A: kihajtás a kiegészítő berendezések meghajtására, B: centrifugál kompresszor, C:
3.6. Lapátokra ható igénybevételek
A korszerű véges elemes szilárdságtani szoftverek alkalmazásakor elengedetlenül fontos a megfelelő peremfeltételek ismerete. A fejezet célja, hogy áttekintést adjon a jármű-gázturbinákban alkalmazott, és a rendeltetésszerű üzemeltetés során a legösszetettebb igény-bevételnek kitett turbinalapátokra ható igénybevételekről.
3.6.1. A centrifugális erő hatására
a. Húzófeszültség (Fc-ből, húzó) a legjelentősebb.
b. Hajlító feszültség (hajl), mert a metszetek súlypontjai nem egy sugáron helyezkednek el.
Ez lehet rossz is, de jó is, mert ezzel lehet kompenzálni a gázerők hajlító nyomatékát (lásd 3.6.1. ábra).
3.6.1. ábra – A lapátok profiljainak súlypontjai nem egy sugáron helyezkednek el
3.6.2. ábra – A lapátelcsavarodásból adódó csavaró igénybevétel
vissza akar csavarodni (lásd 3.6.2. ábra).
3.6.2. Gázerők hatására
d. A hajlító feszültség
hajl
a gázerők hajlító igénybevétele miatt alakul ki.e. Csavaró feszültség ( ) : mivel a gázerők eredője és a csavarási középpont általában nem esik egybe (lásd 3.6.3. ábra).
3.6.3. ábra – A csavaró feszültség kialakulása a gázerők eredőjének és a csavarási kö-zéppont által meghatározott erőkar miatt
3.6.3. Rezgések hatása (főként fárasztó igénybevétel)
f. hajl, mert rezeg, hajlik a lapát. Veszélyes, nehezen számítható, fontos a kísérlet.
g. Csavaró feszültség ( ), mert a tömegerők eredője nem esik egybe a csavarási középpont-tal (lásd 3.6.4. ábra).
3.6.4. ábra – Rezgések következtében kialakuló csavaró feszültség
3.6.4. Hőigénybevétel
h. A magas statikus (állandó) hőmérsékletek miatt csökken a megengedett feszültség (meg ). Speciálisan méretezett lapátok (adott időre, nyúlásra, ezek ismertek).
i. Hőfeszültség az egyenlőtlen felmelegedés miatt. Gátolt nyúlás.
i. Indulás után, a felmelegedés üzemállapotában, nagy ciklusú igénybevé-tel. Igen nagy feszültségek, de lassú ciklusban változnak (lásd 3.6.5.
ábra).
ii. Folyamatos üzemnél, hűtött lapátoknál. A helyzet az előbbivel lénye-gében azonos, a lapátban hűtőfúvókák vannak, ezért a lapát belül hideg, kívül meleg. Ez állandó hőfeszültséget ébreszt. Van optimum. A túlzott hűtés sem előnyös. A lapát hosszában is van igen jelentős hőmérséklet-változás, de ott nincs gátolt nyúlás, nem ébred jelentős hőfeszültség.
3.6.5. ábra – Hőmérséklet- és feszültség-eloszlás turbinalapátban [20]
Mértékadó feszültség lapátokban:
1. centrifugális erőből húzófeszültség, 2. gázerőből hajlítófeszültség.
A térfogatkiszorítás elvén működő gépeknél a munkatér (vagyis ahol az energiaváltozás lezaj-lik) egy folyamatosan változó (váltakozva csökkenő és növekvő) térfogatú zárt tér. A közeg ebbe a térbe a térfogatváltozást is okozó elem mozgása következtében szelepeken keresztül jut be. A volumetrikus gépek között természetesen megtalálunk munka- és erőgépeket, lég-nemű és cseppfolyós közeggel dolgozó gépeket is. A munkagépek jellemzően szivattyúk vagy kompresszorok a szállított közeg halmazállapota szerint, az erőgépek pedig munkahen-gerek és (hidro- vagy belsőégésű) motorok. A munkagépek tovább bonthatók, a mozgást vég-ző elem szerint lehetnek alternáló mozgást végvég-ző elemmel rendelkevég-ző gépek és forgó mozgást végző elemmel rendelkező gépek. Alternáló mozgást végző elemmel rendelkeznek a dugaty-tyús és a membránnal szerelt gépek. A forgó elemmel rendelkező gépek között a közeg át-áramlási iránya szerint megkülönböztetünk kerületi vagy axiális átáramlású gépeket, amelye-ken belül a forgó elemek száma szerint további alcsoportok képezhetők.
