Motor-werkingsgrootheden
Constructiegetallen:toerental n (tpm)boring D, B (mm)slag S (mm)aantal cilinders N (–)slagvolume Vs = π B2S /4 (l)compressieverhouding ε = (Vs + Vc ) /Vc (–)
Koppel T, Me (Nm)Vermogen Pe (kW)Specifiek vermogen Ps (kw/l)Specifiek gewicht ms (kg/kW)Brandstofverbruik (l/100km)Specifiek brandstofverbruik be (g/kWh)Gemiddelde arbeidsdruk pe (Pa)Geïndiceerde gemiddelde arbeidsdruk pi (Pa)Volumetrisch rendement λv (%)Lucht-brandstofverhouding L (–)Luchtfactor λ (–)Specifieke emissie (g/kWh)Emissie-index (g/kg)
Koppel
Gemeten waarde aan motoruitgang → krukasUitgemiddeld over één arbeidscyclus (2 toeren voor een 4T en 1 toer voor een 2T)
Koppel
( ) ( )∫ ⋅⋅>∆<⋅=cyclus
zuigermech2
42ααψαηπ
πχ dpBNMe
χ =1/2 voor 4T ψ(α): omzetting van kracht op zuiger =1 voor 2T naar koppel om krukas
<···>: uitgemiddeld over alle cilinders en “vele” cycli
→ niet expliciet afhankelijk van het toerental
Verband arbeid / cyclus – koppel:
arbeid / cyclus x aantal cycli / seconde =vermogen
602
60nMPnNW eee
πχ ⋅==⋅×⋅⇒
im
ee
WN
WNM
⋅⋅⋅=
⋅⋅=
ηπχπχ
2
2
Koppel-toerenkarakteristiek
Uitwendig toestel gekoppeld aan krukas n = cte,ongeacht motorafstelling
ottomotor: gasklepstand ≡ mengsel (Ml, Mb)≡ We≡ Me
openen ⇒ Ml, Mb ⇒ We, Me
dieselmotor: pompdebiet ≡ Mb≡ We≡ Me
Mb ⇒ We, Me
Test bij verschillende waarden van n⇒ M–n curves
eM
nminn maxn
vollast, volgasdeellast
gasklepstand+
toeren=
koppel
Vermogen
( ) χ⋅⋅⋅−=6021nNQQ
Pv : theoretische machine, volmaakt
χ⋅⋅⋅=60nNWi
Pi : geïndiceerd vermogen
Pe : effectief vermogen
602 nMP eimπη ⋅=⋅=
s
eVN
P=
Ps : specifiek vermogen
(kW/l)
≅ 20 à 50 kW/l voor automotoren
> 100 kW/l voor racemotoren (F1)
slijtage, levensduur !
Pf : fiscaal vermogen (België)
=NVs x 4 + (massa wagen) / 400
Vermogen
Bepaling Pe
DIN motor incl. aggregaten
SAE motor excl. aggregaten
duurvermogenkortstondig overlastvermogenhoogstvermogen
15.2933.101
15.2933.101
m.o.
m.o.
m.o.
m.o.
m.o.
m.o.norm
norm
Tp
MM
TpM
Tp
PP
ll
l
e
&&
&
=⇒
÷
=
voor gesmoorde stroming
(m.o.: meetom-standigheden)
Vermogen en Koppel
Beide fietsers halen dezelfde snelheid onder dezelfde omstandigheden. Zij ontwikkelen hetzelfde vermogen.
Fietser a, die een klein verzet trapt, moet sneller trappen dan fietser b, die een groot verzet gebruikt.
Het koppel (en dus ook duwkracht) dat fietser a moet uitoefenen is kleiner dan dat voor fietser b.
Koppel en vermogen vs. toerentalbereik
a b
Motor a ontwikkelt een vermogen van 280 kW bij 2300 tpm en een koppel van 1550 Nm bij 1200 tpm.Motor b ontwikkelt hetzelfde vermogen bij een toerental van 1900 tpm en een maximum koppel van 1600 Nm bij 1500 tpm.
Het toerentalbereik ligt veel gunstiger voor motor a (800 – 2200 tpm) dan voor motor b (1300 – 1900 tpm).
