motori teorija
Post on 27-Jan-2016
117 Views
Preview:
TRANSCRIPT
1
MOTORI SUI
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
(2+1) ECTS 3
Viši predavač: mr.sc. Josip Jukić, dipl.ing
E-mail: josip.jukic@vusb.hr
Motor s unutrašnjim izgaranjem je toplinski stroj koji kemijsku energiju
goriva pretvara u mehanički rad.
Radna tvar u cilindru su izgorjeli plinovi, koji su toplinom izgaranja u samom
cilindru motora dovedeni pod povišeni tlak i temperaturu.
Kako se proces izgaranja goriva, odavanje topline radnoj tvari i transformiranje
jednog dijela te topline u mehanički rad odvija unutar cilindra motora,
takvi motori se nazivaju motori s unutrašnjim izgaranjem.
U slučaju prijenosa topline na medij posredstvom stjenke ( izvana) su motori
s vanjskim izgaranjem (parni strojevi).
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
TEORIJA - CIKLUSI
Veoma široku primjenu motori sa unutrašnjim izgaranjem zahvaljuju
sljedećim dobrim osobinama :
Relativno visoka ekonomičnost, koja se izražena preko stupnja korisnosti
danas kreće od 25% do 37% (u nekim slučajevima i do 45%)
Relativno mala specifična masa izražena odnosom mase motora u kg i
snagom u kW tj. kg/kW. Taj odnos ima vrijednost 2,7 – 6,8 kg/kW za
benzinske, a 5,4 – 12 kg/kW za dizelske motore.
Kompaktan je pa zauzima malo prostora (uključujući tu i neophodnu
količinu goriva).
Koristi gorivo visoke kalorične vrijednosti (41,8 – 43,8 MJ/kg).
Lako se puštaju u rad (stavljaju u pogon).
Sposobni su da brzo prihvate opterećenje (2-3 minute).
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
Motori sa unutrašnjim izgaranjem imaju i nedostatke među kojima su sljedeći:
Osjetljivi su na kvalitetu goriva
Za puštanje motora u rad potreban je neki strani pokretač
(elektro-pokretač, komprimirani zrak, ručno isl.)
Znatna osjetljivost na preopterećenje
Relativno složena i komplicirana konstrukcija
Za kvalitetnu eksploataciju opsluživanje i održavanje nužno je stručno osoblje
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
Toplinski strojevi
s vanjskim izgaranjem
Klipni stroj
- Parni stapni stroj
Rotacijski stroj
- Parna turbina
s unutrašnjim izgaranjem
Klipni stroj
- Klipni motor
Rotacijski stroj
- Plinska turbina
Raketni motor
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
1860. Francuski mehaničar Lenoir (Lenoar) prvi plinski motor
1867.August Nicolaus Otto izrađuje prvi plinski motor u Njemačkoj, 1876.Otto i Eugen Langen izrađuju četverotaktni plinski motor (Köln-Deutz), 1883.Gottlieb Daimler konstruira motor s rasplinjačem i zapaljenjem smjese
gorivo-zrak od užarenog tijela, 1884.Daimler ugrađuje motor (0,386 kW) za pogon vozila, 1886.Karl Benz ugrađuje motor s električnim paljenjem smjese u vozilu s tri
kotača, a Daimler u vozilo s četiri kotača, 1893.Karl Maybach predlaže ubrizgavanje benzina, 1897. Rudolf Diesel izrađuje Dieselov motor u tvornici MAN,
1903. braća Wright ugrađuju motor u zrakoplov uz pomoć kojeg je
ostvaren prvi let letjelicom težom od zraka,
1924. prva ugradnja Dieselova motora u teretno vozilo (Mercedes-
Benz i MAN),
1936. zrakoplovni Ottov motor primjenjuje ubrizgavanje benzina,
1957. Felix Wankelova konstrukcija rotacionog motora ugrađena u
vozilo tvornice NSU.
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
KRUŽNI PROCESI
Kod promjena koje smo do sada razmatrali, osim kod promjene pri konstantnom
volumenu, dobiva se neki rad.
Veličina dobivenog rada ovisila je o načinu kojim je promjena izvršena.
Prilikom tih promjena plin ekspandira od nekog početnog stanja određenog
početnim tlakom, temperaturom i volumenom na neko konačno stanje koje je
određeno konačnim uvjetima.
Obzirom na to da ne raspolažemo neiscrpnim rezervoarima plina kod
početnih uvjeta, to je za ponovno dobivanje rada iz nekog sustava nužno
radnu tvar, odnosno plin vratiti u isto početno stanje.
