online kép - Fájl  tube fájl feltöltés file feltöltés - adja hozzá a fájlokat online fedezze fel a legújabb online dokumentumok Kapcsolat
   
 

Letöltheto dokumentumok, programok, törvények, tervezetek, javaslatok, egyéb hasznos információk, receptek - Fájl kiterjesztések - fajltube.com

 

Online dokumentumok - kep
   

A MOTOR TELJESÍTMÉNYE

gépészet

Fájl küldése e-mail Esszé Projekt

egyéb tételek

 
Architektúra-független leíras
Indítómotor működése, javítasa
A TŰZVÉDELEM ÉS VESZÉLYELHÁRÍTÁS VÉDŐESZKÖZEI
MŰSZAKI RAJZ
Mégegyszer a gépkocsiemelőről
Az anyagmozgatas biztonsagtechnikaja
Fűrészgép vezérlése
Egyenes vonalú és körmozgasok rövid attekintése
A megrendelö a motor gyengeségére hivatkozva keresi fel a javítómühelyt, de nem szeretné, hogy a diagnózis megallapítasahoz szétszereljék a motort
Kötelek és lancok
 
 

A MOTOR TELJESÍTMÉNYE

 

A motor feladata a hőnek, mechanikai munkává alakítása. Az időegység alatti munka - a motor teljesítménye - azonban számos paraméter függvénye a tüzelőanyag fűtőértékétől kezdve a motor konstrukcióján át egészen a folyamat össz-hatásfokáig. A rendeltetésszerű használathoz a motornak megfelelő teljesítményt kell szolgáltatnia, a kívánt teljesítmény pedig meghatározott motorjellemzők mellett érhető el. Azon paraméterek összességét, amelyek a motor teljesítményét befolyásolják, a motor fő méreteinek szokás nevezni.

1. A motor fő méretei

A nyomással működő gép általános teljesítményképlete:

P = Q.p (w) (1)              ahol:   Q = a térfogatáram (m3/s)                                                                                                                            p = a közepes nyomás a folyamat megvalósítása során (Pa)

A motor konstrukciós kialakításának hatását fő méreteket tartalmazó részletesebb egyenletek mutatják. A D átmérőjű dugattyúra ható erő

(N) (2.)

Az s munkalöket hasznos munkája

(J) (3)

A i ütemtényezővel jellemzett motor egy hengerének teljesítménye n (f/s) fordulatnál a (4) összefüggéssel számítható. Az i értéke kétütemű motornál i=2, négyütemű motornál i=

(W) (4)

A (4) egyenletből egy henger lökettérfogata

(mm3, cm3, dm3, m3) (5)

A z hengerszámú motor összes lökettérfogata

(cm3) (6)

A térfogatáram a motor adataival i ütemtényezővel jellemzett motornál

(m3/s) (7)

Végül a teljesítmény a motor fő adataival felírva

(W) (8)

A fenti egyenletekkel a motor teljesítménye egyértelműen kiszámítható, de egy adott teljesítményű motor fő adatainak meghatározásához az egyes tényezők csak szűk határok között vehetők fel. A (8) egyenlet ugyanis öt ismeretlent tartalmaz, matematikailag egyértelmű megoldáshoz tehát öt egyenletet kellene felírni. Adott teljesítményű motor fő adatainak meghatározásakor a konstruktőr az egyenlet keretein belül változtathatja - bizonyos határok között - a Q térfogatáram és a p középnyomás értékeit. Minthogy a térfogatáram a lökettérfogat és a fordulatszám szorzata, a teljesítmény növelésének leghatásosabb módja a fordulatszám növelése. Ennek határt szabnak a forgattyús mechanizmus szilárdsági igénybevételei és a gázcsere folyamán fellépő áramlási ellenállások. A motor feltöltés hatását a középnyomás értékénél szokás figyelembe venni.

