11. előadás - DE Műszaki Kar

Report
ÁLTALÁNOS GÉPTAN
Előadó: Dr. Fazekas Lajos
11. Előadás
Belsőégésű motorok
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Forgattyús
Belsőégésű motorok
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Belsőégésű motorok
• Ezek olyan volumetrikus működésű hőerőgépek,
amelyekben a hőközlés a tüzelőanyagnak a henger
belsejében való elégetésével megy végbe.
– A dugattyú a hengerbe juttatott levegőt vagy éghető
keveréket komprimálja;
– az égés alatt, illetve annak megtörténte után a hőközlés
folytán megnövekedett nyomású és térfogatú égéstermék
expandál;
– eközben a dugattyút a terhelőerők ellenében mozgatja, és
így munkát végez.
– E munkavégzés után az elhasznált égéstermék a hengerből
távozik, majd friss levegő vagy keverék jut a hengerbe és a
munkaciklus megismétlődik.
Komprimál = sűrít
Expandál = kiterjed
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Belsőégésű motorok
A köznyelv és egyes korai szakirodalmak a belsőégésű motorokat
robbanómotorként is emlegetik TÉVESEN!
A különbséget az alábbi képek demonstrálják:
Robbanómotor
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Belsőégésű motor
A két- és a négyütemű motorok
• Aszerint, hogy egy teljes munkaciklus hány löketben (ütemben)
valósul meg, négyütemű és kétütemű motorokat különböztetnek
meg.
• A négyütemű motorból
– az elhasznált égéstermék egy külön löketben távozik a hengerből, és a
henger külön másik löketben telik meg friss közeggel.
– Egy teljes munkaciklus négy löketben és így két teljes fordulat alatt
folyik le.
• A kétütemű motorokban
– a közegcsere két löket határán (az expanzió löketének végén, illetve a
kompresszió elején), a holtpont közelében játszódik le.
– Ezek teljes munkaciklusa két löketben, azaz egyetlen fordulat alatt
befejeződik.
– A négyütemű motor munkaszolgáltatása kevésbé egyenletes, mint a
kétüteműé, minthogy csak minden második fordulatra esik egy
munkalöket. A járást a lendítőkerék teszi egyenletessé.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Otto-motorok
• A tüzelőanyag adagolása és elégése szempontjából a belső égésű
motorok két csoportba oszthatók (Otto- és Dízelmotorok).
• Az Otto-motorok (más néven szikragyújtású motorok) a
tüzelőanyagot a levegővel együtt juttatják a hengerbe.
• Gáznemű tüzelőanyag a levegőhöz keverhető; a folyékony
tüzelőanyagot porlasztással vagy elpárologtatással kell elgázosítani.
• Ezt a keveréket sűríti (komprimálja) a motor, mégpedig csak olyan
korlátozott mértékben, hogy a kompresszió véghőmérséklete a
gyulladás hőmérsékletét el ne érje (az öngyulladásból eredő
szabálytalan munkaciklust, amely detonációs- és kopogásos égést
produkálna).
• A kompressziós löket végén a keveréket villamos szikra gyújtja
meg.
• Az ezt követő löket az expanzió, a tulajdonképpeni munkalöket.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Otto-motorok
• Az alaptípus a négyütemű szívómotor,
amelynél a folyékony tüzelőanyag porlasztását
és levegővel való, normál hőmérsékleten való
keveredését porlasztó (karburátor) végzi.
• Az elgázosított keverékben kb. 1:15 a benzinlevegő arány.
• A négyütemű motor működése a következő
dián látható indikátordiagram alapján
következő:
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A négyütemű Otto-motor indikátor
diagramja és működési vázlata
A diagram által bezárt terület az
indikált munka
• 1-2 szakasz: szívás; a dugattyú balróljobbra haladva beszívja a keveréket,
• 2-3 szakasz: sűrítés (kompresszió); a
dugattyú visszafelé haladva sűríti a
keveréket; ebben a két ütemben a
motor lényegében kompresszorként
működik,
• 3-4-5 szakasz: égés és terjeszkedés
(expanzió); a sűrített keveréket
villamos szikrával meggyújtják, az rövid
idő alatt elég, majd terjeszkedve
(expandálva) a dugattyút hátrafelé
tolja, közben munkát végez;
• 5-1 szakasz: kipufogás; a dugattyú
kitolja a hengerből a munkát végzett
égésterméket. A két munkaterület
különbsége adja a hasznos indikált
munkát.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A négyütemű Otto-motor indikátor
diagramja és működési vázlata
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
1- szívócső (karburátorból);
2- kipufogócső,
3- szívószelep;
4- nyomószelep;
5- dugattyú;
6- henger;
7- hűtővíz;
8- hajtókar;
9- forgattyúkar;
10- főtengely;
11- vezérlőtengely;
12- vezérlőbütyök;
13- szelepmozgató rúd;
14- vezérlőhimba;
15- forgattyúház
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Otto-körfolyamat (4 ütem)
(p-v diagramja)
• 1-2 folyamat:
adiabatikus
kompresszió
• 2-3 folyamat:
• izochor hőközlés
(égés)
• 3-4 folyamat:
adiabatikus expanzió
• 4-1 folyamat:
• izochor hőelvonás
(kipufogás)
Az Otto-motor mennyiségi
szabályozású  befecskendezett
üzemanyag mennyiséggel szabályoz!