Ako pokušamo ponovo dovesti plin u početno stanje, vidjet ćemo da ćemo rad,
koji smo ekspanzijom dobili, morati utrošiti za kompresiju.
Kao rezultat sveukupne promjene dobit ćemo, dakle, početnu količinu topline i
bez rada.
Zato, ako želimo dobiti rad koji ćemo moći iskoristiti, moramo radnu tvar,
tj. plin vratiti u početno stanje nekim drugim putem koji se mora
razlikovati od puta ekspanzije i pri kojem nećemo utrošiti sav rad kojeg
smo dobili ekspanzijom.
Ponavljanje ovakvih procesa za tehniku je od najveće važnosti jer gotovo svi
strojevi rade ritmički, tj. oni trajno ponavljaju radni kret koji se može sastojati i
od više elemenata.
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
Uzmimo da smo pošli od stanja 1 do
stanja 2 putem a.
Promjenom stanja po putu a dobili smo
neki rad,Wa .
Radnu tvar ne smijemo istim putem vratiti
u početno stanje jer bi sav dobiveni
rad,Wa utrošili za izvođenje tog suprotnog
procesa. Zato za vraćanje u početno
stanje odabiremo put b.
I u ovom slučaju trošimo neki rad,Wb za
kompresiju, ali ovaj rad je ipak manji od
rada dobivenog ekspanzijom na putu a.
U p, V – dijagramu, rad se predočuje kao
površina ispod krivulje promjene stanja, a
ova površina je pozitivna kada se integrira
u smjeru pozitivne osi V, a negativna kada
se ide u smjeru negativne osi V.
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
Kako točke 1 i 2 predstavljaju krajnje položaje gibanja stapa u cilindru, tzv.
obratišta, to se na putu od 1 do 2, po putu a dobiva rad Wa , a kod promjene
od 2 do 1, po putu b se troši rad Wb .
Ukupno dobiveni rad je:
a on je predočen osjenčenom površinom koju zatvara “zatvoreni” ili “kružni” proces.
Naziva se još i “cikličkim” procesom.
U našem slučaju, promjena stanja u p, V – dijagramu tekla je u smjeru kazaljke na
satu, tzv. desnokretni ili desni proces, a sveukupni rad bio je dobiven, dakle,
pozitivan.
Tako možemo zamisliti i zatvoreni proces kod kojeg krivulja kompresije leži iznad
krivulje ekspanzije. U tom slučaju teče kružni proces suprotno smjeru kretanja
kazaljke na satu, tzv. lijevokretni ili lijevi proces. Sveukupni rad tada postaje
negativan, tj. moramo ga utrošiti za izvođenje procesa. Po lijevokretnom kružnom
procesu rade rashladni strojevi.
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
Da bismo mogli izvršiti kružni proces, tj. da bi on bio moguć, treba na pogodan
način dovoditi i odvoditi toplinu.
Da bi se odijelili dijelovi procesa kojima se toplina odvodi od onih kojima se ona
dovodi, položimo dvije adijabate tako da dodiruju krivulje kojima su određene
promjene stanja.
U dodirnim točkama A i B, krivulje
promjene stanja podudaraju se s
adijabatama što znači da se u tim stanjima
procesu ne dovodi i ne odvodi toplina. U
svim ostalim dijelovima procesa mora se
dovoditi ili odvoditi toplina. Za desnokretni
proces radnoj tvari se dovodi toplina u
području B, 1, A (Qdov), a u području A, 2,
B toplina se odvodi (Qodv.). Obrnuto vrijedi
za lijevokretni proces.
Ako kod kružnog procesa promatramo unutarnju energiju radnog medija, vidimo
da ona prilikom promjene stanja mijenja svoju vrijednost, ali tako da konačno
ponovo poprima svoju polaznu vrijednost jer se radna tvar vraća u početno stanje.
Prema tome, unutarnja energija na početku i na kraju zatvorenog procesa poprima
iste vrijednosti tako da je promjena unutarnje energije:
ΔU=0 Prema I glavnom stavku:
Q=ΔU+W Pri čemu je ukupno iskorištena toplina
Q=Qdov –Qodv, ΔU=0
W=Qdov –Qodv Vidimo da je kod kružnog procesa dobiveni rad jednak
razlici dovedene i odvedene topline.
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
Važan kriterij za ocjenjivanje pretvorbe ogrjevne topline, u mehanički rad W pruža
nam tzv. termički stupanj djelovanja η nekog desnokretnog kružnog procesa.
η je uvijek manje od jedinice budući da se u kružnom procesu uvijek pojavljuje
toplina koju treba odvesti.
