A járművekben alkalmazott belsőégésű dugattyús motorok...

1

JKL rendszerek

A járművekben alkalmazott

belsőégésű dugattyús

motorok szerkezeti felépítése,

munkafolyamatai, üzemi

jellemzői

2016. 09. 20.

Nyerges Ádám

J ép. 024

[email protected]

2

2

2016. 09. 20.

Belsőégésű motorok

Belsőégésű motorok története röviden

1859 Első kétütemű gázmotor megépítése (Jean-Joseph Étienne Lenoir)

1876 Első négyütemű szikragyújtású motor megépítése (Nikolaus August Otto)

1893 Karburátor szabadalma (Wilhelm Maybach és Csonka János)

1897 Magas hatásfokú négyütemű kompresszió-gyújtású motor (Rudolf Diesel)

1905 Turbófeltöltés szabadalma (Alfred Büchi)

1957 Első forgódugattyús motor (Felix Wankel)

Manapság: elektronikusan szabályozott feltöltött belsőégésű motorok, egyre

gyakrabban hibrid hajtásrendszerekbe ágyazva. A bolygónkon futó

gépjárművek 99%-a még mindig belsőégésű motorral hajtott. A hosszútávú

jövőjüket az alternatív tüzelőanyagok jelenthetik.

3

3

2016. 09. 20.


Általános csoportosítás

A munkaciklus alatt megtett főtengely fordulatok alapján megkülönböztetünk:

• kétütemű,

• négyütemű motorokat.

A munkaciklus alatt végbemenő körfolyamat alapján megkülönböztetünk:

• Otto (pl. benzin-, földgáz, LPG motorok)

• dízelmotorokat (pl. gázolajjal vagy repceolajjal működő motorok).

A hengerelrendezés szempontjából megkülönböztetünk:

• soros,

• boxer,

• V hengerelredezésű,

• csillag, stb. motorokat.

A felépítésük szinte kizárólag a forgattyús hajtóművön alapul, azonban számtalan

alternatív konstrukció létezik, mint pl. a forgódugattyús Wankel motor.

4

4

2016. 09. 20.


Forgattyús hajtómű felépítése

Dugattyú: feladata az égéstér határolása és a

gázerő továbbítása a főtengely felé. A tömítést a

dugattyúgyűrűk biztosítják. Részei a dugattyútető,

és a dugattyúszoknya.

Csapszeg: a dugattyút a hajtórúddal

összekapcsoló alkatrész.

Hajtórúd: a csapszeget és a főtengelyt köti össze,

csak rúdirányú erő átadására képes. Részei a

hajtórúd kisszem, és a hajtórúd nagyfej és a

hajtórúd csapágyfedél.

Főtengely: a hajtórúdon keresztül az alternáló

mozgást forgó mozgássá alakítja. Részei a

forgattyúcsap, a forgattyúkar, a főcsap, és az

ellensúlyok.

5

5

2016. 09. 20.


A négyütemű Otto motor munkafolyamata

6

6

2016. 09. 20.


Belsőégésű alternáló dugattyús motorok működése

7

7

2016. 09. 20.


Hengergeometria jellemzők

Jellemző méretek:

• Furatátmérő (D)

• Lökethossz (s), ami a forgattyúsugár (r) kétszerese

• Hajtórúdhossz (l)

Löket/furat arány: megkülönböztetünk rövidlöketű, négyzetes és hosszúlöketű

motorokat

Hajtórúdarány: a forgattyúsugár és a hajtórúdhossz hányadosa

Henger lökettérfogata: az alsó és a felső holtpont között megtett út által

definiált (henger alakú) térfogat

Motor lökettérfogata: n számú henger esetén a henger lökettérfogatának z-

szerese

Kompresszióviszony: az alsó felső holtpont által meghatározott hengertérfogat

hányadosa (Vc: égéstér térfogat)

8

8

2016. 09. 20.


Négyütemű motorok égésterében végbemenő körfolyamat

Otto körfolyamat termikus hatásfoka:

(κ = 1,4 a levegő adiabatikus kitevője)

Minél nagyobb a kompresszióviszony, annál

jobb a motor hatásfoka!

W1: pozitív munkaterület

W2: negatív munkaterület – töltetcsere

munka

Egyenértékű téglalap alakú

munkaterület oldalhosszai:

• VH hengertérfogat

• pi indikált középnyomás

9

9

2016. 09. 20.


Belsőégésű motorok teljesítménye és tüzelőanyag fogyasztása

Belsőégésű motor teljesítménye:

• i: ütemszám

• pe: effektív középnyomás (Pa)

• z: hengerszám

• n: fordulatszám (1/s)

• Pe: effektív teljesítmény (W)

Belsőégésű motor tüzelőanyag fogyasztása:

• Bt : időegységre eső tüzelőanyag fogyasztás (g/s)

• b: fajlagos tüzelőanyag fogyasztás (g/kWh) – teljesítménnyel fajlagosítva

• H: tüzelőanyag égéshője (J/kg)

• P: motorteljesítmény (W)

• W: hengernyomás által végzett munka (J)

• Qbe: tüzelőanyag égése során felszabaduló hőmennyiség (J)

• η: belsőégésű motor hatásfoka

Ez a hatásfok tartalmazza a

valós körfolyamat és a súrlódás

veszteségeit is!

Az effektív és az indikált középnyomás két külön fogalom. Az effektív

középnyomás figyelembe veszi a motor súrlódási veszteségeit is, ezért

mindig alacsonyabb az indikált középnyomásnál. Az effektív

középnyomást a főtengelyen mérhető tengelyteljesítményből

származtatjuk.