Az alternáló és forgó alkatrésszel rendelkező gépek még számos szempont szerint tovább csoportosíthatók (pl. dugattyú típusa, mozgása, hengerek száma, elrendezése, működés jelle-ge, a gép meghajtó mechanizmusa, forgó alkatrészeknél koncentrikus vagy excentrikus elhe-lyezés, forgó elemek száma, stb.). A jelentősebb áramlástechnikai gépekkel foglalkozó szak-könyvek (ld. a felhasznált irodalmat) mindre számos példát mutatnak. Mi ezek közül csak a nagyobb járműipari jelentőségű gépekkel foglalkozunk, úgymint: a dugattyús, lamellás, és csavar szivattyúkkal és kompresszorokkal, a spirálkompresszorral, a dugattyús motorokkal és a hidrosztatikus hajtóművekkel.
A Járművek hő- és áramlástechnikai berendezései I. tantárgyon belül csak a dugattyús moto-rok szerepelnek, a többi említett gépet a II. részben mutatjuk be.
4.1. Dugattyús motorok 4.1.1. Bevezetés
A térfogatkiszorítás elvén működő belső égésű hőerőgépek közül a járművekben leginkább elterjedtebbek a dugattyús motorok. Különféle kialakításban megvalósított változataik szinte egyeduralkodók a közúti közlekedés minden ágában, illetve jelentős szerephez jutnak a kö-töttpályás valamint vízi alkalmazásokban, és a kisrepülőgépek esetében is.
A dugattyús motorok megalkotását az ipari forradalom egyik alapvető hőerőgépének, a gőz-gépnek a korlátai sarkallták. Ahogy a XIX. század közepe táján egyre szélesebb körű igény merült fel a kisebb üzemek részéről is a megfelelő erőforrás tekintetében, úgy vált szükséges-sé újfajta megoldás gyanánt a belső égésű motorok fejlesztése. A kor technológiai színvonalá-nak és a műszaki-tudományos ismeretek hiányában több évtizeden keresztül zajlott az egyes konstrukciók fejlesztése, melyek többnyire csak áthidaló megoldást jelentettek a gőzgép és a modern dugattyús motorok között.
A dugattyús motorok közül elsőként a gőzgép alapvetően alternáló mozgását alapul vevő bel-sőégésű hőerőgépek születtek a XIX. század vége felé. Ezek megalkotása Nicolaus August Otto és Rudolf Diesel nevéhez kötődik, akik a szikra- illetve kompressziógyújtásos körfolya-matokat gyakorlatban is kivitelezték.
4.1.1. ábra – Alternáló- (balra) és forgódugattyús motor (jobbra), forrás:
www.repulomuzeum.hu (Hajnal Sándor fényképe)
Az ilyen motorokat a magyar terminológia egyszerűen dugattyús motornak nevezi. A XX.
század közepén jött létre egy új konstrukció, mely feltalálójáról a Wankel-motor elnevezést viseli. A működési elvre utaló meghatározás – a dugattyú bolygó mozgása ellenére – a forgó-dugattyús motor. Az alternáló és forgó forgó-dugattyús konstrukciókat mutatja a 4.1.1. ábra.
4.1.2. Dugattyús motorok elvi felépítése
A műszaki gyakorlatban legelterjedtebb mozgásforma a forgó mozgás, amelyet létre kell hoz-ni pl. egy jármű mozgatásához, gondoljunk akár egy szárazföldi mozgást lehetővé tevő kerék-re, akár a propulziós hajtást megvalósító hajó- illetve légcsavarra. Ennek következtében tehát gépeinknek végezetül forgó mozgást kell szolgáltatnia.