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
Pitanje:
Napisati izraz za termički stupanj djelovanja nekog desnokretnog kružnog
procesa te pojasniti oznake u izrazu?
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
Prikaz desnokretnog i lijevokretnog kružnog procesa u p-v dijagramu.
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
KRUŽNI PROCESI TOPLINSKIH MOTORA
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
OTTOOV CIKLUS
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
Ottoov termodinamički ciklus
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
Pitanje:
Nacrtati i pojasniti u p,v i T,s dijagramu Ottoov termodinamički ciklus?
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
TERMODINAMIČKI STUPANJ DJELOVANJA
OTTOOVOG CIKLUSA
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
Stupanj djelovanja Ottovog ciklusa ovisi o:
osobinama radnog medija i
konstruktivnim karakteristikama
Za određeni medij ovisi samo o stupnju kompresije
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
Maks. do 10
Pitanje:
Napisati izraz za termodinamički stupanj djelovanja Ottoovog ciklusa te
opisati oznake u izrazu?
Promjena stupnja djelovanja Ottoovog ciklusa
u zavisnosti od parametara i
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
DIESELOV CIKLUS:
33
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
Pitanje:
Nacrtati i pojasniti u p,v i T,s dijagramu Dieselov termodinamički ciklus?
34
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
Odvedena toplina iz ciklusa
35
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
36
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
Pitanje:
Napisati izraz za termodinamički stupanj djelovanja Dieselovog ciklusa te
opisati oznake u izrazu? Kakav je odnos termodinamičkog stupnja
djelovanja Ottoovog i Dieselovog ciklusa za isti ε
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
SABATHEOV CIKLUS
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
Pitanje:
Nacrtati i pojasniti u p,v i T,s dijagramu Sabatheov termodinamički ciklus?
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
Pitanje:
Napisati izraz za termodinamički stupanj djelovanja Sabatheovog ciklusa
te opisati oznake u izrazu? Kakav je odnos termodinamičkog stupnja
djelovanja teoretskog Ottoovog , Dieselovog i Sabatheovog ciklusa a
kakav stvarnog.
USPOREDBA IDEALNIH PROCESA
Zadatak:
1. Izračunati i usporediti vrijednosti stupnjeva korisnog djelovanja ciklusa
Ottoo, Diesel i Sabathe, za zadane vrijednosti parametara:
a)
b)
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
- OTTOO
- DIESEL
- SABATHE
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
STVARNI RADNI CIKLUSI MOTORA SUI
-Ciklusi se odvijaju sa realnim plinom
- obavlja se izmjena radne tvari
- gorivo izgara
- u svim fazama ciklusa toplina se prenosi na okolinu
Dijagram se može snimati direktno na motoru – priključena oprema (indikatoru)
INDIKATORSKI DIJAGRAM
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
Ciklus sadrži 4 takta:
1. USISAVANJE 2. KOMPRESIJA 4. ISPUH
3. IZGARANJE I EKSPANZIJA
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
U dvotaktnim motorima obavi se cijeli ciklus u sa dva hoda klipa (takta),
Ili jedan okretaj koljenastog vratila.
Taktovi su:
KOMPRESIJA i EKSPANZIJA
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
USIS
Stvarni ciklus četverotaktnog OTTO motora
-Klip se giba od VMT (GMT) do UMT (DMT)
- na 5 – 10 stupnjeva KV iza VMT zatvara se ispušni ventil
52
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
KOMPRESIJA:
• Klip se giba u cilindru od UMT (DMT) do VMT (GMT)
• na koljenastog vratila iza UMT (DMT) zatvara se usisni ventil
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
IZGARANJE I EKSPANZIJA:
Izgaranje komprimirane smjese inicira se električnom iskrom na svjećici.
Iskra preskače na nekoliko stupnjeva koljenastog vratila ispred VMT (GMT)
Klip se u ovom taktu giba od VMT (GMT) do UMT (DMT).
Na koljenastog vratila ispred UMT (DMT) otvara se ispušni ventil
54
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
ISPUHIVANJE IZGORJELIH PLINOVA: Klip se giba od UMT (DMT) do VMT (GMT). Ispušni ventil je otvoren tijekom cijelog takta. Na koljenastog vratila ispred VMT (GMT) otvara se i usisni ventil Tijekom kratkog vremena oba ventila su otvorena - kut prekrivanja .
prekrivanje
Prekrivanje 1-5
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
STVARNI CIKLUS ČETVEROTAKTNOG DIZEL MOTORA:
• Stvarni ciklus dizel motora zasniva se na smozapaljenju dizel goriva
• Odvija se u 4 takta:
- usisavanje
- kompresija
- izgaranje-ekspanzija
- ispuhavanje
U cilindar se usisava čisti zrak i u taktu kompresije dovodi u stanje visoke
temperature. Pri kraju kompresije u takav zrak se ubrizgava fino raspršeno dizel
gorivo pomoću pumpe visokog tlaka. Dizel gorivo se u dodiru sa zagrijanim
zrakom samozapali.