Me
Pe
be
nmin nd nv nm no n (tpm)
PW
B
Pe , PW (kW)
Me (Nm)
be (g/kWh)
Me, be
n
1/1 gasklepstand
1/2
1/4
1/101/10
1/41/2
1/1
Me, MW
n
a
b
rolweerstand
helling
(1) nerveus
(2) kalm volgasλ = cte
MV,1
MV,2
n (tpm)
pe (bar)
123456789
10
1000 2000 3000 4000 5000 6000
be = cte
Pe = cte
Rijweerstand in vierde gang
272 g/kWh
299
326
408544
96 kW888174
66
59514437
29227 15
Gemiddelde arbeidsdruk
Geïndiceerd, werkelijk
pi = de expansiedruk die dezelfde geïndiceerde arbeid levert, d.w.z. aangegeven op het opgemeten pV-diagram (lit. imep, indicated mean effective pressure)
s
ii
isi
VWp
WVp
=
=
Gemiddelde arbeidsdruk
Gemeten op krukas, schijnbaar
pe = de expansiedruk die dezelfde gemeten arbeid levert (lit. bmep, brake mean effective pressure)
χ
η
60nVN
PVW
VW
s
e
s
im
s
e
=
==
eseee pVNMWNMπχ
πχ
22=⇒=
koppel ÷ arbeid per werkslag ÷ peVsT(400 tot 1800 kPa, 4 tot 18 atm)
gemiddelde arbeidsdruk is grootte-onafhankelijk
Rendementen
ubv HMQQQ 10001 1
1
2 =−=η
Mb: hoeveelheid Hu: lagere verbrandingswaardefuel / cyclus benzine 44 kJ/kg(gr) diesel 43 kJ/kg
ub
ii HM
W1000=η Wi (kJ)
v
i
v
ith P
PWW
==η
re
em PP
P+
=ηwrijving
i
e
lre
etm P
PPPP
P=
++=,η
ub
ee HM
P&
1000=η
oplading
vthtme ηηηη ⋅⋅= ,
Brandstofverbruik
Voertuig: l/100kmDIN 2x10km bij n = ¾nmaxEN 90 km/h, 120 km/h, pollutie-test, stadscyclus (19 km/h)
invloedsfactoren → motor→ wagen→ traject→ rijwijze
xwr ACCgmfF 221 ρ+=
Motor: specifiek brandstofverbruik be
= verbruik / ontwikkeld vermogen
= (gr/kWh)
otto: 200 à 350diesel: 180 à 250
weergave op eidiagram als fie van toerental en koppel (of pe, zie verder),gesloten contouren
be·ηe = cte
e
bP
M&3600
Mengselsamenstelling
Lucht-brandstofverhouding: b
l
b
lMM
MML ==&
&
stoechiometrisch correcte waarde:Ls =14.6
Otto: carburator 12 L 18injectie & kat L ≅ Ls =14.6
opm.: 50 l tank ≡ 35 kg benzine⇒ 511 kg lucht, ≡ 430 m3
sLL
=λLuchtfactor:
λφ 1
=
λ > 1 ⇒ arm mengsel, overmaataan lucht
λ < 1 ⇒ rijk mengsel, tekort aanlucht
Brandstoffactor:
( ) ubin HMQ λ= ( ) λλ = als λ < 1= 1 als λ 1
Vullingsgraad
Mate waarin de cilinder gevuld wordt met verselucht (geen brandstof ) in atmosfeer-omstandig-heden
s
lv V
M
0ρλ =
Atmosferisch aangezogen motoren: λv < 100%
Opgeladen motoren (turbo): λv > 100%
Betrekkingen
us
svub
s
sv
s
llb
HL
VHMQ
LV
LM
LMM
λρλ
λρλ
λ
01
0
==
===
NHL
VM
HL
p
HL
VHMW
HNnL
VHMP
us
svee
us
vee
us
sveubee
us
sveubee
πχ
λρλη
λρλη
λρληη
χλρληη
2
6010001000
0
0
0
0
=
=
==
==&
λλη ve÷ otto λ ≅ 1
diesel λ > 1 (λ = 5 kan)