A dugattyús motor elvi felépítését mutatja a 4.1.2. ábra. Látható rajta, hogy a dugattyú alter-náló mozgását forgattyús mechanizmussal alakítjuk át a fő- (vagy forgattyús-) tengely forgó mozgásává. A hengerben a dugattyú nem egyenletes, hanem gyorsuló és lassuló mozgást vé-gez két határhelyzet, az alsó holtpont (AHP) és felső holtpont (FHP) között. A dugattyút a hajtókar köti össze a forgattyús tengellyel, melynek szerepe a mozgás- és energia átadás.
D ugattyú
H enger
Forgattyús tengely Forgattyúház
H ajtókar
Felső holtpont (FH P)
Alsó holtpont (AH P) Löket
4.1.2. ábra – Dugattyús motor (alternáló) elvi felépítése
Beneda Károly, Simongáti Győző, Veress Árpád, BME www.tankonyvtar.hu
A forgódugattyús motor esetében a dugattyú egy három homlokfelülettel rendelkező test, mely egy speciális házban bolygó mozgást végez egy excentrikusan kialakított tengely körül.
Ebben az esetben nem beszélhetünk holtpontról, mivel a forgó mozgás következtében a du-gattyú nem áll meg. Mivel itt a dudu-gattyú eleve forog, így ez a motortípus kedvezőbb abból a szempontból, hogy nem kell közbeiktatott alternáló mozgást létrehozni. Az elvi felépítést a 4.1.3. ábra mutatja.
4.1.3. ábra – Forgódugattyús motor elvi felépítése
Hátránya viszont a kedvezőtlen tömíthetőség, amely az 1950-es évekig leküzdhetetlennek bizonyult. Azóta sem sikerült széleskörűen elterjednie, ami magyarázható azzal, hogy az al-ternáló mozgáson alapuló dugattyús motorok fejlettségi szintje olyan magas, amivel egy ilyen újfajta, és ennek következtében nem annyira kidolgozott technológia még nem képes teljes mértékben felvenni a versenyt.
4.1.3. Négyütemű működési mód
Működési mód alatt azt a folyamatot értjük, amely alapján a motorban a tüzelőanyaggal bevitt hőenergia mechanikai munkává alakul át. Alapvetően két változatot, a négyütemű és a két-ütemű működési módot különböztetjük meg. Az ütem tulajdonképpen a motor tekintetében egyet jelent a lökettel, vagyis egy teljes munkaciklus négy illetve két löket alatt megy végbe az említett működési módoknál.
Négyütemű működési mód esetében négy löketet, azaz két forgattyús tengely körülfordulást jelent. A motorban lejátszódó folyamatokat mutatja a 4.1.4. ábra, melyen nem csak az elvi működés, hanem a valóságos szelepmozgások is láthatóak. A forgattyús tengelyen szemlélte-tett körök, melyek bizonyos cikkei kitöltött nyilakkal kerültek ábrázolásra, az adott ütemhez tartozó forgattyús tengely szögelfordulást mutatja. Jól látható, hogy a valóságos működés so-rán az AHP-FHP közötti szakasztól el kell térni a töltetcsere, valamint az égésfolyamat véges időszükséglete miatt.
Dugattyúközéppont
Házközéppont
S zívás S ű rítés T erjeszked és K ip u fo g ás Felső holtpont
(FH P)
A lsó holtpont
(AH P) AH P
FH P FH P
AH P AH P
FH P
4.1.4. ábra – Négyütemű motor ütemei
1. ütem a szívás
Miközben a dugattyú a FHP-tól az AHP-ig mozog, a kipufogószelep zárva van, és a nyitott szívószelepen keresztül friss töltet áramlik a hengerbe. A beáramlást a hengerben az atmosz-férikus alatti nyomás (relatív vákuum) biztosítja.
2. ütem a sűrítés (kompresszió)
A szívási ütem végén bezár a szívószelep is, és a dugattyú megindulva az AHP-tól a FHP irá-nyába, a csökkenő térfogat révén sűríti a munkaközeget, mely szikragyújtásos motor esetében tüzelőanyag-levegő keverék, kompressziógyújtás esetén pedig levegő. A sűrítési ciklus végén megindul az égés, melyet vagy külső energia (elektromos szikra szikragyújtásos motornál) vagy pedig a már kellően magas hőmérsékletű sűrített levegőbe történő tüzelőanyag-befecskendezés következtében létrejövő öngyulladás (kompressziógyújtásos motornál) okoz.