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
USISAVANJE – prvi takt:
Klip se giba od VMT (GMT) do UMT (DMT)
Usisni ventil je otvoren a ispušni se zatvara koljenastog vratila iza VMT
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
KOMPRESIJA:
Klip se giba od UMT do VMT. Na koljenastog vratila iza UMT zatvara
se usisni ventil. Zbog velike kompresije (14-20) stanje zraka pri kraju kompresije
je 30 do 50 bar i . Brizgaljka počne ubrizgavati gorivo na
Koljenastog vratila ispred VMT.
Tlak ubrizgavanja 120 do 250 bar kod starijih motora pa do 2500 bar i više kod novijih
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
EKSPANZIJA
Klip se giba od VMT (GMT) do UMT (DMT). Na koljenastog vratila
ispred UMT (DMT) otvara se ispušni ventil.
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
ISPUHAVANJE:
Klip se giba od UMT (DMT) do VMT (GMT). Na koljenastog vratila
ispred VMT (GMT) otvara se usisni ventil.
Prekrivanje kod dizel motora je
Prekrivanje
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
PROCES RADA I STVARNI CIKLUS DVOTAKTNOG MOTORA :
• Cijeli ciklus se obavi u dva hoda klipa – dva takta ili jedan okretaj
koljenastog vratila.
Taktovi:
kompresija
ekspanzija
Usisavanje i ispuhavanje se obavlja kroz otvore u cilindru u blizini UMT (DMT),
koji po visini zauzimaju 15 do 20% hoda klipa.
Ulogu razvodnog mehanizma ima sam klip
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
Prvi takt je izgaranje i ekspanzija:
Pod tlakom plinova klip se giba od VMT do UMT. Pri kraju takta, ispred UMT
gornji brid klipa otvara ispušni otvor. Daljnim kretanjem brid klipa otvara i otvor
spojnog kanala. Od zatvaranja otvora usisnog kanala donjim bridom klipa pa do
otvaranja otvora spojnog kanala radna tvar u karteru je komprimirana i zbog
nadtlaka ustrujava u cilindar
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
Drugi takt – kompresija:
Klip se giba od UMT (DMT) do VMT (GMT). Klip svojim gornjim bridom zatvara
otvor spojnog kanala a zatim otvor ispušnog kanala. Od tog trenutka pa do VMT
komprimira se radna tvar. Zbog podtlaka u karteru će nastupiti usisavanje svježe
radne smjese. Ispred VMT dolazi do paljenja ili samozapaljenja radne smjese.
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
ROTACIONI MOTORI:
• Ne postoji mehanizam za pretvaranje pravocrtnog gibanja u kružno
• po konstrukciji, masi, gabaritima i mogućnosti uravnoteženja masa u prednosti
nad klipnim motorima
• četverotaktni benzinski ili dizel
• velika potrošnja goriva
• visoka toksičnost ispušnih plinova
• problemi sa hlađenjem
• problemi brtvljenja
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU
STVARNI RADNI DIJAGRAM
FILM DEUTZ
PODJELA MOTORA PREMA RASPOREDU
CILINDARA
Linijska izvedba s 4 cilindra V izvedba s 8 cilindra Bokser izvedba s 4 cilindra
h
Vh
Vk
h
L
VOLUMENI CILINDRA
Vk Vk
Vh Vu
h ,
V
h
Vu = Vh + Vk
ε = ---- Vu
Vk
VOLUMENI CILINDRA DA
, D
Wi Wi = W1+ - W2
-
BITNE RAZLIKE:
Stvarni radni dijagram 4-taktnog motora
W1+
W2-
Wi
DA
Crtanje stvarnog radnog dijagrama
p
1. Usis
GMT DMT
DA
Povećanje
opterećenja
p
2. Kompresija
GMT DMT
DA
2. Kompresija
3. Ekspanzija
GMT DMT
DA
4. Ispuh
GMT DMT
DA
GMT DMT
GMT DMT GMT DMT
p0
Proces 4T motora
Stvarni i idealni proces prikazani su preklopljeni jedan preko drugoga. Najveća odstupanja imamo tijekom izgaranja i izmjene radnoga medija.
