belsoegesű motorok általános
DESCRIPTION
Belső égésü motorokról általábanTRANSCRIPT
1
A belsıégéső motor olyan hıerıgép amely az alkalmazott hajtóanyag kémiai energiáját alakítja át hıenergiává, majd azt szerkezeti elemei segítségével mechanikai munkáváalakítja
• Égési feltételek:– Hajtóanyag– Oxigén– Gyulladási hımérséklet– Keverék el ıkészítés, keverékképzés– Komprimálás
Hıerıgépek
Külsı égéső Belsı égéső
2
• Egyéb a mőködési elvtıl függı eltérések:– A hajtóanyag porlasztása– A hajtóanyag keverék összetételének szabályozása– Az égés megindítása– A henger öblítése– Kenés, hőtés
Munkafolyamat
Fı munkafolyamat Kiegészítı folyamat
A munkafolyamat részei:A friss közeg beáramlás a a munkatérbe (Szív)Sőrítés (kompresszió)Égés, terjeszkedésA közeg kiáramlása a munkatérbıl (kipufogás, kitolás)
3
A motorok osztályozása• A mőködési elv szerint:
– Négyütemő (i=4)– Kétütemő (i=2)
• A friss töltet bejuttatásának módja szerint– Szívó– Feltöltött (0,16 MPa nyomásig, e fölött túltöltött motor)
• Turbó
• Mechaniukus• Akusztikus
• Kombinált
• Külsı töltéső
• A töltet összetétele szerint: levegıtöltéső, ill. keveréktöltéső
• A gyújtás jellege szerint: kompresszió-gyújtású, külsı gyújtású
• A keverékképzés módja szerint: belsı ill. külsı keverékképzés
4
• A felhasznált hajtóanyag szerint: benzin, dízel, gáz, egyéb,
• A töltetcsere vezérlése szerint:– Szelepes motor– Résvezérléső motor– Vegyes vezérléső motor
• A hengerek állása szerint
Hengerfej
Forgattyúsház
5
• A hengerek száma és elrendezése szerint
6
Alapfogalmak
Felsı holtpont (Fhp): A dugattyú periodikus alternáló mozgása során elért hengerfej felıli szélsı helyzete
Alsó holtpont (Ahp): A dugattyú forgattyúsház felöli szélsıhelyzete
Löket: A dugattyú Ahp és Fhp közötti útjaLökettérfogat: Ahp és Fhp közötti térfogat (Vh)Sőrítési térfogat (kopmresszió térfogat V c): A dugattyú felsı
holtponti helyzetében a dugattyúfenék és a hengerfej által határolt térfogat
7
• A dugattyú alsó és felsı holtpontja közötti térfogatot, amelyet a dugattyú egy lökete alatt bejár lökettérfogatnak nevezzük
• Sőrítési térfogat: a dugattyú felsı holtponti helyzete feletti tér. Meghatározása méréssel történik, mert a szabálytalan alak miatt számítással nem lehetséges.
• Hengertérfogat: A lökettérfogat és a sőrítési térfogat összege
• Kompresszió viszony : A motor mőködése során a dugattyú a hengerben lévı gázt összenyomja a sőrítési térfogatra. A sőrítés mértékét jelzı számot kompresszió viszonynak nevezzük. Megmutatja hogy a hengerteret kitöltıgázt hányad részére nyomja össze a dugattyú.