Az égést a FHP előtt kell elkezdeni, mivel a valóságban a folyamat nem tud végtelenül rövid idő alatt lejátszódni.
3. ütem a munkaütem (expanzió, terjeszkedés)
A munkaütem során is zárva vannak a szelepek, az égés befejeződésekor a dugattyú már a FHP-tól az AHP felé mozog. Az égés hatására megnő a hengerben uralkodó nyomás és hő-mérséklet. A nagy nyomású munkaközeg a dugattyún munkát végez az expanzió során. Meg-jegyzendő, hogy a további három ütem során a dugattyúnak kell a gázon munkát végeznie, és egyedül a terjeszkedés során történik a gázból a dugattyúra történő energiaátadás.
4. ütem a kipufogás
A munkaütem végeztével nyílik a kipufogószelep, és az AHP-tól ismét a FHP irányába moz-gó dugattyú az égéstermékeket kitolja a környezetbe. Ahhoz, hogy a kiáramlás létrejöjjön, a hengerben az atmoszférikus feletti túlnyomásnak kell lennie.
4.1.4. Kétütemű működési mód
Ebben az esetben a munkaciklus csak két löketen keresztül tart, a forgattyús tengely egy kö-rülfordulása alatt. Természetesen nem marad ki egyik részfolyamat sem, csak a motor kialakí-tásából adódik, hogy egy löket (ütem) alatt megy végbe a töltetcsere és a kompresszió is, a második ütem pedig a munkaütem. A folyamatot a 4.1.5. ábra szemlélteti egy forgattyúház
I. ü tem F orga ttyú h á z - szívás H e n g e r - sű rítés
II. ü tem F orga ttyú h á z - e lő sű rítés H e n g e r - terjeszkedés
II - I. ü te m átm en ete Ö blítés (tö ltetcsere) K ip u fog órés
B eö m lőrés
4.1.5. ábra – Kétütemű motor ütemei
1. ütem az öblítés és kompresszió
A kétütemű motorok általában résvezérléssel készülnek szelepvezérlés helyett. Így a dugattyú feladatai közé tartozik a rések takarásával és szabaddá tételével a töltetcsere vezérlése.
A dugattyú az AHP közelében nyitja mind a szívó-, mind pedig a kipufogórést, ezáltal a hen-gerben tartózkodó égéstermék távozni tud, helyére pedig friss töltet áramlik, ezt nevezzük öblítésnek. Az átöblítés folyamatát a rések egymáshoz és az AHP-hoz való elhelyezkedése szabja meg. Ahogy a dugattyú elindul a felső holtpont felé, egészen a rések záródásáig tovább folytatódik az öblítés.
Fontos megjegyezni, hogy a kétütemű motor esetében a töltetcsere igényli valamilyen elősűrí-tés jelenlétét, hiszen enélkül az égéstermék nemcsak a kipufogó-, hanem a beömlő résen ke-resztül is távozna. Szükséges tehát egy kis túlnyomással bejuttatni a friss töltetet, annak érde-kében, hogy ez a pozitív nyomáskülönbség az elhasznált égésgázok megfelelő eltávolítását elő tudja idézni.
Amint a dugattyú zárja a réseket, véget ér a töltetcsere, és a zárt, állandóan csökkenő térfogat-ban sűríteni kezdi a munkaközeget.
A folyamat végigkövethető a 4.1.5. ábra egyes részletein.
2. ütem a munkaütem
A kompresszió hasonlóan a négyütemű motorhoz a FHP előtt fejeződik be, amikor megkez-dődik az égés. A dugattyú elindul az AHP irányába, miközben a gáz expandálva munkát vé-gez rajta. A dugattyú az AHP előtt eléri, és nyitja a kipufogórést, ekkor a nyomás hirtelen lecsökken a megkezdődő kiáramlás hatására. A jó átöblítés érdekében a dugattyú az AHP felé tovább mozogva nyitja a beömlő rést is, amelyen keresztül kis túlnyomással érkezik a friss munkaközeg, így biztosítva a hatásos töltetcserét.
