A jelleggörbék

A belsőégésű járműmotorok üzemeltetésekor változik a fordulatszám, a teljesítmény és a nyomaték, továbbá a motor fajlagos fogyasztása. A jelleggörbék ezek kapcsolatát ábrázolják.

Jegyzetünkben csak az időben állandósult üzemállapotokkal foglalkozunk.

3.4.1. A teljes terhelés jelleggörbéi

Teljes terhelésnek nevezzük azt az üzemmódot, amikor a benzinmotor fojtószelepe teljesen nyitott helyzetben van, illetve a dízelmotor az adott fordulatszámhoz tartozó legnagyobb tüze-lőanyag-adagot kapja (padlógáz). Egy gépkocsi motorja teljes terheléssel és nagy fordulat-számmal üzemel, ha a jármű a maximális sebességgel halad. Teljes a motor terhelése és kicsi a fordulatszáma a hirtelen gyorsításkor. A teljes terhelés jelleggörbéi a fordulatszám (n) függ-vényében ábrázolják a következő effektív mennyiségeket:

 teljesítmény (Peff),

 forgatónyomaték (Meff),

 középnyomás (peff),

 fajlagos fogyasztás (beff).

A tökéletes motort a következő feltételek jellemzik:

 mentes a súrlódási és tömítetlenségi veszteségektől,

 a tüzelőanyag-levegő keverék aránya független a fordulatszámtól, a tényleges levegő-arány megegyezik az elméletivel: K = K0 (λ = 1),

 az égés és a töltetcsere tökéletes, nem marad elégetlen tüzelőanyag a hengerben.

A teljes terhelésű tökéletes motor (3.4.1. ábra) működési ciklusonként a fordulatszámtól füg-getlenül hengerenként azonos tömegű levegőt szív be: m_dlev = állandó. Az m_dtüz tüzelőanyag-adag az egy működési ciklus alatt egy hengerbe juttatott tüzelőanyag tömege. A teljes terhelé-sű tökéletes motor tüzelőanyag-adagja nem függ a fordulatszámtól, mert

dtüz

A működési ciklus ideje a motor fordulatszámával (n) és ütemszámával (i):

n t i

cikl 2 .

A z hengerszámú motor időegységre eső tüzelőanyag-fogyasztása:

n

pk = állandó, ezért a teljesítmény arányos a fordulatszámmal:

A forgatónyomaték állandó, mert:

A fajlagos fogyasztás is állandó, mert:

h

A valóságos motor (3.4.2. ábra) nem képes üzembiztosan, egyenletesen működni egy bi-zonyos nmin fordulatszám alatt, mert a lendítőkerékben tárolt forgási energia elégtelen az egymás után következő kipufogási, szívás és sűrítési munka fedezésére, és a keverékképzés feltételei is rosszak. Ezért a valóságos jelleggörbék nem az n = 0 fordulatszámtól kezdődnek.

A szelepösszenyitás miatt kis fordulatszámon a henger töltése tökéletlen (a szelepvezérlést nem kis fordulatszámra optimalizálják), így a középnyomás még kicsi. A fordulatszám növe-kedésével a hengerek töltése egy darabig javul, de nagy fordulatszámon romlik, mert nő a szívócsőben és a szelepnyílásokban az áramlási veszteség, ezért a szívóütem végén csökken a nyomás, romlik a töltési fok, és a kipufogás is tökéletlen, egyre több füstgáz marad a hen-gerben. A szelepvezérlést a legnagyobb nyomatékhoz tartozó nMmax fordulatszám környékére optimalizálják, itt a legnagyobb a töltési fok, ekkor a legnagyobb az effektív középnyomás és az effektív nyomaték. (A nyomaték minden fordulatszámon arányos a középnyomással.)

Az effektív teljesítmény kis fordulatszámon jó közelítéssel arányos a fordulatszámmal, de nagyobb fordulatszámon a súrlódási és áramlási veszteség a fordulatszám 2. és 3. hatványával arányosan nő, így a tényleges teljesítmény nem lesz arányos a fordulatszámmal, a lineáris növekedéshez képest kevésbé nő. A teljesítmény az nPmax fordulatszámon éri el a legnagyobb értéket, ezután a töltési és súrlódási veszteségek már olyan nagyok, hogy hiába növeljük a fordulatszámot, a teljesítmény csökken.

A fajlagos fogyasztás az nmin fordulatszám közelében a keverékképzés tökéletlensége mi-att kedvezőtlen, nagy fordulatszámon pedig a súrlódási veszteségek mimi-att. Legkisebb a fajlagos fogyasztás kicsivel az n_Mmax fordulatszám fölött.

3. A MOTORMŰKÖDÉS JELLEMZŐI 65

3.4.2. A részterhelés jelleggörbéi

A részterheléses jelleggörbék a különböző fojtószelep-állásoknál, illetve részleges tüzelő-anyag-adagolásnál mutatják be a teljesítmény, nyomaték és fajlagos fogyasztás fordulatszám-függését. Részterheléskor a benzinmotor fojtószelepe nincs teljesen nyitva. Egy gépkocsi mo-torja részterheléssel üzemel, ha a jármű a maximálisnál kisebb állandó sebességgel halad.

A karburátoros motorban a fojtószelep áramlási vesztesége a fordulatszám növelésével nő, ezért részlegesen nyitott fojtószelep-állásnál a kisebb fordulatszám felé tolódik el a henger-töltés maximuma, azaz a legnagyobb nyomaték és teljesítmény. A fajlagos fogyasztás részter-heléskor nő a nagyobb fojtás és az egyéb veszteségek megnövekedett aránya miatt, beff mini-muma a kisebb fordulatszám felé tolódik el. (Egy 100 kW maximális teljesítményű motor 1...2 kW teljesítményt rosszabb hatásfokkal ad le, mint 70...80 kW-ot.) Az effektív fajlagos fogyasztás az üresjárati fordulatszámon végtelen nagy, mert a motor nem képes hasznos telje-sítményt leadni, az elfogyasztott tüzelőanyag energiája csak a motor saját forgásban tartásá-hoz elég (3.4.3. ábra).