Otto-körfolyamat (4 ütem)
(T-s diagramja)
• 1-2 folyamat:
adiabatikus
kompresszió
• 2-3 folyamat:
• izochor hőközlés
(égés)
• 3-4 folyamat:
adiabatikus expanzió
• 4-1 folyamat:
• izochor hőelvonás
(kipufogás)
Az Otto-motor mennyiségi
szabályozású  befecskendezett
üzemanyag mennyiséggel szabályoz!
Négyütemű és kétütemű Ottomotorok
• A négyütemű motor üzeme, bár gazdaságosabb, mint a
dugattyús gőzgépé, mégis elég rossz hatásfokú. Gazdasági
hatásfoka kb. 20…30%.
• A négyütemű motornak néhány hátrányát, pl. a szelepes
vezérlés bonyolultságát, a két főtengely fordulatra eső
egyetlen munkaütemet, a kétütemű motor igyekszik
kiküszöbölni.
• A kétütemű motornál elmaradnak a szelepek, csak be- és
kiömlőcsatornák vannak, amelyek nyitását és zárását maga
a dugattyú végzi, amely a tolattyú szerepét is betölti.
• A kétütemű motor körtolattyús vezérlésű motor, ahol a
körtolattyú maga a dugattyú.
(Egyes szakirodalmak résvezérelt motornak hívják.)
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Kétütemű Otto-motorok
résvezérléséhez szükséges furatok
Simson S51 hengere
dugattyú nélkül
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
dugattyúval
A kétütemű Otto-motor indikátor
diagramja és működési vázlata
A diagram által bezárt terület az
indikált munka
• Az 1-2 szakasz a töltés, amelyet a
henger a forgattyúházból kap, a
légkörinél kissé nagyobb nyomáson.
• A 2-3 szakasz a kompresszió a
hengerben.
• A 3 pontban villamos szikrával
meggyújtják a nagynyomású
keveréket,
• a 3-4 szakasz az égés,
• majd a 4-5 szakasz az expanzió. Az
égés-expanzió alatt történik a
munkavégzés.
• Az 5-1 szakaszban a kiömlés
(kipufogás), amely egyszerre
játszódik le a következő periódus 1-2
töltésével.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A kétütemű Otto-motor indikátor
diagramja és működési vázlata
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
1- beömlőcsatorna;
2- átömlőcsatorna;
3- kiömlőcsatorna;
4- dugattyú;
5- henger;
6- gyújtógyertya;
7- hajtókar;
8- forgattyúkar;
9- főtengely;
10- forgattyúház
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Kétütemű benzinmotorok működési
elve
•A felfelé (a hengerfej irányába) mozgó dugattyú a zárt forgattyúsházban vákuumot
hoz létre.
•Ahogy a dugattyú felemelkedik, a szívónyílás szabaddá válik, ezáltal a
forgattyúsházba beáramlik a porlasztó (karburátor) segítségével előállított keverék.
•Eközben a már hengerben lévő benzin-levegő elegyet a még mindig felfelé mozgó
dugattyú összenyomja.
•Egy egyszerű kétütemű kivitelben található egy dugattyú, a henger falában oldalt
egy vagy két felömlő-, egy szívó-, és egy kipufogónyílás.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Kétütemű benzinmotorok működési
A kétütemű motor egy
elve
teljes főtengelyfordulat
A kétütemű motorok lényegében egy
munkahengerből és egy kompresszorból állnak.
Kétütemű Otto-motoroknál kompresszor szerepét a
forgattyúház tölti be.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
(360°) alatt végez el egy
teljes munkaciklust.
A kétütemű Otto-motor
• A kétütemű benzinmotor, bár szerkezetileg
sokkal egyszerűbb, nem tudta a négyüteműt
kiszorítani, mert:
– üzeme kevésbé gazdaságos,
– nagyobb a fajlagos fogyasztása
– és nagyobb a környezetszennyezés.
• A kétütemű Otto-motorok esetében keverékolajt
is kevernek a hagyományos benzinbe
(legtöbbször 1:50 arányban), ezzel is javítva a
forgattyús alkatrészek és a hengerfal kenését.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Gyertyapipa
Hengerfej
Henger
tőcsavar
Gyertya
Bordázott
léghűtéses
henger
Egy kétütemű
benzinmotor
robbantott
rajza.
