motori teorija

1

MOTORI SUI

VELEUČILIŠTE U SLAVONSKOM BRODU

(2+1) ECTS 3

Viši predavač: mr.sc. Josip Jukić, dipl.ing

E-mail: [email protected]

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).


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).


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


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



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.



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.


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.



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.


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.


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.


Pitanje:

Napisati izraz za termički stupanj djelovanja nekog desnokretnog kružnog

procesa te pojasniti oznake u izrazu?


Prikaz desnokretnog i lijevokretnog kružnog procesa u p-v dijagramu.


KRUŽNI PROCESI TOPLINSKIH MOTORA


OTTOOV CIKLUS


Ottoov termodinamički ciklus


Pitanje:

Nacrtati i pojasniti u p,v i T,s dijagramu Ottoov termodinamički ciklus?

TERMODINAMIČKI STUPANJ DJELOVANJA

OTTOOVOG CIKLUSA


Stupanj djelovanja Ottovog ciklusa ovisi o:

osobinama radnog medija i

konstruktivnim karakteristikama

Za određeni medij ovisi samo o stupnju kompresije


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



DIESELOV CIKLUS:

33


Pitanje:

Nacrtati i pojasniti u p,v i T,s dijagramu Dieselov termodinamički ciklus?

34


Odvedena toplina iz ciklusa

35


36


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


SABATHEOV CIKLUS


Pitanje:

Nacrtati i pojasniti u p,v i T,s dijagramu Sabatheov termodinamički ciklus?


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)



- OTTOO

- DIESEL

- SABATHE


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


Ciklus sadrži 4 takta:

1. USISAVANJE 2. KOMPRESIJA 4. ISPUH

3. IZGARANJE I EKSPANZIJA


U dvotaktnim motorima obavi se cijeli ciklus u sa dva hoda klipa (takta),

Ili jedan okretaj koljenastog vratila.

Taktovi su:

KOMPRESIJA i EKSPANZIJA


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


KOMPRESIJA:

• Klip se giba u cilindru od UMT (DMT) do VMT (GMT)

• na koljenastog vratila iza UMT (DMT) zatvara se usisni ventil


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


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


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.


USISAVANJE – prvi takt:

Klip se giba od VMT (GMT) do UMT (DMT)

Usisni ventil je otvoren a ispušni se zatvara koljenastog vratila iza VMT


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


EKSPANZIJA

Klip se giba od VMT (GMT) do UMT (DMT). Na koljenastog vratila

ispred UMT (DMT) otvara se ispušni ventil.


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


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


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


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.


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

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

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

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

- efektivna

THE END

motori teorija

Documents