3.4.3. ábra. A benzinmotor jelleggörbéi

1: teljes terhelés 2, 3: részterhelés

3.4.4. ábra. A dízelmotor jelleggörbéi

1: teljes terhelés 2, 3: részterhelés

A befecskendezéses benzinmotor és a dízelmotor töltési minősége pontosabban szabályoz-ható, ezért teljes- és részterheléskor a nyomaték kevésbé függ a fordulatszámtól, mint a karbu-rátoros motoré, a teljesítmény pedig jó közelítéssel arányos a fordulatszámmal. Ezeknek a motoroknak a jelleggörbéi jobban hasonlítanak a tökéletes motor jelleggörbéihez, mint a karburátorosokéi (3.4.4. ábra).

3.4.3. A nyomatéki rugalmasság

A nyomatéki rugalmasság a legnagyobb nyomatéknak és a névleges teljesítménynél (ez benzinmotoroknál a legnagyobb teljesítmény) mért nyomatéknak a hányadosa:

max max P

M M

e  M .

A járműmotorok nyomatéki rugalmassága 1,15...1,6.

A rugalmas üzemi fordulatszám-tartomány a maximális nyomaték és a maximális telje-sítmény fordulatszáma közé esik (3.4.5. ábra). A változtatható szelepvezérléssel eltolható a maximális forgatónyomaték helye és értéke, így növelhető a nyomatéki rugalmasság.

A közúti járműhajtás nyomatékigénye közelítőleg a jármű sebességének négyzetével ará-nyos. Adott, rögzített áttételnél a jármű sebessége és a motor fordulatszáma arányos, tehát a jármű nyomatékigénye a motor fordulatszámának négyzetével arányos. A rugalmas üzemi fordulatszám-tartományban a jármű sebessége stabil, mert ha kissé csökken a jármű sebessé-ge, akkor csökken a fordulatszám és nő a motor nyomatéka, és ez visszagyorsítja a járművet az eredeti sebességre. Ha valamilyen ok miatt a jármű kissé fölgyorsul, nő a fordulatszám, csökken a motor nyomatéka, és a jármű visszalassul az eredeti sebességre.

3.4.5. ábra. A rugalmas üzemi fordulatszám-tartomány

3. A MOTORMŰKÖDÉS JELLEMZŐI 67

3.4.4. A kagylódiagram (jellegmező)

A belsőégésű motor fajlagos fogyasztása függ a fordulatszámtól és az effektív középnyomás-tól. Ezt a b_eff b_eff



n,p_eff



kétváltozós függvényt kagylódiagramnak nevezzük, mert ha ösz-szekötjük az azonos fajlagos fogyasztást jelölő pontokat, kagylószerű rajzolatot kapunk (3.4.6. ábra). A diagramon bejelölt füsthatár azt a terhelést jelöli, amelyen túl már tökéletlen az égés, és megnő a fogyasztás és a károsanyag-kibocsátás.

3.4.6. ábra. A kagylódiagram [21], 45. o.

FELADATOK

1. Egy tökéletes motor teljesítménye 20 kW, forgatónyomatéka 100 N·m.

a) Mekkora a fordulatszáma? [31,83 1/s ≈ 1910 1/perc]

b) Mekkora a teljesítménye 1200 1/perc fordulatszámon? [12,57 kW]

2. Egy négyütemű négyhengeres tökéletes motor fordulatszáma 3000 1/perc, teljesítménye 50 kW, fajlagos fogyasztása 200 g/(kW·óra). Egy henger lökettérfogata 500 cm³.

a) Mekkora a hengerben a középnyomás? [1 MPa]

b) Mekkora a motor forgatónyomatéka? [159,1 N·m]

c) Mekkora az óránkénti tüzelőanyag-fogyasztás? [10 kg/óra]

d) Mekkora a hengerenkénti tüzelőanyag-adag? [0,0278 g]

3. Fékpadon végzett mérések szerint egy benzinmotor 30 kW effektív teljesítményt ad le, miközben a fajlagos fogyasztása 300 g/(kW·óra), légviszonya 0,9. Ha a légviszonyt 1,1-re növeljük (elszegényítjük a keveréket), a 30 kW effektív teljesítményt 270 g/(kW·óra) fajlagos fogyasztás mellett adja le a motor. Hány százalék benzint takarítunk meg, ha szegény keverékkel üzemeltetjük a motort? [10%]

4. Bizonyítsa be, hogy a közúti járműhajtás nyomatékigénye közelítőleg a jármű

sebességé-levegőben: _légell ² _{hk e} 2

1 v A c

F   , továbbá tételezze fel, hogy a jármű gördülési ellenállása sokkal kisebb, mint a légellenállása.

5. A 3.4.6. ábrán egy dízelmotor kagylódiagramja látható.

a) Az ábra alapján becsülje meg, hogy a 115 kW-os effektív teljesítményt mekkora legki-sebb fajlagos fogyasztásnál adja le a motor. [185 g/(kW·óra)]

b) Mekkora fordulatszám tartozik ehhez az üzemmódhoz? [1550 1/perc]

c) Mekkora effektív középnyomás tartozik ehhez az üzemmódhoz? [650 kPa]

In document Belsőégésű motorok (Pldal 63-68)