U T-s dijagramu prikazan je samo visokotlačni dio procesa jer se tijekom izmjene radnoga medija mijenja masa u cilindru motora.
V
p
+W
1
4
2
3 3’
s
T
W
3’
4
1
2
3
V
p
+W
1
4
2
3 3’
s
T
W
3’
4
1
2
3
-W
Proces 2T motora
Stvarni i idealni proces prikazani su preklopljeni jedan preko drugoga. Najveća odstupanja imamo tijekom izgaranja i izmjene radnoga medija.
U T-s dijagramu prikazan je samo visokotlačni dio procesa jer se tijekom izmjene radnoga medija mijenja masa u cilindru motora.
V
p
+W
1
4
2
3 3’
s
T
W
3’
4
1
2
3
-W
GMT
DMT
Ottovi motori SUI:
DA
DMT DMT
GMT GMT DA
Dieselovi motori SUI:
15 do 30 0KKV prije GMT s 120 do 2200 bar
:
DA
DA
Proces izmjene radnoga medija kod 4T motora
Razlikujemo izmjenu radnoga medija kod motora sa slobodnim usisom i kod motora s prednabijanjem. Rad izmjene radnoga medija je kod motora sa slobodnim usisom negativan, dok kod motora s prednabijanjem može biti i pozitivan.
V
p
+W
-W
+W
+W
p
V
p0
pP
pT
Tlak iza puhala
Tlak pred turbinom
Atmosferski tlak _________________________________ p0
STRUKTURA PLAMENA
Laminarna fronta plamena Turbulentna fronta plamena
Pri učestalim
detonacijama
DETONACIJA DETONACIJA
DA
θ
Gh
Gh,
pe,
ge,
ne,
Mjerenja: u laboratoriju, na kočnici.
Izmjerene vrijednosti su osrednjene!
Što se mjeri:
• efektivni zakretni moment, Me (Nm),
• satna potrošnja goriva, Gh (kg/h),
• sila, F (N),
• broj okretaja, n (o/min).
Dizelski zrakom hlađeni motor na kočnici (Torpedo)
Indukcijska kočnica do snage 80kW Ottov motor s generatorom kao kočnicom
Dizelski motor
Kočnica
Dizelski motor pripremljen za ispitivanje (Laboratorija za toplinske batne
stroje, Fakulteta za strojništvo, Ljubljana)
Motor i kočnica u Laboratoriji za toplotne batne stroje,
Fakulteta za strojništvo, Ljubljana
Mjerna oprema u Laboratoriji za toplotne batne stroje, Fakulteta za
strojništvo, Ljubljana
Laboratorij za motore na
Sveučilištu u Bratislavi
Kontrolni prostor ispitnih stanica za kočenje i istraživanja motora na
FH Joanneum, Graz, Austrija
Mjerni sustav motora
1. Kontrolna prostorija (b mjerna
kartica, c računalo)
2. Printer
3. Sabirnica podataka
4. Višekanalno pojačalo i A/D
konverter
5. Mjerna jedinica kuta koljena
6. Podaci kočnice motora (moment
i brzina vrtnje)
7. Regulator opterećenja motora
8. Regulacija paljenja
9. Postavka ručice goriva
10. Kočnica
11. Motor
12. Podaci potrošnje goriva
13. Podaci ulja za podmazivanje
SNAGA MOTORA
• Ovisi o radu ciklusa:
30
60
2
4
nhnhv
DpApF
vFhFW
P
klkl
2
DA
INDICIRANA I EFEKTIVNA SNAGA MOTORA
Snaga (rad u jedinici vremena), koju su plinovi predali klipovima motora, naziva se indicirana snaga.
Indicirana snaga je veća od efektivne snage za snagu mehaničkih gubitaka na putu od klipova do spojke motora.
Indiciranu snagu dobivamo iz podataka indiciranja tlaka u cilindru motora.
Indicirana snaga
(snimljena indikatorom):
30
30
inVpinAhpP
himklim
i [ W ]
DA
Mjerenje promjene tlaka u cilindru motora (indiciranje)
Mehanički indikator
Uređaj se spaja na indikatorski pipac spojen na cilindar motora.
Valjak za papir se preko redukcije povezuje na križnu
glavu. Kazaljka na papiru ispisuje p-V dijagram. Mjerilo
tlaka ovisi o krutosti izmjenjive opruge.