 A kétütemű motor azonos fordulatszám mellett elvileg kétszeres gázmennyiséget dolgoz fel az általánosan használt egyenletek szerint. Hatásos lökete azonban alig több mint fele a geometriai löketnek. Emiatt nemcsak a hatásos 212e48c lökettérfogat kisebb, mint a számított, de a valóságos sűrítési arány és ezzel az energiaátalakítás hatásfoka is kedvezőtlenebb értékű lesz. A keverékkel való öblítés pedig növeli a hajtóanyag-fogyasztást.

A löket-furat arányt (s/D viszony) sem érzékelteti a 8 egyenlet. A henger tüzelőanyag-levegő keverékkel való feltöltésének mértéke (volumetrikus hatásfoka), illetve az elérhető térfogatáram (és így a középnyomás) is függ az s/D viszonytól. A 1. ábra jelöléseit használva a keresztmetszetek és a sebességek aránya a (9) összefüggéssel jellemezhető:

, (9)

ahol: D = a hengerfurat átmérője, (m)

ck = a dugattyú középsebessége, (m/s)

AS= a szelepnyílás szabad keresztmetszete, (m2)

cl = a levegő sebessége a szelepnyílásban, (m/s)

A (9) egyenlet alapján belátható, hogy a lökethossz csökkentésével és a fordulatszám növelésével az egységnyi hengerűrtartalomra eső teljesítmény növelhető. Ezzel a lehetőséggel gyakran élnek a konstruktőrök, elsősorban a fordulatszám növelésének kompenzálására. Az s/D viszony minden határon túli csökkentése kedvezőtlen égéstér kialakításához vezet és kedvezőtlen környezetszennyező hatású égésfolyamatot eredményez, a kopogási hajlam növekszik. A z hengerszám szintén befolyásolja a fajlagos teljesítményt, éppen úgy, mint az s/D arány. Ha ugyanazt a lökettérfogatot több kisebb méretű henger adja, jobb lesz a töltés, kedvezőbb a hőátadás és ezáltal a hűtés, ugyanakkor nagyobbak lesznek a súrlódási veszteségek és jobban érvényesül a falhatás, mely mind a hatásfok, mind az emissziós jellemzők romlását eredményezi.

Ezért akkor, amikor nagy fajlagos teljesítményre törekednek (pl. versenymotoroknál és repülőgépmotoroknál), nagy hengerszámot választanak. További előnyök a hengerszám növelésekor az egyenletesebb forgatónyomaték, de mindenekelőtt a tömegkiegyenlítés és ezzel a nyugodt járás. A kisebb hengerek hőigénybevétele is kedvezőbb, ez benzinmotorok esetében nagyobb sűrítési arányt enged meg.

2. A belsőégésű motorok veszteségei

 Belsőégésű motorokban veszteségnek nevezzük a hajtóanyaggal bevitt hőmennyiségnek azt a részét, amely nem hasznosul mechanikai munka formájában.

A termikus alapveszteség (F t), ahogy az a 3.1. fejezetben nyomon követhető, a termodinamika II. főtételéből következtethető ki, ami ideális körfolyamatot megvalósító berendezésekben sem küszöbölhető ki. Elméletileg egzakt magyarázatát a kötött hő fogalmán keresztül lehet megadni, de praktikusan is belátható, hogy a munkafolyamat zárása érdekében hőelvezetésre (hűtés, kipufogás) van szükség, ami természetszerűleg hőveszteséggel jár. A valóságos motorokban bekövetkező veszteségeket keletkezésük alapján belső és külső veszteségekre oszthatjuk.

A belső veszteségek (F i) csoportjába azokat soroljuk, amelyek a motorban lejátszódó nem megfordítható folyamatok következtében jönnek létre, megváltoztatva a munkafolyamatot az eszményihez képest. A belső veszteségek a munkaközeg áramlása, súrlódása, örvénylése, ütközése, fajhőjének hőmérséklettel és nyomással arányos változása, az egyes alkatrészek hűtése, a környezettel való hőcsere, továbbá tömítetlenségek és egyéb szerkezeti kötöttségek következtében keletkeznek. Ezek tehát áramlási és termikus eredetűek, és a gépek egyedi szerkezeti sajátosságaitól függenek.