[ ] [ ]
23 :
4: ; :
h h
DV s m ahol V lökettérfogat
D furatátmárı m s löket m
π⋅ = ⋅
H h cV V V= +
h c
c
V V
Vε +=
Értéke: Otto motornál 6-10
Dízel motornál 14-22
8
Négyütemő Otto-motor indikátor diagramja:
9
• A nyomással mőködı gép általános teljesítménye
• A dugattyúra ható erı
• Az s munkalöket hasznos munkája
• Az i ütemtényezıvel jelzett motor teljesítménye
• A motor lökettérfogata
A belsıégéső motor teljesítménye
P p Q= ⋅
[ ]2
4
DF p N
π⋅= ⋅
[ ]2
4
DW s p J
π⋅= ⋅ ⋅
[ ]2 2
4
D nP s p W
i
π⋅ ⋅= ⋅ ⋅ ⋅
2
4h
DV s
π⋅= ⋅
10
• Z hengerszámú motor lökettérfogata
• A beszívott közeg térfogatárama a motor adataival és i ütemtényezıvel
• A motor teljesítménye
H hV V z= ⋅
2HQ V n
i= ⋅ ⋅
[ ]2 2
4
D nP s z p W
i
π⋅ ⋅= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
11
A motorok jellemzı hatásfokai• Termikus hatásfok: a körfolyamatból nyerhetı munka és a
bevezetett hımennyiség hányadosa
• Jósági fok: Az indikátordiagramból meghatározott belsı indikált munkának és az elméleti munkának a hányadosa. Értéke 0.8-0.92
• Indikált hatásfok: az indikált munka és a bevezetett hı hányadosa.
• Mechanikai hatásfok: A motor fıtengelyén fékezéssel megállapított munka, ill. teljesítmény, és az indikálással megállapított munka ill. teljesítmény hányadosa
t
W
Qη =
0
ij
W
Wη =
1
i i ii
t i t i
i t j
W W P
Q B H t B Hη
η η η
= = =⋅ ⋅ ⋅
= ⋅
e em
i i
W P
W Pη = =
12
• Gazdasági hatásfok: Amennyiben a fıtengelyen levehetımunkát ill. teljesítményt a bevezetett hıenergiával vetjük össze , mérıszámként a gazdasági hatásfokot kapjuk
• Órás fogyasztás: Idıegység alatti (óránként) hajtóanyag-fogyasztást jelenti: Bt [kg/h]
• Fajlagos fogyasztás: Egységnyi munkavégzés eléréséhez szükséges hajtóanyag fogyasztás
1
:
:
e eg t
t i
i
W PB Orás hajtóanyag fogyasztás
Q B H
H Ahajtóanyag főtıértéke
η = =⋅
tt
e
B gb
P kWh =
13
Az Ottó motor mőködési módjaAz Ottó motor elnevezés egy
győjtıfogalom: nem határozza meg egyértelmően a keverékképzést, az alkalmazott hajtóanyagot stb.
• Küls ı gyújtású (szikra)• Ottó körfolyamatot valósít meg
Mőködési elv szerint: -kétütemő- négyütemő
Hajtóanyag szempontjából:– Folyadék: benzin, alkohol, stb. – Gáznemő: PB gáz, földgáz, stb.
Keverékképzés módja szerint:– Karburátoros– Befecskendezéses (szívócsıbe,
torokba, hengerbe)
A dugattyú mozgása szerint: alternáló. Ill. forgódugattyús
14
1. Szívás a dugattyú a felsı holtpontból az alsó holtpont felé halad. A hengertérbe a nyitott szívószelepen keresztül benzin levegı keverék áramlik be.
2. Sőrités kor mindkét szelep zárva. A dugattyú Ahp-ból Fhp-felé halad ezáltal összesőríti a hengertérben a benzin levegıkeveréket. Eközben emelkedik a keverék nyomása és hımérséklete. (Kompresszióviszony, üzemállapot, mőszaki állapot)
3. Terjeszkedés A dugattyú Fhp-ból az Ahpfelé mozog. A szelepek továbbra is zárva vannak. A szikra által meggyújtott hajtóanyag égése már a Fhp elıtt megkezdıdik. A nagy nyomás a dugattyúra hat és maga elıtt tolja az Ahp felé. Ez a munkavégzés üteme.
4. Kiufogás Ahp elıtt nyit a kipufogó szelep. Az égéstermék egy része a nyomáskülönb-ség hatására ezen keresztül a szabadba távozik, majd az Ahp-ból a Fhp-felé tartódugattyú a maradékot kitolja a szabadba.