4.1.5. Dugattyús motorok ideális körfolyamatai
A dugattyús motorok belső égésű hőerőgépek, melyekben tüzelőanyagot égetünk el, és a fel-szabaduló hőenergiából közvetlenül mechanikai munkát nyerünk.
www.tankonyvtar.hu Beneda Károly, Simongáti Győző, Veress Árpád, BME
Ideális esetben alapvetően háromfajta körfolyamattal lehet modellezni a dugattyús motorok különböző változataiban létrejövő állapotváltozásokat:
– Otto, – Diesel és – Seiliger.
A 4.1.6. ábra szemlélteti az egyes körfolyamatokat:
4.1.6. ábra – Ideális dugattyús motor körfolyamatok
Az ideális Otto körfolyamatot szokás a szikragyújtású (Otto-) motorok munkafolyamatának modellezésére használni. Ez a körfolyamat az 1-2 adiabatikus sűrítésből, 2-3 izochor hőbevitelből, 3-4 adiabatikus expanzióból és 4-1 izochor hőelvonásból áll.
Az elméleti Diesel körfolyamat az előzőekben leírttól annyiban tér el, hogy a hőbeviteli sza-kasz nem állandó térfogaton, hanem állandó nyomáson megy végbe, vagyis a 2-3 részfolya-mat izobárikusan zajlik le. Ez a valóságban csak úgy jöhet létre, hogy a hőfelszabadulás lassú a dugattyú mozgásához képest. A gyakorlatban a gyorsjárású (n > 1000 fordulat/perc) Diesel-motorok munkafolyamatát lehet így közelíteni.
Az izobár hőfelszabadulás gyakorlati problémái okán a gyorsjárású Diesel-motorok termodi-namikai működése a Seiliger (vagy más néven Sabathé) körfolyamat segítségével vizsgálható.
Ebben az esetben kombinált égésfolyamatról van szó, vagyis a hőbevitel a 2-2’ pontok között állandó térfogaton, majd pedig a 2’-3 pontok között állandó nyomáson megy végbe. A való-ságos motorok (akár Otto-, akár Diesel-motor) körfolyamata leginkább a Seiliger-körfolyamattal modellezhető.
4.1.6. Dugattyús motorok valóságos körfolyamatai Négyütemű motorok körfolyamatai
A valóságos motorokban lezajlódó termodinamikai folyamatok jelentős eltérést mutatnak az elméleti körfolyamatokhoz képest. Vizsgáljuk meg az Otto körfolyamat segítségével, hogy az egyes részfolyamatok esetében milyen jelenségek okozzák a különbségeket először egy négy-ütemű motornál. A 4.1.7. ábra együtt mutatja be az elméleti körfolyamatot és a valóságban
Otto Diesel Seiliger
4.1.7. ábra – Elméleti (fekete) és valóságos négyütemű körfolyamat (piros) p-V és T-s diagramban
A valóságban a töltetcsere kapcsán több eltérés is felmerül. A 4.1.7. ábra 1-el jelzett szakasza-in (szívás, illetve kipufogás) atmoszférikustól (az ábrán pk-val jelölt környezeti nyomástól) eltérő nyomást találunk. A szívás a dugattyú felett létrejövő csekély relatív vákuum következ-tében eredményezi a friss töltet hengerbe jutását, ez azonban a dugattyú mozgása ellen hat, itt energiát kell befektetni a motor működése érdekében. Hasonló hatással rendelkezik a kipufo-gás, bár itt ellentétes értelmű a nyomáskülönbség: az égéstermék hengerből történő kitolását túlnyomás fogja lehetővé tenni. Ezen nyomás következtében ismét a dugattyú mozgása ellen ható erőt kapunk. A töltetcsere során a szelepek mozgása végigkövethető a 4.1.4. ábrán.
A töltetcsere esetén nem szabad megfeledkezni arról sem, hogy teljes mértékben nem lehetsé-ges az előző munkaciklusból származó égéstermék eltávolítása a hengerből, aminek következ-tében a visszamaradó égésgázok a friss töltet mennyiségét csökkentik.