A körfolyamat műszaki megvalósíthatóságából származó veszteségek okait a 3.2. fejezetben már elemeztük. Ezeken túlmenően a belső veszteség alakulására a légviszony tényezőnek is jelentős hatása van. A motorba bejutó keverék légviszonya jelentős mértékben befolyásolja a munkafolyamat maximális hőmérsékletét és nyomását. Minél kisebb a légviszony, annál több üzemanyag van a keverékben, ez legtöbb esetben az égési véghőmérséklet és a csúcsnyomás növekedését, illetve közelítőleg állandó csúcsnyomás mellett az állandó nyomáson bevitt hőmennyiség növekedését eredményezi. A légviszony megszabja a munkafolyamat megvalósulása nyomán keletkezett égéstermék kémiai összetételét. A munkafolyamatot a kompresszió végétől tulajdonképpen már az égéstermék végzi, így az energiaátalakítási folyamat során bekövetkező veszteségekre az égéstermék termikus jellemzőinek (cp, cv, c ) nem elhanyagolható hatása van. A légviszony csökkenésével növekszik a termikus veszteség.

A külső veszteségek (F m) csoportjába azokat a ciklusmunka-csökkentő tényezőket soroljuk, amelyeknek nincs befolyása a munkaközeg állapotára. Ezek lényegében a mechanikai (súrlódási) veszteségek és a segédberendezések működtetésére fordított energia. A motorban a munkafolyamat során a munkaközeg nyomásából eredő erők a forgattyús mechanizmus szerkezeti részeiben a súrlódás miatt mechanikai veszteséget okoznak, továbbá a motor üzeméhez szükséges berendezések, mint amilyen pl. az olajszivattyú, a tüzelőanyag-szivattyú, a hűtőfolyadék-szivattyú stb. számottevő teljesítményt emésztenek fel. A belső veszteségek számbavételénél a következő veszteségforrásokkal kell számolnunk:

A dugattyú gyűrűk súrlódása a hengerpersely felületén.

A dugattyút a főtengellyel összekötő forgattyús mechanizmus egymáson elmozduló részeinek súrlódása.

A forgattyústengely forgattyúcsapjain ébredő csavaró lengések.

A motor töltéscseréjét vezérlő szerkezeti elemek súrlódási veszteségei.

A segédberendezések hajtása.

A forgattyúházban létrejövő veszteség.

A valóságos belsőégésű motor összes vesztesége tehát a termikus alapveszteségből, továbbá a belső (indikált) és a külső (mechanikai) veszteségekből tevődik össze.

 =  t +  i +  m             (10)

A motor teljesítményét adó (8) összefüggésből következik, hogy az energiatranszport során bekövetkező veszteségek, a középnyomás megfelelő értelmezésén keresztül érvényesíthetők, attól függően, hogy milyen veszteségeket veszünk számításba. A DIN és a SAE szabvány ebben a tekintetben nem egységes. A DIN szabvány a motor mindazon segédberendezéseit, amelyek a motor üzeméhez szükségesek a veszteségforrásba sorolja, az SAE szabvány ezeket leválasztja, melynek következtében utóbbi esetben a motor effektív teljesítménye nagyobb.

3. Középnyomás és teljesítmény fogalmak

Szemügyre véve a (4) egyenletet látható, hogy a középnyomás a lökettérfogat kihasználásának jellemzője. Fogalma (3), valamint a (5), illetve (6) összefüggések felhasználásával képletszerűen is megfogalmazható:

(Pa) (11)