1 2 3 4
15
A négyütemő Ottó motor mőködése
16
17
Kétütemő Ottó motor mőködéseSzerkezeti kialakítása olyan hogy a négy ütem közül kettı-kettı egyidıben
játszódjék le. Ez csak úgy lehetséges ha segéd tereket (forgattyús ház) vagy segéd berendezéseket (kompresszor) veszünk igénybe
• Két munkateret különböztetünk meg: – Dugattyú feletti tér– Dugattyú alatti tér
• A keverék beszívását és a henger feltöltését a forgattyúsház végzi. A sőrítés és a töltetcsere a hengertérben valósul meg
• Nincs külön vezérlırendszere, a töltetcserét a dugattyú vezérli a hengerfalon kialakított rések nyitásával ill. zárásával
• A motor két munkaterében egyidıben más-más jellegő munkaszakasz
1. Szívó csatorna2. Kipufogó
csatorna3. Átömlı csatorna4. Égéstér5. Forgattyús ház
18
Kétütemő Ottó mőködése
1. A dugattyú Ahp-ból a Fhp felé mozog, felsı széle zárja az átömlı, majd a kipufogó csatronát. Összesőríti a hengerben lévıkeveréket. Eközben a dugattyú alsó széle nyitja a szívórést, a szívórésen keresztül a forgattyús házban keletkezı vákuum hatására benzin levegı keverék áramlik be.
2. A gyújtással kezdıdik, ami a felsı holtpont elıtt következik be elektromos szikra hatására. Az égés hatására kialakuló nagy nyomás a dugattyút Fhp-ból az Ahp-felé mozgatja. A terjeszkedıgázok munkát végeznek (munkaütem). A dugattyú az Ahp feléhaladva elıször nyitja a kipufogó csatornát (kipufogás). Majd nem sokkal késıbb nyitja az átömlı csatornát. Ennek következtében megtörténik a friss töltet beáramlása a hengertérbe. (Töltetcsere)
19
Membrán vezérléső kétütemő motor
Membrán
20
A négyütemő dízelmotor mőködése
• Lényegi különbség az Ottó és a dízel motorok között:– A dízel motor csak „tiszta” levegıt szív be– A hajtóanyag és a levegı keveredése a hengertérben történik meg
(belsı keverékképzés).– Az éghetı keverék elégése öngyulladással kezdıdik.– Az öngyulladás eléréséhez a hajtóanyag levegı keverék gyulladási
hımérsékleténél magasabb hımérséklet kell lenni a hengertérben.– Kompresszió viszony magasabb mint az Ottó motornál, ε= 14 – 22– A hajtóanyagnak alacsony gyulladáspontúnak kell lenni. (cetánszám)
• Hasonlóság:– Fıbb szerkezeti elemeik hasonlóak– A valóságos körfolyamataik hasonlóak
21
1. A dugattyú a Fhp-ról az Ahp felé mozog. A hengerben térfogat-növekedés jön létre ami nyomáscsökkenéssel jár és ennek hatására a nyitott szívószelepen keresztül levegı áramlik a hengertérbe.
2. Sőrítés ütemében a dugattyú Ahp-ból a Fhp felé halad. A szívószelep zár. A dugattyú mozgása során összesőríti a a beszívott levegıt, aminek következtében annak nyomása és hımérséklete jelentısen megemelkedik.