Nedostatak ovoga indikatora je u tome što mu je vlastita
frekvencija vrlo niska (oko 300 Hz), tako da nije pogodan za točna mjerenja brzih procesa
kod srednjehodnih ili bržih motora. Ponegdje se još koristi na sporohodnim motorima (sve
manje)
Mjerenje promjene tlaka u cilindru motora (indiciranje)
Uređaj za elektroničko indiciranje koristi davače tlaka na bazi
piezoelektričkog efekta. Ti davači imaju visoku vlastitu frekvenciju
(preko 20 kHz) te omogućuju točno snimanje vrlo brzih
promjena tlaka. Signal iz pojačala se danas vodi u A/D konverter za
pretvorbu analognog signala u digitalni podatak radi
pohranjivanja u računalu
Kut koljena
Računalo
Indicirani tlak Pojačalo
naboja
Podaci o radnim
parametrima
Više
kanalno
mjerno
pojačalo
Brzi A/D
konverter s
buffer
memorijom
Različiti mjerni signali
Uređaj za indiciranje tlaka u cilindru motora i druga mjerenja pomoću elektroničkog računala
Primjeri ispravne ugradnje davača tlaka
Izmjerena promjena tlaka u cilindru pz i tlaka ubrizgavanja
goriva pu u ovisnosti o kutu koljena
Snimljeni razvijeni indikatorski dijagrami za motor s različitim kutevima početka izgaranja (na slici I najranije,
na slici IV najkasnije)
----
----
----
----
----
----
----
----
----
----
----
----
----
--
Snimljeni p-V dijagrami za motor s različitim kutevima početka izgaranja (na slici I najranije, na slici IV
najkasnije)
FILM OSREDNJENA pim
Motori 2006.
INDICIRANA I EFEKTIVNA SNAGA MOTORA
Snaga (rad u jedinici vremena), koju su plinovi predali klipovima motora, naziva se indicirana snaga.
Snaga, koju motor predaje potrošaču na koljenastom vratilu (svojoj spojci), naziva se efektivna snaga. Indicirana snaga je veća od efektivne snage za snagu mehaničkih gubitaka na putu od klipova do spojke motora.
Indiciranu snagu dobivamo iz podataka indiciranja tlaka u cilindru
motora.
Efektivnu snagu dobivamo mjerenjem snage na kočnici motora.
Efektivna snaga:
30
inVpP
hem
e [ W ]
pem = pim ηm
DA
Wi Wi = W1+ - W2
-
BITNE RAZLIKE:
Stvarni radni dijagram 4-taktnog motora
W1+
W2-
Wi
Efektivna snaga motora može se izmjeriti kočenjem. Moment kočenja pomnožen s kutnom brzinom dati će efektivnu snagu motora, tj. snagu koju motor predaje na svojoj spojci, odn. zamašnjaku.
nFRMPef 2
Na kočnici se moment mjeri tako da se na kraku radiusa R mjeri sila reakcije F. Na slobodnom kraju vratila kočnice mjeri se brzina vrtnje n. Da bi se izračunavanje snage olakšalo, često se koristi takav radius kraka R da se to omogući:
kW60
min2mkN
-1nRFPef
Za R/30 = 1/10 dobivamo da je R = 3, odnosno R = 0.955 m. Formula za izračunavanje snage je tada:
kW
10
minkN -1nFPef
n
F Motor
Kočnica
Brzina vrtnje na rotoru
kočnice
Sila reakcije na
kućištu kočnice
R
Kućište kočnice se izvodi tako da se može zakretati za jedan ograničeni kut na svojim osloncima, kako bi se mogla mjeriti sila reakcije zbog momenta kočenja.
Ako se za kočenje koriste kočnice s trenjem (mehaničkim, hidrauličkim ili s vrtložnim strujama), sva efektivna snaga motora se pretvara u toplinu, koju treba odvesti rashladnom vodom za hlađenje kočnice.
Hidrauličke kočnice a) s diskovima, b) s trnovima, c) s lopaticama, d) kombinirana
Ako koristimo električni generator za kočenje, dobivenu električnu energiju možemo koristiti na neki pogodni način.
Danas se prednost daje električnim kočnicama s asinhronim generatorom koji može raditi u generatorskom i u motornom području. Takva kočnica nam omogućuje da kočimo motor ili da ga guramo (kao što npr. vozilo pri kočenju svojom inercijom ili na nizbrdici gura motor vozila).