Mivel a VH geometriai adottság, a középnyomás értéke egyértelműen a ciklusmunkától függ, így az egységnyi lökettérfogatból nyerhető munka mérőszáma. Ebben az értelemben a középnyomás a motor terhelési állapotára is jellemző. A lökettérfogat kihasználása természetszerűleg a maximális leterhelésnél a legjobb. Az elméleti teljesítményre felírt (4), illetve (8) egyenlet értelmében a középnyomás az ideális (csak termikus alapveszteséggel terhelt) motor esetében is értelmezhető, de bevezetését valójában a valós indikátordiagram (valós munkafolyamat) indokolja. A gáznak a motor munkaterében egy teljes ciklus alatt végzett munkáját, az indikált munkát (Wi), az indikátordiagram (3.8. ábra) által bezárt pozitív és negatív munkaterületek algebrai összege adja. Az indikátordiagram területe számítógépes területméréssel vagy planimetrálással határozható meg. Bonyolult alakja alkalmatlanná teszi munkák közvetlen összehasonlítására. Ha azonban olyan, azonos területű, derékszögű négyszöggel helyettesítjük, amelynek vízszintes mérete a lökettérfogattal egyezik, a magassága egy közepes túlnyomással, az indikált középnyomással (pi) lesz azonos (2. ábra). Az indikált középnyomás olymódon is meghatározható, hogy ez az állandó nyomás, mely ugyan ezt a munkát végzi, mint a ciklus változó nyomása egy löket alatt. Így a munkának olyan jellemzője adódik, amelynek meghatározásához nem kell ismerni az indikátordiagram alakját, hanem meghatározható munkamérés alapján is.

(Pa) (12)

Az indikált középnyomás bevezetésével pedig a motor indikált (belső) teljesítménye is számolható:

(W) (13)

A fékpadra helyezett motor főtengelyén a valóságos, vagy effektív teljesítmény (Pe) közvetlenül mérhető és a (13) egyenlet analógiájára matematikailag is kifejezhető, ha bevezetjük az effektív középnyomás (pe) fogalmát.

 

                               (W) (14)

 

Ismert effektív teljesítmény mellett az effektív középnyomás számítható:

 

      (Pa) (15)

Az effektív középnyomás szemben az indikált középnyomással nem valós jellemző, nem mért paraméter, hanem fiktív, számított érték. Bevezetését az indokolja, hogy fékpadon mért teljesítményből számítható és alkalmas a motorok összehasonlítására, kritikai értékelésére, továbbá segítséget nyújt a tervezőnek és üzemeltetőnek a motor fő méretei meghatározásához. A 1. táblázat az effektív középnyomás néhány jellemző értékét adja meg.

1. táblázat. Jellemző effektív középnyomás értékek (bar)

 

 

Otto motor kétütemű

Otto motor négyütemű

Diesel-motor kétütemű

Diesel motornégyütemű

Gépkocsiüzem

3,5-4,5

7-10

3,5-4,5

6,0-8,0

Traktorüzem

-

6,5-8,0

-

5,0-7,0

Feltöltős motor

-

11,0-17,0

8,0-9,5

10,0-14,0

Az indikált és az effektív teljesítmény különbsége a PS súrlódási teljesítmény veszteséget adja. Ennek alapján a súrlódási (mechanikai veszteségekre jellemző) középnyomás (pS) fogalma is definiálható:

 

    (Pa) (16)

 A motorok hatásfoka és fajlagos fogyasztása

A motorok várható üzemi tulajdonsága a hatásfokuk ismeretében értékelhető. Köztudomású, hogy olyan körfolyamat, amelyben az összes bevezetett energia munkává alakul, nem valósítható meg. A bekövetkező veszteségek a hatásfokokkal fejezhetők ki.

Az ideális gázokkal működő eszményi körfolyamatok által termelt elméleti munka (Wo) és a bevezetett hő (Q1) arányaként a termikus hatásfokot (h t) definiáltuk. A valóságban az energiabevitel tüzelőanyag elégetésével történik. A hajtóanyag kémiai energiája nem hasznosítható teljes egészében, ami elsősorban az égés tökéletlenségéből következik. A felszabaduló hőmennyiség sokváltozós függvénnyel írható le egzakt formában, azonban a legnagyobb hatású paraméter e tekintetben a légviszonytényező (a ). A valós munkaközeggel dolgozó ideális motor termikus hatásfoka tehát:

(17)

Ahol: - B az elméleti munkához szükséges tüzelőanyag-fogyasztás,

- H a tüzelőanyag fűtőértéke,                                                                                                                - b a < 1 a valós munkaközeg használatából következő hatásfokcsökkentő tényező.