Tömítés
Dugattyú (kompresszió-) gyűrű
Csapszeg
Dugattyú
Távtartó
Seeger gyűrű
Szimering
(rugós tömítés)
Tűgörgő
Gyújtás oldal
(lendkerék
helye)
Kuplung
oldal
Főtengely
Főtengelycsapágy
Debreceni Egyetem
Műszaki Kar
Dízelmotorok
• A dízelmotorok (más néven kompresszió-gyújtású motorok)
tiszta levegőt szívnak be és azt adiabatikusan olyan
végnyomásra sűrítik, hogy a sűrítőlöket végén a levegő
hőmérséklete a folyékony tüzelőanyag gyulladási
hőmérsékleténél nagyobb legyen.
• Az ekkor a hengerbe befecskendezett folyékony
tüzelőanyag külön gyújtószerkezet nélkül is meggyullad és
elég.
• A tüzelőanyag befecskendezésének lefolyása célszerűen
olyan, hogy az elégés nem robbanásszerűen, hanem
állandó nyomáson történik.
• Ennek befejeztével az expanzió itt is adiabatikus és a
munkalöket végéig tart, amelyet kipufogás követ.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Kompresszió-viszony
• A belső égésű motorok üzemének fontos
jellemzője a kompresszió-viszony, ami a teljes
hengertérfogat és a károstér (kompresszió tér)
hányadosa:
V V

h
o
Vo
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A kompresszió-viszony
• A kompresszió-viszony növelése javítja a
hatásfokot, bár nem lehet túlzottan növelni, mert
a tüzelőanyag-levegő keverék idő előtti
öngyulladása következne be, amely zavarja a
motor üzemét és súlyos károsodást okozhat a
szerkezetben. Az Otto-motoroknál:   5  8.
• A Rudolf Diesel német mérnök által 1897-ben
megépített dízelmotorok ezzel szemben éppen az
öngyulladást használják fel. A kompresszióviszony itt D  14...15 vagy még ennél is nagyobb.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Dízelmotorok
• A dízelmotor öngyulladással dolgozó négy- vagy
kétütemű belső égésű motor, amely:
– szíváskor tiszta levegőt szív be,
– azt adiabatikusan komprimálja 3…3,5 MPa nyomásra
– és kb. 500°C (773 K) hőmérsékletre.
• Az ekkor befújt vagy befecskendezett üzemanyag
magától meggyullad és elég.
• A tüzelőanyag gázolaj-dízelolaj, amelynek az égési
sebessége kisebb, mint a benziné.
• Fontos a gázolaj helyes befecskendezése, mert az égés
időtartama a gazdaságos üzem miatt nem lehet több az
expanziólöket 10%-ánál.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Diesel-körfolyamat (4 ütem)
(p-v diagramja)
• 1-2 folyamat:
adiabatikus
kompresszió
• 2-3 folyamat:
• izobár hőközlés (égés)
• 3-4 folyamat:
adiabatikus expanzió
• 4-1 folyamat:
• izochor hőelvonás
(kipufogás)
A Dízelmotor minőségi szabályozású
 a beszívott (feltöltött) levegő
mennyisége szabályoz!
Diesel-körfolyamat (4 ütem)
(T-s diagramja)
• 1-2 folyamat:
adiabatikus
kompresszió
• 2-3 folyamat:
• izobár hőközlés (égés)
• 3-4 folyamat:
adiabatikus expanzió
• 4-1 folyamat:
• izochor hőelvonás
(kipufogás)
A Dízelmotor minőségi szabályozású
 a beszívott (feltöltött) levegő
mennyisége szabályoz!
Négyütemű Otto- és Dízelmotor
Mazda6
Skyactiv 2.5i benzin
motor
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Skyactiv 2.2 dízel motor
Kétütemű dízelmotorok
• A kétütemű dízelmotorokat előszeretettel
használják hajókban (pl. kompok) , illetve
régebben teherautókban.
• A működése annyiban tér el a kétütemű
benzinmotortól, hogy az elősűrítés nem a
forgattyús házban történik, hanem külön
egység (Roots-fúvó) végzi.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A kétütemű dízelmotorok működési
elve
Feltöltés,
kipufogás
Sűrítés,
elősűrítés
Roots-fúvó
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Terjeszkedés,
elősűrítés
A négy- és a kétütemű dízelmotor
indikátor diagramja
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A dízelolaj bejuttatása a motor
égésterébe (4ütemű motorok)
• Az égés minősége nagymértékben függ a tüzelőanyagnak a
levegőben való elkeveredésétől.
• Az volna kívánatos, hogy a befecskendezés a tüzelőanyagot
az egész égéstérben egyenletesen elossza.
• A tüzelőanyag bejuttatása kompresszorral vagy szivattyúval
történhet.
• A kompresszoros dízelmotort ma már nem nagyon
használják.
• Ennél a tüzelőanyagot nagynyomású (6…8 MPa) levegővel
fúvatják a hengerbe.