Indukcijska kočnica s vrtložnim strujama
1- dinamometar (vaga), 2 - dovod rashladne vode, 3 - odvod rashladne vode, 4 - ležaj rotora, 5 - nosivi ležaj
statora, 6 - generator struje uzbude, 7 - namot uzbude, 8 - rotor, 9 - stator
Balansirni generator
Kućište statora generatora može se okretati oko uzdužne osi, kako bi se
moglo mjeriti zakretni moment kočenja (tj. pogonski moment motora)
Primjenom ovakvih kočnica s upravljanjem pomoću računala, moguće je na samoj kočnici ispitati uvjete rada motora pri pogonu vozila (npr. simulacije vožnje Formule 1 na trkaćoj pisti ili teretnog vozila s različitim stupnjevima prijenosa mjenjača)
Efektivna snaga:
30
inVpP
hem
e [ W ]
pem = pim ηm
DA
Efektivna snaga 4-taktnog motora:
120
430
4,
inVpinVpP
hemhem
e
[ W ] PinVpinVp
P e
hemhem
e 260
230
4,2,
Efektivna snaga 2-taktnog motora:
[ W ]
Pe,2 1,5 Pe,4
DA
Za 100 % opterećenje, Pe max:
Ottovi, 4-taktni: pem = (6,5 do 9,5) 105 Pa
Dieselovi, 4-taktni:
pem = (6,5 do 8) 105 Pa
Dieselovi, 2-taktni:
pem = (4 do 7,5) 105 Pa
DA
Snaga mehaničkih gubitaka, Pm:
Mehanički gubitci: gubitci na trenje (70 %
Pm) i pogon pomoćnih uređaja,
Mjere se u laboratoriju → motor se vrti
vanjskim pogonom.
Procjena preko ηm =
Pe = Pi - Pm
p
p
P
P
im
em
i
e
Vrijednosti:
Otto 0,7 do 0,87; Diesel 4-taktni 0,72 do 0,9; 2-taktni 0,72 do 0,9
DA
MEHANIČKI GUBICI MOTORA
Mehaničke gubitke motora čine dvije skupine gubitaka:
• Gubici zbog trenja među dijelovima motora (trenja u ležajima motora, na kliznim površinama, aerodinamičko trenje itd.)
• Gubici zbog pogona pomoćne opreme motora (pogon rashladne pumpe, pumpe ulja za podmazivanje, sustava za ubrizgavanje goriva, pogon ventila, pogon električnog generatora, pogon klima jedinice itd.)
Kada je spojka motora otkopčana, efektivna snaga motora je jednaka nuli. Tada motor svojim radom pokriva samo mehaničke gubitke.
Efektivna snaga:
3600
edh
e
HGP [ W ]
Hd – donja ogrjevna vrijednost goriva:
-benzin 42 800 kJ/kg;
-dizelsko gorivo 41 800 kJ/kg.
DA
Efektivni zakretni moment:
n
PPM
ee
e
30 [ Nm ], [ J ]
jer je: ω = 2¶n / 60 s-1
DA
Analiza izraza za efektivnu snagu:
. :motor izvedeni za jejer
, ),(
C 430
430
1
4,
const
f
iV
npinVp
P
h
em
hem
e
- za max. opterećenje (100 %) jest i pme = const.,
- a C1 pme = C, nova konstanta
- pa izraz za snagu postaje:
, )( C4, nnP fe
što je matematički jednadžba pravca ovisna o broju okretaja n, a C nagib pravca.
DA
n, o/min
Nm
Ottov motor
)f( 4, nPe
VANJSKA (BRZINSKA) KARAKTERISTIKA
Kod izvedenih motora ovisnost snage o broju okretaja
odstupa od pravca i to različito kod Ottovih
i kod Dieselovih motora.
DA
← v
ažn
o
DA
Usporedba efektivne snage Pe i potrošnje ge za dva motora
istog broja cilindara i radnih volumena
ge
ge
- Motor sa slobodnim usisom Turbokompresorski motor
_ _ _ DA
Dieselov motor
Sn
ag
a P
e,
kW
Ottov motor u
osobnom
automobilu
P1. Za jedan 4-taktni Ottov motor izračunati:
a) punu efektivnu snagu (100 %
opterećenja) u funkciji broja okretaja,
b) promjenu efektivnog momenta u funkciji
broja okretaja,
c) te nacrtati djelomičnu vanjsku
karakteristiku motora (snage i zakretnog
momenta.
Podaci: Vh= 0,5 l; ne = 1000 do 6500 o/min uz
korak od 500 o/min; = 4; i = 4;
pme= 8 bar
DA
Vh= 0,5 l;
ne = 1000 do 6500 o/min uz korak od 500 o/min;
= 4;
i = 4;
pme= 8 bar
Pe (f (ne)) = ?
Me (f (ne)) = ?