A 4.1.7. ábra 2. szakaszán, a sűrítés során a következők alapján indokolható az elméleti fo-lyamattól való eltérés. Az ideális kompressziót adiabatikusnak, azaz hőcsere nélküli állapot-változásnak feltételezzük. A valóságban azonban még nagy fordulatszám esetén is van némi hőátadás a fal és a munkaközeg között. Figyelembe véve, hogy a hengerfal hőmérséklete a beszívott munkaközegnél magasabb, de értelemszerűen a kompresszió véghőmérséklete alatt marad, a sűrítési folyamat első részén hőbevitel történik a munkaközegbe (fűtött kompresz-szió), addig a FHP felé közeledve az egyre magasabb hőmérsékletű töltet hőt ad le a fal felé, ezáltal ez a szakasz hűtött kompressziót eredményez.
A 3-assal jelölt égésfolyamat alapvetően különbözik az ideális esetben feltételezett állandó térfogaton történő hőbeviteltől. Ez részben annak köszönhető, hogy az égés nem tökéletes, döntően azonban az áll a jelenség hátterében, hogy az égés nem tud izochor körülmények kö-zött végbemenni, mert a véges időszükséglettel rendelkező égés során a dugattyú már elmoz-dul. Annak érdekében, hogy az így létrejövő nyomás- (és ennek következtében teljesítmény-) csökkenés minimalizálható legyen, szükséges a sűrítési folyamatot előbb megszakítani, mint-hogy a dugattyú elérné a felső holtponti helyzetét, és előgyújtást (szikragyújtású motornál) vagy előbefecskendezést (kompressziógyújtású motor esetében) kell alkalmazni.
Az utolsó folyamatnál, a munkaütem eltérését az elméletitől a hengerfal és a munkaközeg között fennálló hőmérséklet-különbség okozza, itt a fal felé távozó hőmennyiség hűtött
ex-panziót okoz, ezáltal csökkenti a körfolyamat hasznos munkáját, ahogy az a p-V diagram pi-ros görbék által határolt területén is látható.
Amint az a 4.1.4. ábrán is látható, a szelepek nyitása és zárása nem pontosan a FHP-ban törté-nik.
Kétütemű motorok körfolyamatai
Kétütemű motorok esetében is fellelhetőek hasonló, illetve az adott működésmódra jellemző sajátos eltérések az elméleti körfolyamathoz képest, ezeket szemlélteti a 4.1.8. ábra.
Alapvetően itt is érvényesek az előzőekben vázolt eltérések a kompressziót, égésfolyamatot, illetve expanziót illetően. Ami a kétütemű működésmód esetén a sajátosságot rejti, az a töltet-csere speciális megvalósításából fakad.
A kétütemű motoroknál a résvezérlés jelentős veszteségeket okoz, mert egyrészt meg kell szakítani az expanziót, hogy az AHP felé mozgó dugattyú felett még legyen kellő túlnyomás az égéstermék távozásához, másrészt pedig a beömlő rés is kis késleltetés után nyílik, melyen keresztül pö > pk öblítési nyomással áramlik be a friss munkaközeg, kitolva a maradék égés-termék nagy részét. Azonban a töltetcsere megvalósításához szükséges dugattyúút miatt (ahogy az az ábrán is jól megfigyelhető) jelentős munkaterületet veszítünk a körfolyamatból.
4.1.8. ábra – Kétütemű valóságos munkafolyamat (piros) összehasonlítása az elméleti körfolyamattal (fekete)
4.1.7. Dugattyús motorok veszteségei, hatásfokai
Az elméletileg adott tüzelőanyag-mennyiségből annak fűtőértékével megegyező mechanikai munka hozható létre a termodinamika I. főtétele alapján. Az égés során felszabaduló energia azonban nem csak hasznos teljesítmény előállítását végzi, hanem számos veszteséget is le kell küzdeni. A veszteségek két fő csoportba sorolhatóak az alapján, hogy a motor konstrukciójá-val lehetséges-e csökkentésük, avagy kiviteltől függetlenül jelentkeznek. Az utóbbiakat alap-vető veszteségeknek, az előbbieket motorikus veszteségeknek nevezzük.