• Ez a megoldás azért hátrányos, mert a kompresszor hajtása
a motorteljesítmény kb. 5…10%-át igényli.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A dízelolaj bejuttatása a motor
égésterébe
• A szivattyús (kompresszor nélküli) dízelmotort a
teljesítmény növelésével és a szerkezet további
egyszerűsítésével fejlesztették ki, amelynél
közvetlenül a hengerbe szivattyúval nyomják be a
tüzelőanyagot fúvókán keresztül.
• Ez a megoldás kisebb tömegű motorokat is
eredményezett, amelyeket kb. 1923-tól
gépkocsikban és vasúti vontatásban sikerrel
alkalmaznak.
• A szétporlasztáshoz szükséges szivattyúnyomás
nagyobb (8…40 MPa), mint a kompresszorosé.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A Dízelmotor indikátor diagramjai
• A következő dián a kétfajta dízelmotor
indikátordiagramja látható.
• Mindkettőnél megfigyelhető az égés
viszonylagos lassú szakasza.
• Az előkamrás dízelmotor
indikátordiagramjának égési folyamata viszont
alakilag hasonlít az Otto-motorokéhoz.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A Dízelmotor indikátor diagramjai
Kompresszoros
Szivattyús, előkamrás
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Mechanikus szabályozású dízel adagolószivattyú
Elektromágneses
leállítószelep
Csúszólapátos
(lamellás)
tápszivattyú.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
CRS (Common Rail System – Közös
nyomócsöves) dízeladagoló rendszer
Befecskendező
fúvókák
Nagynyomású
szivattyú
Közös nyomócső
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A motorvezérlő egység
dízelbefecskendezésvezérlő egysége (J248)
CAN-busz kommunikáció.
A dízelolaj bejuttatása a motor
égésterébe
• A fúvókák helyes kialakítása mellett az égéstér
különleges kiképzése és megosztása is
szükséges  tüzelőanyag tökéletes
elkeveredése a levegővel.
• Így alakultak ki az osztott égésterű motorok
különböző változatai, úgymint az:
– előkamrás,
– örvénykamrás
– és légkamrás motorok.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Égésterek csoportosítása
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
OHV
(Oldalt vezérelt,
felül szelepelt
vezérlési
megoldás).
Előkamrás keverékképzés
(osztott égéstér)
Mercedes OM 601
• A befecskendezés közvetlenül a
kamrába történik;
• Utólagos porlasztás jelensége
fellép;
• Lágyabb járás;
• A/V viszonya kedvezőtlen;
• Izzító gyertyát kell alkalmazni;
• Befecskendezési nyitónyomás:
pny=135 bar;
• Kompresszió-viszony: =20-25;
• Az égés kb. 30%-a már a
kamrában lezajlik;
• A kamra az égéstér térfogatának
25-60%-a;
• Általában személygépkocsiknál
alkalmazzák.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Előkamrás keverékképzés
(osztott égéstér)
Vezérműtengely
(bütykös tengely)
Porlasztó
Szeleprugó
Izzító gyertya
Szelep
Keverékképző
előkamra
Henger
Hűtővíz
Dugattyú
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Örvénykamrás keverékképzés
(osztott égéstér)
Az örvénykamrás
keverékképzés elvi
működése.
Az egyfuratú csapos
fúvóka porlasztási képe.
•Az örvénykamrás égéstérnél a dugattyú felfelé mozgásának hatására a levegő
beáramlik a kamrába.
• Az egylyukú csapos befecskendező fúvókával ebbe a levegő áramba történik a
beporlasztás az áramlási iránynak megfelelően (jobb oldali ábra).
•Ezzel a megoldással a porlasztás minősége rosszabb lesz, de a fajlagos fogyasztás jobb.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Örvénykamrás keverékképzés
(osztott égéstér)
Hengerfej
Fúvóka
Keverékképző
örvénykamra
Izzító gyertya
Égéstér
Henger
Dugattyú
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Az örvénykamrás keverékképzés
jellemzői
• A főégéstérhez korong vagy gömb alakú mellékégéstér
tartozik;
• Az örvénykamra nagyobb nyílással csatlakozik a
főégéstérhez, mint az előkamra;
• Fajlagos tüzelőanyag fogyasztása kisebb, mint az
előkamrásé;
• A befecskendezés az örvénykamrába történik;
• A/V viszonya kedvezőtlen;
• Izzító gyertyát kell alkalmazni;
• Kompresszió-viszony: =20-25.
• A befecskendezési nyitónyomás: pny=140 bar;
• Lágyabb járás.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Légkamrás égéstér
(osztott égéstér)
Jellemzői:
• A légkamrát a befecskendező
fúvókával szemben alakították ki;
• A kamrába történik a
befecskendezés;
• Az A/V viszonya kedvezőtlen;
• Izzító gyertya szükséges;
• Kompresszióviszony:  =20-25;
• Csapos fúvókát alkalmaznak;
• Befecskendezési nyitónyomás:
pny=130-150 bar;
• Hatásfoka rosszabb az elő- és
örvénykamrásénál;
• A kamrában az égés kisebb része
zajlik le mint az elő- és örvénykamrásnál;
• Ma már nem alkalmazzák.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Dízelmotorok sajátosságai
• Egyes változatokban a hengerfejbe épített izzó alkatrészek
segítik elő a tüzelőanyag gyulladását induláskor (villamos
fűtésű izzógyertya) vagy üzem közben is (izzófejes motor).