(Az indikált középnyomást pedig a hengerben végbemenő körfolyamatból

származtattuk).

10

10

2016. 09. 20.


Belsőégésű motorok teljesítménye és tüzelőanyag fogyasztása

A motor hatásfoka nagy változást mutat a

jellegmezőn:

• a súrlódási veszteségek a fordulatszámmal és a

terheléssel arányosan változnak

• az elméleti hengertöltetnél általában kevesebb

közeg jut be a hengerbe

11

11

2016. 09. 20.


Tüzelőanyagok, égésfolyamat, légviszony

Belsőégésű motorok tüzelőanyagai általában szénhidrogének pl.: benzin, gázolaj,

metanol/etanol, propán-bután gáz, földgáz, hidrogén, repceolaj, biogáz, stb.

Tökéletes égésfolyamat sztöchiometrikus keverési arány esetén:

szénhidrogén + levegő => szén-dioxid + víz + levegő nem éghető része

A valóságban nincs tökéletes égésfolyamat!

Valós égésfolyamat:

szénhidrogén + levegő => szén-dioxid + víz + levegő nem éghető része +

károsanyagok

Légviszony definíciója:

• KL0: elméleti levegőarány

• ml: hengerbe jutó levegő tömege

• mt: hengerbe jutó tüzelőanyag tömege

• α vagy λ: légviszony

Ha α<1 akkor dús, ha α>1 akkor szegény, ha pedig α=1 akkor sztöchiometrikus keverési

arányról beszélünk.

12

12

2016. 09. 20.


Belsőégésű (Otto) motor felépítése, keresztmetszet

+ gyújtógyertya

hengerenként a két

szelep között!

+olajszűrő a

metszet előtt!

13

13

2016. 09. 20.


Belsőégésű (Otto) motor felépítése, hosszmetszet

+ hűtőfolyadék

keringető szivattyú

(ezen a motoron a

vezérműszíj hajtja)

14

14

2016. 09. 20.


Belsőégésű motorok folyamatai és szerkezeti elemei

A belsőégésű motorban végbemenő fő folyamatok:

• égésfolyamat

• keverékképzés

• töltetcsere

Kiegészítő szerkezeti elemek:

• vezérmű és hajtása

• gyújtórendszer (csak Otto motoroknál)

• kenőrendszer

• hűtőrendszer

• indítómotor

Egyéb alkatrészek a motoron:

• generátor

• szervókormány szivattyúja

• klímakompresszor

• vákuumszivattyú (dízelmotorokon)

• hűtőventillátor (régen)

15

15

2016. 09. 20.


Belsőégésű motorok égésfolyamata

Benzinmotorok:

• a hagyományos benzinmotorok keveréket szívnak a hengerbe

• az égésfolyamatot az elektromos szikra indítja be

• a benzin öngyulladása (túl nagy hengernyomás vagy hőmérséklet esetén)

káros a motor üzemére – kopogó égés

• a benzin kompressziótűrését az oktánszámmal jellemezzük

Dízelmotorok:

• a dízelmotorok midig csak levegőt szívnak be a hengerbe

• a tüzelőanyag a befecskendezést követően szinte azonnal öngyullad a nagy

hengernyomás és hőmérséklet hatására

• a gázolaj öngyulladási hajlamát a cetánszámmal jellemezzük

• mivel a keverékképzés és az égésfolyamat szinte egyszerre történik, ezért a

dízel égésfolyamat emissziója nagyobb

16

16

Benzinmotorok:

• hagyományos keverékképzés: karburátor

• korszerű keverékképzés: elektronikusan szabályozott befecskendező-

rendszer

o szívócső-befecskendezés (központi vagy hengerenkénti)

o közvetlen befecskendezés (a hengerbe)

Dízelmotorok:

• osztott égésterű dízelmotorok

• közvetlen befecskendezés

2016. 09. 20.


Belsőégésű motorok keverékképzése

17

17

A töltetcsere folyamatot elsősorban a szívó- és kipufogószelepek nyitásának és

zárásának az időzítése határozza meg (vezérműbütykök geometriája határozza

meg).

Alapvetően megkülönböztetünk:

• szívómotorokat (akusztikus feltöltés)

• feltöltött motorokat (turbófeltöltő, mechanikus feltöltő, comprex feltöltő)

Benzinmotorok:

• szívómotorok egészen a közelmúltig

• ma már szinte csak turbófeltöltéssel – a cél a fogyasztáscsökkentés

(„turbókorszak” a ‘70-80-as években – a cél a teljesítménynövelés volt)

Dízelmotorok:

• régen szívómotorok

• a ‘80-as évek végétől turbófeltöltéses motorok – nagy mértékű

fogyasztáscsökkentés érhető el feltöltéssel

2016. 09. 20.


Belsőégésű motorok töltetcsere folyamata

18

18

2016. 09. 20.


Turbófeltöltésű motor működése

Cél: teljesítménynövelés

Lehetőségek:

• ütemszám csökkentés

• hengerszám növelés

• lökettérfogat növelés

• fordulatszám növelés

• effektív középnyomás növelés

Feltöltéssel megnöveljük a

hengerbe jutó közeg sűrűségét,

azaz nagyobb mennyiségű töltetet

tudunk a hengerbe juttatni

=> Nagyobb effektív középnyomás!

Turbófeltöltés esetén a kipufogógáznak a

„hulladék” hőjét hasznosítjuk, ezért javul

a motor hatásfoka is.

19

19

Köszönöm a figyelmet!

2016. 09. 20.

A járművekben alkalmazott belsőégésű dugattyús motorok...

Documents

Transcript of A járművekben alkalmazott belsőégésű dugattyús motorok...