- Vanjska karakteristika
DA
120
4 0001 10 3,50 105 8
120
4,
inVpP
hem
e
= 13 333,33 W = 13,333 kW
3140
33,133333030
n
PPM
ee
e
= 127,39 Nm
DA
P1. Za 4-taktni turbo Dieselov motor prevesti
dijagramski prikaz u tablični (slajd 40):
a) pune efektivne snage (100 % opterećenja) u
funkciji broja okretaja,
b) efektivne specifične potrošnje motora u
funkciji broja okretaja,
c) izračunati efektivni moment u funkciji broja
okretaja,
d) te nacrtati vanjsku karakteristiku motora u
cijelosti.
Podaci: ne = 1000 do 2500 o/min uz korak od 500
o/min; = 4; i = 4;
pme= 7 bar; Vh= ?.
DA
Vh= 0,5 l;
ne = 1000 do 4500 o/min uz korak od
500 o/min;
= 4;
i = 4;
pme= 7 bar
Pe (f (ne)) = ?
Me (f (ne)) = ?
- Vanjska karakteristika
DA
SPECIFIČNI PARAMETRI MOTORA SUI
Specifična snaga
Jedinična masa
Litarska snaga 3
u
u
u
kW kg
kg 1kW
kW dm
e
sp
sp
sp e
e
l
hm
PP
m
mm
P P
PP
V
DA
Brzina klipa
s
m
30
u
nhvv klmm
Vrijednosti za srednju brzinu klipa:
- od 7 do 16 m/s; za H/D = 0,8 do 1,1
- automobilski motori SUI: 15 m/s;
- Dieselovi motori teretnih vozila: 8 do 12 m/s;
- brodski Dieselovi, 2-taktni: 6 m/s;
- brodski Dieselovi, 4-taktni: 7 do 8 m/s
DA
SPECIFIČNA POTROŠNJA GORIVA:
Efektivna,
hkW
g
hkW
kg u ili , u
P
Gg
e
h
e
Vrijednosti za specifičnu efektivnu potrošnju goriva:
- kod Ottovih motora SUI: 280 do 325 g/kWh;
- kod Dieselovih motora SUI: 190 do 240 g/kWh;
- kod turbokompresorskih motora SUI su
vrijednosti specifičnih potrošnji manje.
DA
o = 1 -
)1(
111
1
1
d = 1 -
s = 1 -
1 1
1 11
( ) ( )
STUPNJEVI KORISNOSTI MOTORA
- termodinamički, uzima u obzir usvojeni
termodinamički ciklus:
Ottov,
Dieselov,
Sabatheov,
DA
Snaga mehaničkih gubitaka
Snaga predana klipovima
Snaga na spojci motora
m =
- mehanički, uzima u obzir sve vanjske
mehaničke gubitke (trenja i pogon uređaja):
upt
h
i
g
i
g
i
im
em
i
e
G
P
Q
Q
P
P
p
p
P
P
3600
- indicirani, uzima u obzir sve unutarnje
gubitke (mjeri se unutar radnog prostora):
i =
Vrijednosti:
Otto, 0,26 do 0,38; Diesel, 0,43 do 0,52.
DA
MEHANIČKI GUBICI MOTORA
Mehaničke gubitke motora čine dvije skupine gubitaka:
• Gubici zbog trenja među dijelovima motora (trenja u ležajima motora, na kliznim površinama, aerodinamičko trenje itd.)
• Gubici zbog pogona pomoćne opreme motora (pogon rashladne pumpe, pumpe ulja za podmazivanje, sustava za ubrizgavanje goriva, pogon ventila, pogon električnog generatora, pogon klima jedinice itd.)
Kada je kvačilo motora isključeno, efektivna snaga motora je jednaka nuli. Tada motor svojim radom pokriva samo mehaničke gubitke.
u =
- uporabni, uzima u obzir sve gubitke
nastale pri realizaciji konstrukcije motora
(konkretizacija izvedbe):
mimupt
g
e
g
e
t
i
t
i
Q
Q
P
P
Q
Q
P
P
- efektivni, uzima u obzir sve gubitke nastale od ulaska goriva do efektivne snage:
e =
Vrijednosti:
Otto, 0,25 do 0,32; Diesel, 0,35 do 0,45.
DA
Senkeyev dijagram
Vrijednosti: Dieselovi (Ottovi).
DA
- efektivna
Energija
dovedena
gorivom 100%
Mehaničk
a energija Toplinska
energija
Mehanički
rad 40%
Pogon
ventilator
a 2%
Toplina
ispušnih
plinova 30%
Toplina
odvedena
rashladnom
vodom 24% Toplina
predana
zračenjem i
konvekcijom
na okoliš 4%
Primjer bilanse topline za 4T dizelski
motor za teretno vozilo
Senkeyev dijagram
Senkeyev dijagram
- efektivna
THE END
top related