• A szivattyús dízelmotor gazdasági hatásfoka:
g  40...50%.
• A teljesítményegységre eső fajlagos motortömeg az összes
dugattyús rendszerű gépek között itt a legkisebb.
• A dízelmotor kedvező üzemi tulajdonságai és jó gazdasági
hatásfoka révén a közlekedésben is egyeduralkodó.
• A dízelmotor mára már egybefonódott a nyomaték
fogalmával, mivel jóval nagyobb nyomaték produkálására
képes pl. a benzin üzemű vetélytársaihoz képest.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Izzító gyertyák
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Osztatlan égésterek:
MAN
• Ez a megoldás egyesíti a kamrás
motorok és a közvetlen
befecskendezésű motorok előnyeit,
ezért ez a legelterjedtebb kialakítás.
• Kompresszió-viszonya () 13-17
között van, nem igényel izzító
gyertyát, de a befecskendezési
nyitónyomása magasabb (pny=215240 bar).
• A befecskendezés az egylyukú kúpos
fúvókán keresztül a dugattyúkamra
falára történik, ahonnan az
fokozatosan elpárologva keveredik el
a perdületszívócsőn keresztül
beáramlott levegővel (hártyás
keverékképzés).
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Osztatlan égéstér:
Saurer égéstér
• A tüzelőanyagot a henger
szimmetria vonalában elhelyezett
többlyukú kúpos befecskendező
fúvókán keresztül fecskendezzük
be az égéstérbe.
• A beporlasztás sugara szélesebb,
mint a MAN égéstérnél és
perdületszívócsővel együtt
biztosítják a térfogati
keverékképzés feltételeit.
• Fajlagos fogyasztása jó, de járása
zajos, ezért haszongépjárműveknél
alkalmazzák elsősorban.
• A befecskendezési nyitónyomás
200-220 bar. A kamra térfogata az
égéstér térfogat 70-95%-a.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Osztatlan égéstér:
Hesselmann-égéstér
Technikai
paraméter
Kompresszióviszony
Befecskendezési
nyitónyomás
Jele
Értéke

14-16
pny
• Az égéstér nem a
dugattyúban, hanem annak
tetején van kialakítva.
• A beporlasztás több, széles
sugárban történik meg a
perdületszívócsőn keresztül
érkező örvénylő levegőbe
(térfogati keverékképzés).
• Keményebb járás jellemzi,
ezért haszongépjárműveknél
alkalmazzák.
200-400 bar
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Hesselmann-égéstér
Befecskendező
fúvóka
Izzító gyertya
Szelep
Dugattyú
Égéstér
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Feltöltős Dízelmotorok
• Az adott hengertérfogatba juttatható
levegőmennyiséget úgy növelik, hogy a hengerbe
a levegőt nem a szabadból, hanem külső
berendezéssel megnövelt nyomású térből veszik.
Ezt az eljárást a dízelmotor feltöltésének nevezik.
• A feltöltés növeli a motor teljesítményét.
• A feltöltés bonyolulttá teszi a motort és így csak
nagyobb teljesítményekhez célszerű alkalmazni.
• A nagy levegőforgalomra való tekintettel nem
volumetrikus, hanem áramlástani elven alapuló
feltöltőt alkalmaznak.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Feltöltős Dízelmotorok
• A feltöltésnek számos változata alakult ki
napjainkig.
• Legkezdetlegesebb a külön géppel hajtott feltöltő,
inkább csak kísérleti célra indokolt.
• A mechanikus hajtású töltőt a motor tengelye
hajtja.
• Leginkább elterjedt a turbótöltő (lásd: köv. dián).
• Ennek K töltőkompresszorát a motor
kipufogógázai által hajtott T turbina hajtja.
• Ez szerkezetileg elkülönül a D motortól, de
hőtanilag a motorhoz jól kell illeszkednie.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Feltőltős motor ≠ Turbótöltő
A Dízelmotor és a turbófeltöltő
kapcsolata
•D- dízelmotor;
•T- turbina;
•K- töltőkompresszor;
•1- szívás,
•2- kipufogás
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Turbo Dízel
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A TURBO feltöltés működési elve
Kipufogógáz
Friss levegő
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Turbo = rövidített
kifejezés 
TURbine BOosted
Egy TURBO feltöltő hosszmetszete
Piros rész = Turbina ház
Kék rész = Kompresszor
csigaháza
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
TURBO feltöltők
A turbo feltöltők különösen nagy hőhatásnak vannak
kitéve a kipufogógáz hőmérséklete miatt  gyakoriak
a használt gépkocsik körében a tönkrement turbo
feltöltők (többnyire felhasználói hiba és nem
feltétlenül konstrukciós hiba miatt)!
