetében a hengerperselyek a tömb anyagából készíthetık, megfelelı megmunkálással jó siklási tulajdonságok érhetıek el. Alumínium hengertömb esetében a hengertömbbe jó siklási tulajdonságú perselyeket kell sajtolnunk 26
A hengerpersely A belsıégéső motorok hengertömbjének hosszabb élettartalmát, illetve a blokk könnyőfémbıl való készítését teszik lehetıvé. Anyaga jó minıségő cenrifugálöntéssel készült finomszemcsés öntöttvas, amely jó siklási, és kopásállósági tulajdonságokkal rendelkezik. Megkülönböztetünk nedves és száraz perselyeket. A nedves perselyeket a hőtıfolyadék közvetlenül körüláramolja, jó a hıátadás. A perselyek motorfelújításkor egyenként cserélhetıek. A forgattyúsház felé tömíteni kell a perselyeket. Hátránya hogy nem annyira merev, elhúzódásra, repedésre hajlamos Száraz perselyek nem érintkeznek közvetlenül a hőtıfolyadékkal. Felújítása felfúrással lehetséges. Akkor alkalmazzák ha a hengertömb anyagánál kopásállóbb anyagra van szükség. Hátránya hogy a hıátadása nem olyan jó mint a nedves persely esetében 27