Az indexben szereplő a arra utal, hogy b értéke első sorban a légviszonytól függ. A valóságos munkaközeggel végrehajtott ideális munkafolyamat termikus hatásfoka jó közelítéssel a 3.1. fejezetben közölt (3.4), (3.8), illetve (3.10) összefüggésekkel is meghatározható, amennyiben a k adiabatikus kitevő helyébe a valóságos munkaközegre jellemző, adott hőfokhatárok közötti átlagos politróp kitevőt (n) helyettesítjük.

A (17) egyenlet számlálójába teljesítmény is helyettesíthető és ebben az esetben a Bt (kg/h) az időegység alatti (óránkénti) tüzelőanyag fogyasztást jelent. Ez lehetőséget ad olyan paraméter bevezetésére, amely az egységnyi munka eléréséhez szükséges hajtóanyag-fogyasztást fejezi ki. Ez a fajlagos tüzelőanyag-fogyasztás (bt).

 (g/kWh) (18)

A valóságos motorokban lejátszódó folyamatok eltérnek az elméleti körfolyamattól. Az eltérés mértékére a jósági fok (h j) mutat rá. Számszerűen az indikátorral mért belső indikált (Wi) és az elméleti munkának (Wo) hánydosaként képezhető, de felírható a számított teljesítmények segítségével is.

        (19)

A gyakorlatban a jósági fok értéke nem ritkán eltér a számítottól. Bevált konstrukcióknál h j=0,8-0,92. A jósági fokot elméleti és az indikátor diagram összevetésével is meghatározhatjuk.

Az indikált hatásfok (h i) nem más mint az indikált munka (Wi) és a bevezetett hő (Q1) hányadosa

 (20)

Az indikált hatásfok a termikus hatásfok és a jósági fok szorzataként is felírható, de felhasználva a (8) és a (13) egyenletek adta lehetőségeket, az indikált hatásfok az indikált középnyomás segítségével is meghatározható:

h i=h t× h j         (21)

 (22)

A motor főtengelyén mért, fékezéssel meghatározott tényleges munka (We), illetve teljesítmény (Pe) viszonya az indikált munkához illetve teljesítményhez a mechanikai hatásfokot (h m) adja, de kifejezhető a középnyomásokkal is. A súrlódási veszteségekre utaló mechanikai hatásfok főként a gyártási technológia színvonlának függvénye. Jelentős részét (mintegy kétharmadát) a forgattyús hajtómű, a dugattyúgyűrű, a henger illetve a csapágyak súrlódása teszi ki.

 (23)

Amennyiben a motor főtengelyén levehető munkát, illetve teljesítményt a tüzelőanyaggal az égéstérbe juttatott energiával vetjük össze a mérőszámként az effektív hatásfok vagy gazdasági hatásfokot (h g) kapjuk:

 (24)

 Gyakorlati jelentősége igen nagy, mert az összes veszteséget fejezi ki, így a motor összhatásfoka, amely az aktív hőtranszport folyamán bekövetkezik. Kézenfekvő ezért, hogy értéke a részhatásfokok szorzataként is megkapható:

 (24a)

A gazdasági hatásfok egy a (.18) és (24) összefüggéssel és a fűtőérték Hi=42 MJ/kg helyettesítéssel (2b), valamint az effektív középnyomás segítségével is felírható (2c).

 (2b)

(24c)

 Egységnyi effektív teljesítményhez szükséges üzemanyag mennyiség az fajlagos tüzelőanyag-fogyasztással jellemezhető. Ezért a (18) egyenlet az alábbi formában is felírható:

 (g/kWh) (25)

A gazdasági hatásfok átlagos értékei napjaink motortípusainál 0,23-0,28 (karburátoros benzinmotoroknál), illetve 0,26-36 (dízel-motoroknál).