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Egy TURBO feltöltő hosszmetszete
Egy BMW turbo
feltöltőjének metszete.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
TURBO Dízel
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Turbo feltöltők, válassz egyet…
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Belsőégésű motorok teljesítménye
• A belső égésű motorok teljesítményének számítása az
indikátordiagramból leolvasható indikált munka alapján
történhet:
Pi  Wi  n  i,
• Wi - indikált munka,
• n - a motor fordulatszáma,
• i - működésszám, négyütemű motornál két
körülfordulásra esik egyetlen munkalöket, egy
fordulatra egy fél, így a működésszám:
A kétüteműnél:
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Az indikált munka
Wi  p i  Vh  p i  s  A d ,
• pi - indikált középnyomás,
• Vh - hengertérfogat,
• s - lökethossz,
• A - a dugattyú dolgozó felülete.
d
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Az indikált középnyomás
• Az indikált középnyomást úgy határozzák
meg, hogy a munkaterületet elosztják a
hengertérfogattal.
• Ezzel azt feltételezik, mintha a változó nyomás
helyett ez hatna egyenletesen a hengerben, és
a végzett munka ugyanaz lenne, mint változó
nyomás esetén.
• Behelyettesítés után:
Pi  p i  s  A d  n  i.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Effektív motorteljesítmény
• A főtengelyen levehető effektív
motorteljesítmény:
Peff  m  Pi
• Ha többhengeres motorról van szó, akkor az
egy hengerre számított teljesítményt meg kell
szorozni a hengerek z számával.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Belsőégésű motorok egyéb
csoportosításai
• A munkaütemek száma szerint:
– Kétütemű
– Négyütemű
• A munkatér kialakítása szerint:
– Osztott
– Osztatlan
• A friss töltet bejuttatása szerint:
– Szívó (hagyományos)
– Feltöltött:
• mechanikus, turbo, dinamikus, vegyes, idegen
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Belsőégésű motorok egyéb
csoportosításai
• A gyújtás jellege szerint:
– Belső gyújtású:
• kompresszió gyújtású
• izzófejes
– Külső (szikra) gyújtású (külső energiaforrással)
• A befecskendezés módja szerint:
– Közvetlen befecskendezés (osztatlan égéstér)
– Közvetett befecskendezés (mellék munkatér)
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Belsőégésű motorok egyéb
csoportosításai
• Keverékképzés módja (1):
– Külső (munkatéren kívül  előkamrás)
– Belső (munkatérben)
• Keverékképzés módja (2):
– Porlasztásos
• szívó (karburátor)
• nyomó (szivattyú)
– Párologtató
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Belsőégésű motorok egyéb
csoportosításai
• A tüzelőanyag fajtája szerint:
– Benzin
– Dízelolaj
– Gáz:
• CNG
• LPG
Az Otto-motor könnyen
átalakítható gázüzeművé.
– Egyéb (pl. alkohol)
– Hibrid:
• átváltható
• kettős tüzelőanyagú
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Belsőégésű motorok egyéb
csoportosításai
• A töltetcsere vezérlése szerint:
– Oldalt vezérelt, felül szelepelt (OHV)
– Oldalt vezérelt, oldalt szelepelt (SV)
– Felül vezérelt, felül szelepelt (OHC, DOHC, CIH)
– Résvezérlés
• szimmetrikus
• aszimmetrikus
– Vegyes (szelepvezérelt + résvezérelt)
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Belsőégésű motorok egyéb
csoportosításai
• A hengerek állása szerint:
– Álló
– Fekvő
– Függő
– Döntött
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Belsőégésű motorok
Dízelmozdonyok 4000
lóerős MTU belsőégésű
dízelmotorja
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Belsőégésű motorok
109 ezer lóerős WärtsiläSulzer RTA96-C óceánjáró
dízel motorja.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Belsőégésű motorok
Belső detonáció miatt kukába való
motorok:
Leszakadt szeleptányérok.
A leszakadt szeleptányér átütötte a
dugattyútetőt.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Forgódugattyús
Belsőégésű motorok
(A Wankel-motor)
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Forgódugattyús belsőégésű motorok –
a Wankel-motor
• A belső égésű motorok fejlődésének már első
szakaszában felmerült az a gondolat, hogy a
volumetrikus működést kedvező volna forgó
mozgással megvalósítani.
• Ennek alkalmazhatóságát a forgó mozgású
volumetrikus víz- és légszivattyúk, valamint a
kompresszorok sokféle kivitele bizonyítja.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Forgódugattyús belsőégésű motorok –
a Wankel-motor
• A szivattyúnál és a kompresszoroknál bevált működési elvet
és szerkezeti elveket azonban a belső égésű motorokban
nem lehet minden további nélkül alkalmazni.