3. A felsı holtpont elıtt a magas hımérséklető levegıben megtörténik a hajtóanyag (gázolaj) befecskendezése. A gyulladási késedelem letelte után a hajtóanyag folyamatosan elég amelynek következtében a megnı a hengertér nyomása. A nagy nyomású égéstermék a dugattyút az Ahp felé mozgatja. A szívó és kipufogó szelepek zártak
4. Az Ahp elıtt nyit a kipufogó szelep. Az ekkor még nagy nyomású égéstermék egy része a nyomáskülönbség hatására a környezetbe távozik. A maradék gázok eltávolítását a dugattyú végzi miközben Ahp-ból Fhp felé mozog (kitolás)
22
A négyütemő dízelmotor mőködése
23
Kétütemő dízelmotor mőködése• A munkaciklus egy fıtengelyfordulat alatt
zajlik le.• A töltetcsere vegyes-vezérlési rendszerben
valósul meg.• A friss töltet az alsó holtpont közelében
kialakított réseken kerül be a hengertérbe. A réseket a dugattyú felsı széle nyitja ill. zárja. A friss töltet bejuttatását a fıtengelyrıl hajtott Roots fúvó végzi
• Az égéstermékek a kipufogó-szelepen távoznak (ez a motorfajta csak kipufogószelepekkel rendelkezik)
• A sőrítés és a munkaütem hasonló mint a négyütemő dízelnél.
• A munkaütem végén még az Ahp helyezet elıtt nyit a kipufogó-szelep. Majd ezt követıen nyit a szívó rés és a beáramlófriss levegıtöltet átöblíti a hengert
24
25
A belsıégéső motorok szerkezete• A belsıégéső motor lényegében négy
egységbıl és járulékos berendezésekbıl áll:
– Motorház (motorblokk), áll a hengerfej-fedélbıl, a hengerfejbıl, a hengertömbbıl, a forgattyús házból és az olajteknıbıl.
– Forgattyús hajtómő: a dugattyúkból a dugattyúcsapszegekbıl, a hajtórudakból, a forgattyús tengelybıl (fıtengely), és annak csapágyazásaiból áll.
– Motorvezérlés: a töltetcsere elvégzéséhez szükséges alkatrészekbıl épül fel. Pl.: Szelepemelı himbák, szelep, szeleprugó, szelepemelı tengely, vezérmőtengelybıl, vezérmő, vezérmőlánc, vagy szíjból áll.
– Keverékképzı rendszer: a hajtóanyag égéshez történı elıkészítését, és hengertérbe juttatását végzi
– Segédberendezések: gyujtórendszer, kenıolaj- ellátórendszer
26
Henger hengertömbA motornak azt a részét ahol a dugattyú
mozog hengernek nevezzük. Gyakorlatban több hengeres motorok használata terjedt el →hengertömb
A hengertömbben helyezkednek el a hengerperselyek amelyek a dugattyúk egyenesbe vezetését végzik ill. itt játszódik le a munkaütem
A hengertömb anyaga: öntöttvas, vagy alumínium ötvözet
Öntöttvas hengertömb esetében a hengerperselyek a tömb anyagából készíthetık, megfelelımegmunkálással jó siklási tulajdonságok érhetıek el.
Alumínium hengertömb esetében a hengertömbbe jó siklási tulajdonságúperselyeket kell sajtolnunk
27
A hengerperselyA belsıégéső motorok hengertömbjének
hosszabb élettartalmát, illetve a blokk könnyőfémbıl való készítését teszik lehetıvé.
Anyaga jó minıségő cenrifugálöntéssel készült finomszemcsés öntöttvas, amely jó siklási, és kopásállósági tulajdonságokkal rendelkezik. Megkülönböztetünk nedves és száraz perselyeket.
A nedves perselyeket a hőtıfolyadék közvetlenül körüláramolja, jó a hıátadás. A perselyek motorfelújításkor egyenként cserélhetıek. A forgattyúsház felé tömíteni kell a perselyeket.– Hátránya hogy nem annyira merev, elhúzódásra,
repedésre hajlamosSzáraz perselyek nem érintkeznek közvetlenül a
hőtıfolyadékkal. Felújítása felfúrással lehetséges. Akkor alkalmazzák ha a hengertömb anyagánál kopásállóbb anyagra van szükség.– Hátránya hogy a hıátadása nem olyan jó mint a
nedves persely esetében