5. Üzemvitellel kapcsolatos teljesítmények

Az eddigiekben a motor maximális teljesítményéről szóltunk. A motortechnikában általában ezt adják meg névleges teljesítményként. A névleges teljesítményt a motorok általában nem tudják tartósan kifejteni, de a járműmotorok terhelési jellege ezt nem is kívánja meg, mert a járműmotorok üzeme erősen intermittens jellegű és működésükre a részterhelés jellemző. Ezt a teljesítményt maximális vagy az üzem jellegére utalva pillanatteljesítménynek is nevezik. Az anyag és a gyártástechnika fejlődésével jelentősége illetve a rövid idejű terhelhetőség háttérbe szorul.

A haszonmotorok, így a mezőgazdasági erőgépek motorjai, a stabil motorok stb., általában állandó terheléssel dolgoznak, vagyis a teljesítményt hosszú időn keresztül, tartósan kell leadniuk. A tartós teljesítményt a hőterhelés korlátozza: a motor nem adhat le tartósan nagyobb teljesítményt, mint amekkorát kritikus alkatrészeinek üzemi hőfoka lehetővé tesz. Így korlátozhatja a motor teljesítményét a hengerfej, a kipufogószelep vagy a dugattyú valamelyik részének hőfoka, melynek túllépése repedéshez, leégéshez, vagy más meghibásodáshoz vezet. A tapasztalat azt mutatja, hogy a helyesen szerkesztett és gyártott motornál a melegedés a legfelső határát a felső dugattyúgyűrű hornyában lévő olajfilm hőmérséklete korlátozza. Itt ugyanis igen magas a hőmérséklet és nagyon lassan cserélődik az olaj, ezért nagyon fel tud melegedni. Ha viszont eléri a kokszosodási hőmérsékletet, besül a gyűrű, és ezt követi a dugattyú berágódása is. Az olajfilm hőmérsékletre alapozott tartás teljesítmény értékére H.R. Ricardo alapján atmoszferikus feltöltésnél adott fordulatszámon jó közelítéssel írható:

(kW) (26)

Ahol: to = a kenőolaj-hőmérséklet a felsô dugattyúgyűrű-horonyban (oC),

tv = a hűtővíz-hőmérséklet a hengerfalon (oC),

C = a “motorkonstans”, a hőáramlás tényezője az égéstértől a hűtővízig (h oC/g),

bt = a fajlagos hajtóanyag-fogyasztás (g/kWh).

A vízhőmérséklet hatása magyarázza azt, hogy fékpadon, vízvezetéki vízzel hűtve többnyire nagyobb tartós teljesítmény mérhető, mint a motor saját hűtőjével, különösen akkor, ha az nincs rendben, pl. vízköves vagy kívül szennyezett. A hőáramlási konstans olyan dugattyúkiképzéssel változtatható, mely eltereli a hőáramlást a felső gyűrűtől. Hasonló hatása van a dugattyúfenék mesterséges hűtésének is. Bár ez a (26) összefüggésből közvetlenül nem derül ki, nagyon jelentős tényező a tartós teljesítmény növelésében a fajlagos fogyasztás csökkentése. Kisebb fajlagos fogyasztású motorok tartós teljesítménye nagyobb. Ezzel szemben, ha romlik a fajlagos fogyasztás (pl. rossz beállítás miatt), a tartós teljesítmény is csökken. Megfelelő tartós teljesítményt csak jól karbantartott motorral lehet elérni. Nagyobb olajhőmérséklet, pl. adalékolt olajok alkalmazása nagyobb tartós teljesítményt enged meg. Normál kenőolajok 210-220 oC, extra minőségűek 250-260 oC hőmérsékletet tesznek lehetővé.

Ha a motor terhelése változó, felvetődik a kérdés, mekkora a motor átlagos leterhelése. Ez szabatosan csak a teljesítmény folyamatos regisztrálásával határozható meg. Erre üzemi körülmények között általában nincs lehetőség. A gyakorlat, sőt a tervezés igényeit is jól kielégítő átlagértéket ad a hajtóanyag-fogyasztásból számítható névleges átlag teljesítményérték a

(kW) (27)

Ahol: a B = a mért hajtóanyag fogyasztás, (kg)                                                                          bt = a fajlagos fogyasztás, (g/kWh)                                                                                                              t = a vizsgálat időtartama, (h).