Alapvető veszteségek
Mint az a hőtan tanulmányokból ismeretes, egy körfolyamat, amely reális körülmények között működik, eleve nem lesz képes a körfolyamatba bevitt hőmennyiséget teljes mértékben
mun-természetesen távozik a rendszerből, és a bevitt hőnek csak a fennmaradó része konvertálható hasznos teljesítménnyé. Így definiálható a termikus hatásfok, mely ideális Otto-, Diesel- és Seiliger-körfolyamatok esetén a következőképpen definiálható, illetve az egyes folyamatok sajátosságait figyelembe véve írható a 4.1.6. ábra jelölései alapján:
be
A termikus hatásfok mellett még két olyan veszteségfajta van, melyek mértéke nem változtat-ható a motor kialakításával. Ezek egyike abból fakad, hogy a hőmérsékletét függvényében a munkaközeg fajhője változik. Másrészt pedig a termodinamika II. főtételéből következik, hogy a T0 hőmérsékletű környezet nem képes a motor munkafolyamata alatt fellépő s entrópiaváltozással összefüggő T0∙s hőmennyiséget elvonni, mivel hő csak magasabb hő-mérsékletű helyről juthat alacsonyabb hőhő-mérsékletű helyre.
Motorikus veszteségek
Motorikus veszteségek közé tartoznak egyrészt a valóságos körfolyamatnál meghatározott belső motorikus veszteségek (tökéletlen és véges idő alatt lezajlódó égés, hőátadás a hengerfa-lon keresztül, töltetcsere-veszteségek), valamint a külső motorikus veszteségek, melyek az egymással érintkező alkatrészek közötti súrlódásból, a segédberendezések és az esetleges mechanikus feltöltő berendezés hajtására fordított teljesítményből adódnak.
A valóságos munkafolyamatok jellemzése az indikátordiagrammal valósítható meg, amely az egy munkaciklus alatt kialakuló nyomás-térfogat lefutás görbéjét adja meg (lásd 4.1.7. ábra és 4.1.8. ábra) és a belső motorikus veszteségekkel áll szoros kapcsolatban. Ez a diagram alkal-mas a körfolyamat által bezárt terület segítségével az indikált munka meghatározására. Ismer-ve a hengertérfogatot, melyet a bejutó munkaközeg és az ehhez beadagolható tüzelőanyag fog kitölteni, megkaphatjuk a tüzelőanyag elégetésekor elméletileg felszabadítható hőmennyisé-get. Ez lesz az a határ, amelyet különböző veszteségek miatt sosem tudunk elérni, és a motor által szolgáltatott hasznos munka ennél jóval kisebb lesz.
Az indikátordiagram bonyolult formája miatt célszerűnek mutatkozik egy közepes nyomásér-tékkel dolgozni, melynek definíciója a következő egyenletben található, és szemlélteti a 4.1.9.
ábra. Abban az esetben, ha szívó- és nem feltöltött motorról van szó, a töltetcsere területét (alsó, balra sraffozott terület a 4.1.9. ábrán) le kell vonni a körfolyamat területéből, hiszen ellenkező forgásiránnyal rendelkezik, ez is mutatja, hogy munkát igénylő folyamatról van szó.
N m Pa
m J V p W
l i
i 3 2 (4.5)
p
V pk
V2 Vh
pi
4.1.9. ábra: Az indikált középnyomás származtatása
Az indikált középnyomás, illetve munka tehát a valóságos munkafolyamat során a hengerben kialakuló (és megfelelő műszerrel, ún. indikátorral mérhető) átlagos (közepes) nyomás, és az általa végzett munka. Egy munkaciklus alatt a motor egy hengerében a számított Wi1indikált munka a pi indikált középnyomás és a henger Vh lökettérfogatából számítható:
N m J
m m N V p
Wi1 i h 3 2 (4.6)
Mivel a munkaciklusok száma másodpercenként a z hengerszámú motor esetében
i z n
2 ,
ahol n a forgattyús tengely fordulatszáma 1/s-ban, i az ütemszám (2 vagy 4), az indikált telje-sítmény képlet formájában:
W n V z p i
Pi 2 i h
(3.7) A Pi indikált teljesítmény alapján, ismerve a másodpercenként betáplált B tüzelőanyag meny-nyiségét, illetve annak F fűtőértékét, számítható a motor indikált hatásfoka:
F B
Pi
i
(4.8)
Mielőtt a továbbiakat részleteiben vizsgálnánk, ismerkedjünk meg a dugattyús motorok
Mielőtt a továbbiakat részleteiben vizsgálnánk, ismerkedjünk meg a dugattyús motorok