• Ezeknél ugyanis a munkatér tömítése egyrészt fontos
követelmény, másrészt – a nagy nyomások és
hőmérsékletek, ezek változásából származó
terjeszkedéskülönbségek folytán – igen nehéz feladat.
• A sok változat közül egyetlen működési és szerkezeti elv
bizonyult eddig életképesnek; ennek első eredményeit tíz
éves (1926-1936) alapos tömítéstechnikai kutatás után
sikerült elérni.
• Ezt a kutatást újabb húszéves fejlesztési munka követte, míg
az első piacképes példányok megjelenhettek.
• Az eredmények Felix Wankel német mérnök munkáját
dicsérik, aki 1957-ben jelent meg működőképes motorjával
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Forgódugattyús belsőégésű motorok –
a Wankel-motor
• A Wankel-motor munkatere trochoid keresztmetszetű
tér, amelyben a forgó dugattyú mozog.
• A forgó dugattyút pedig nagy (belső fogazatú) kerék
köré épített háromélű, domború oldalú hasáb képezi
(lásd: a köv. diákon).
• Ezek az egyes munkaterek elválasztó-, egyúttal az egész
munkafolyamat vezérlőélei.
• A főtengelyek forgása közben ugyanis a forgó dugattyú
és a ház közötti három tér térfogata változik; ez a
változás hozza létre a négyütemű működés egyes
ütemeit, amelyeknek sorrendjét a következő dia
szemlélteti.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A Wankel-motor működési elve
•Sz- a szívás;
•Ko- a kompresszió;
•Ex- az expanzió;
•Ki- a kipufogás;
•O- a forgattyú
A gyártás és karbantartás igényességéből
származó problémák megoldása szabja meg a
Wankel-motor elterjedésének mértékét és
határait.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A Wankel motor szerkezeti felépítése
és működési elve
Excenteres megoldás.
Szívás
Komprimálás
Kipufogás
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Gyújtás
(Expanzió)
Forgattyús belsőégésű motorok
főbb üzemtani jellemzői
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A belsőégésű motorok főbb üzemtani
jellemzői
A főbb üzemeltetési jellemzők:
• töltési fok,
• tüzelési fok,
• hatásfok,
• kenőanyag-fogyasztás,
• hűtővíz-fogyasztás,
• jelleggörbék
• tüzelőanyagféleségek.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A töltési fok
• A motor egy munkaciklusa alatt végzett munkája (és így
teljesítménye) nagymértékben függ a hengerbe adagolt
éghető gázelegy mennyiségétől.
• A gyors járású motor hengerébe a nagyobb áramlási
veszteségek miatt kisebb nyomású, a hűtés
tökéletlensége miatt pedig nagyobb hőmérsékletű
elegy jut, mint a lassú járású gépbe.
• Mindkét oknál fogva kisebb lesz a  töltési fok, amely
a hengerbe jutó friss töltetnek (gázelegy, illetve
levegő) viszonya ahhoz az m f töltetmennyiséghez,
amely a V  A  s lökettérfogatot a beömlés előtti p o , To
külső állapotban töltené ki:
h
d
  mf / mo
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A töltési fok
• Tökéletesen átöblített négyütemű motorban a
töltési fok csak a közeg  sűrűségének
változásától, azaz a szívási p nyomáseséstől és
 T melegedéstől függ.
To
m f Vh   t p t To p o  p






m o Vh   o p o Tf
po
To  T
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A töltési fok
• A töltési fok, szokásos értékei:
– négyütemű, lassú járású szívómotoré:   0,80...0,93;
– négyütemű, gyors járású szívómotoré:   0,65...0,83;
– feltöltött motoré:   1,5...2.
• A  töltési fok az Otto-motor teljesítményének
üzem közbeni változtatásakor mennyiségi
szabályozással is csökkenthető.
• A szívócsatornába iktatott fojtószelep zárásával a
beszívott keverék nyomása csökken, ezzel a
töltési fok arányában kevesebb elegy jut a
hengerbe, ha a gép kisebb terheléssel jár.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Tüzelőanyag-fogyasztás
• A hőerőgép üzemeltetésinek költségeinek legnagyobb része
a tüzelőanyag-költség.
• Elsősorban a tüzelőanyag-fogyasztás adhat szabatos
összehasonlítási alapot, ha azt a motor egységnyi hasznos
munkájára vonatkoztatják. Ez a motor fajlagos fogyasztása
(lásd 2.2 fejezetet).
• A fajlagos tüzelőanyag-fogyasztás gyakorlati egysége a kJ /kW  h .
illetve m3 /kW  h .
• A fajlagos tüzelőanyag-fogyasztás helyett a motor fajlagos
hőfogyasztásával is jellemezhető, amikor a tüzelőanyagfogyasztást a fűtőérték segítségével hőfogyasztásra
számítják át.
• A hőfogyasztás egysége: kJ /kW  h .