A számított Pátl érték csak névleges, mert a fajlagos fogyasztás értéke nem független a fordulatszámtól illetve a teljesítménytől. Így a legkisebb bt érték behelyettesítése egy olyan maximális Pa értéket ad, amelynél a valóságos átlagteljesítmény általában kisebb. Minthogy a dízelmotor fajlagos fogyasztása részterheléssel sem nő meg erősen, és a mezőgazdasági motorok terhelése is elég nagy, az így kapott számérték a gyakorlat számára jó közelítéssel elfogadható. Benzinüzemű, illetve általában gépkocsi motornál a fajlagos fogyasztás megállapítására különböző súlyozott átlagokat alkalmaznak. Az átlagteljesítmény nemcsak az üzemeltetés számára fontos adat, hanem alapot ad pl. a hűtő, a hajtóanyagtartály stb. méretezéséhez is.

A korábban levezetett összefüggésekből kitűnik, hogy a belsőégésű motor teljesítménye a környező levegő sűrűségétől is függ. Különböző éghajlati feltételek (a környező levegő különböző nyomása és hőmérséklete) esetén a motorjellemzők is különböznek. Ezek az eltérések nagy tengerszint feletti magasságokon még nagyobbak lehetnek, különösen akkor, ha a légnyomás csökkenését nem egyenlíti ki a levegő lehűlése. Konkrét vizsgálatok szerint, minden 1000 m-nyi tengerszint feletti magasságnövekedés közelítőleg 10-12,5 %-os teljesítménycsökkenést jelent. A teljesítménycsökkenést nemcsak a ritkább levegő miatti töltetcsökkenés okozza, hanem az indikált hatásfok romlása is.

A jobb összehasonlíthatóság végett a különböző légköri feltételeknél mért teljesítményeket normál légköri viszonyokra számíthatjuk át, vagyis meghatározhatjuk a motor normálteljesítményét. Legegyszerűbb módja, ha az úgynevezett effektív normál teljesítményt számítjuk ki.

(kW) (28)

Ahol: Pe = a motor effektív teljesítmény (kW),                                                                          po = viszonyítási nyomás (105 Pa)                                                                                                p = a méréskor rögzített légköri nyomás (Pa),                                                                             T = méréskor rögzített légköri hőmérséklet (K),                                                                              To = viszonyítási hőmérséklet (293 K).

A (28) egyenlet hibája, hogy konstans, j o=50 %-os relatív nedvességtartalmat feltételez. Ez azonban gyakorlat számára elegendő pontosságot szolgáltat. Precízebb méréshez a (28.) egyenletben a po/p helyét (po-j opgo)/(p-j pg) összefüggés veszi át, ahol j a relatív nedvességtartalmat, pg pedig a parciális gőznyomást jelzi normál (o) és a mérési körülményekre vonatkoztatva.

6. Veszteségek meghatározása

A motor hengerterében időegység alatt elégetett tüzelőanyag fűtőértéke és a főtengelyen az adott idő alatt nyert effektív munka különbsége, az összes veszteség, egy egyszerű képlettel felírható.

F =Bi× Hi-We (kJ) (29)

Meghatározása azonban nem egyszerű és a veszteségek fajtájától függően más-más módszert igényel. A termikus alapveszteségek az elméleti körfolyamat sarokpontjai állapotjelzőinek ismeretében - a termodinamika ismert összefüggései felhasználásával - számítható.

Motorindikálással a fékpadra szerelt motoron egyidőben kell mérni az indikált (Pi) és az effektív (Pe) teljesítményt. Az indikált motorteljesítmény meghatározásához először az indikátordiagramot kell felvenni. Ebből kiszámítható az indikált középnyomás, majd a hengerméret és a fordulatszám ismeretében az indikált teljesítmény. Az indikátordiagramok motorindikátorokkal vehetők fel. A motorindikátorok olyan készülékek, amelyek különféle gyors nyomásváltozási folyamatok regisztrálására alkalmasak. Szerkezeti kialakításuk szerint mechanikus, optikai és elektromos indikátorok használatosak. A motorindikálás az egyik legpontosabb mérési módszer, amennyiben megfelelő felszereléssel és gondos előkészítő munkával hajtjuk végre (indikátorfuratok készítése a hengerfejekben, a motor holtpont jelének pontos beállítása, stb. vagy hengerkiiktatásos módszer).

A Morse eljárás azon a mérési elven alapul, hogy az állandó fordulatszámnál terhelt többhengeres motor hengereit egyenként kikapcsolják, miközben a motort azonos fordulatra hozzák. Ekkor a teljesítményveszteség arányos a nem működő henger indikált középnyomásával. Egy négyhengeres motornál például ha mindegyik henger működik

(30)                                                                                                           Egyik henger kikapcsolásakor

(31)                                                                                                            A (30) és (31) egyenletek különbsége

(32)

A mérést valamennyi hengernél elvégezve, hengerenként a pi értéke megkapható. A mérési eljárás hibája, hogy a kikapcsolt hengereknél változik a szívócsőben, illetve kipufogócsőben az áramlás, így megváltozhat az összes henger működéséhez képest a hengerek töltési foka, tehát változhat a munkafolyamat is. Feltöltött motorra ez a módszer nem alkalmazható.

A Willans eljárás lényege az, hogy az adott fordulatszámnál a ciklusonkénti tüzelőanyag-adag (d) és az effektív középnyomás összetartozó értékeit, a d=f(pe) függvényt kimérjük (3. ábra). A pe=0 üresjárási ponttól a függvény extrapolációjával a d=0 értékhez a ps veszteségi középnyomás szerkeszthető. A veszteségi középnyomásból és az effektív középnyomásból az indikált középnyomás számítható. A  ábrán különböző motorok veszteségi középnyomását adtuk meg a fordulatszám függvényében, amelyet e módszerrel mértünk. A Willans-módszer alapvető hibája, hogy pe-tôl függetlenül ps állandó, így ps csak az n-nek a függvénye, ami jelentős elhanyagolást jelent.

Külső hajtás. Fékpadi mérések során, ha a villamos fék a motorra kapcsolható, egyik alkalmazott módszer az adott fordulaton a motor forgatása “üzemmeleg” állapotban. A mérlegmotor nyomatékát - a villamos motor ventillációs veszteségeinek levonásával - a motor mechanikai veszteségi nyomatékával helyettesítik, amiből ps számítható. A módszer hibája az, hogy ilyen esetben a motoralkatrészek hőmérséklete eltér az üzemi körülményektől. A motorban a sűrítéskor és terjeszkedéskor fellépő hőveszteség jelentősen torzítja a valós viszonyokat, továbbá az égési folyamat hiánya miatt a terheléstől függő tagok veszteségi középnyomása a valóságoshoz képes eltér. A mérési eljárásból következően a töltéscsere teljesítményfelvétele a veszteségi középnyomást növeli. A mérés egyik formája - az alkatrészek kívánt hőmérsékletének biztosítása céljából - az, hogy adott terhelésből, féküzemről hirtelen kapcsolnak át motorüzemre, ami csak egyes motorfékekkel valósítható meg, és a mérést közvetlenül az átkapcsolás után végzik.

A kifutásos mérés elve az, hogy az adott fordulaton, terhelt motorról a tüzelőanyag-adagolást hirtelen elvéve - és ezzel egyidejűleg megszüntetve a kapcsolódást a fékkel - a fordulatszám-csökkenés sebessége (D n/D t) az adott motor q tehetetlenségi nyomatékú forgattyús mechanizmusánál a súrlódási teljesítménnyel tehető arányossá. A különböző vizsgálatokról könyvünk egy későbbi fejezetében részletesebben szólunk.

Találat: 15421