• A fajlagos fogyasztások elsősorban a motor rendszerétől és
felépítésétől függenek.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A motor hatásfoka
• Ez a teljesített munkának és a tüzelőanyagban
rendelkezésre állott és elfogyasztott hőnek a
hányadosa.
• Természetesen mindkét mennyiséget
időegységre is vonatkoztathatják, ekkor a
hatásfok és a hőáram viszonya.
• Ha a motor teljesítménye P az elfogyasztott
tüzelőanyag q m , a tüzelőanyag fűtőértéke H
akkor a hatásfok:

P
.
qm  H
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Kenőanyag-fogyasztás
• A kenőolaj-fogyasztást a szolgáltatott
egységnyi munkára vonatkoztatják.
• Ez a fajlagos kenőolaj-fogyasztás a motor
minőségétől és állapotától függ:
átlagosan 7g /kW  h   val lehet számolni.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Hűtővíz fogyasztás
• A vízhűtésű motor vízszükséglete azon az
alapon ítélhető meg, hogy a hűtővíznek
átadott hő 3,5...4MJ /kW  h .
• Ha 10...20 K vízmelegedéssel számolnak, a
vízszükséglet: 40...10kg /kW  h .
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A motorok jelleggörbéi
• A belső égésű motorokat meghatározott
fordulatszámra tervezik: ez a névleges
fordulatszám.
• A motorok azonban többnyire változó
fordulatszámot igénylő gépet hajtanak;
• a fordulatszámmal pedig az M nyomaték, a P
teljesítmény és a b tüzelőanyag-fogyasztás is
változik.
• Ezeknek értékét a fordulatszám függvényében a
motor jelleggörbéi szemléltetik (lásd: köv. dia).
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A négyütemű Otto-motor jelleggörbéi
•M- nyomaték;
•P- teljesítmény;
•b- fajlagos
tüzelőanyagfogyasztás
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Négyütemű Otto-motor jelleggörbéi
Lényegesen jobb gyorsulása van az 1.2-es benzinesnek az 1.6-os vetélytársával szemben
Hiába a nagyobb hengerűrtartalom és az azonos teljesítmény, ha a kisebb motor nyomatéki
jelleggörbéje előnyösebb motorkarakterisztikát mutat, ami elsősorban a turbonak köszönhető.
Tüzelőanyagok
• Cseppfolyós tüzelőanyagok (leggyakrabban
használtak):
– Ottó-motorhoz (benzin, benzol, könnyű
szénpárlatok, alkohol),
– dízelmotorokhoz (dízelolaj, repceolaj).
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A porlasztó (karburátor)
• Az Otto-motoroknál a cseppfolyós tüzelőanyagok,
illetve ezek keverékei többnyire porlasztott állapotban
és lehetőleg előgőzölögtetett alakban – az elégetéshez
szükséges levegővel összekeverve – a szívólöket alatt
jutnak be a motor hengerébe.
• Ezt a műveletet a porlasztó (karburátor) végzi, amely a
szívócsatornába – a fojtószelep előtt – erős légáramban
porlasztja szét a cseppfolyós tüzelőanyagot.
• Az újonnan kifejlesztett benzinbefecskendező eljárásnál
a befecskendezés történhet a kompressziólöket alatt is.
• A porlasztó elvi elrendezését a következő dia
szemlélteti.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A porlasztó (karburátor) vázlata
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
A porlasztó (karburátor)
• A dugattyú a levegőt középen szűkített csövön
keresztül szívja a hengerbe.
• A Venturi-cső alakú légvezeték legszűkebb
szelvényében elhelyezett fúvókában a cseppfolyós
tüzelőanyagot úszóval vezérelt szelep tartja
állandó szintmagasságon.
• A finom cseppekre porlasztott folyadékot a
légáram magával ragadja és részben „köd”
alakjában, részben pedig elpárologtatott
állapotban viszi a motor hengerébe.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Szilárd tüzelőanyagok elgázosítása
• A szilárd tüzelőanyagok csak elgázosított állapotban
vezethetők be a motor hengerébe és hasznosíthatók a
belső égésű motorok hajtására.
• Elgázosító szerkezet a gázgenerátor, amelyben a levegő izzó
tüzelőanyag- rétegen áthaladva előbb égéskor szén-dioxidot
(CO2-t) termel, majd ez a rétegen továbbhaladva szénmonoxiddá (CO-vá) redukálódik.
• Az elgázosítás hatásfoka javítható azáltal, hogy az izzó
rétegre nem csupán levegőt, hanem vízgőzt is vezetnek.
• Ennek oxigénje a tüzelőanyag szenével szén-monoxiddá
(CO-vá) egyesül, hidrogénje pedig a keletkező gázt dúsítja.
• A gázgenerátor használata ma már alárendelt jelentőségű.
Debreceni Egyetem Műszaki Kar
Köszönöm figyelmüket!
Viszont látásra!
Debreceni Egyetem Műszaki Kar

similar documents