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 benzin levegő 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 balról jobbra 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 Otto motorok

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 elve

A kétütemű motorok lényegében egy munkahengerből és egy kompresszorból állnak. Kétütemű Otto-motoroknál kompresszor szerepét a forgattyúház tölti be. A kétütemű motor egy teljes főtengelyfordulat (360°) alatt végez el egy teljes munkaciklust.

Debreceni Egyetem Műszaki Kar

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

Gyújtás oldal (lendkerék helye) Gyertyapipa Gyertya Tömítés Csapszeg Seeger gyűrű Tűgörgő Hengerfej Főtengely Henger tőcsavar Bordázott léghűtéses henger

Egy kétütemű benzinmotor robbantott rajza.

Dugattyú (kompresszió-) gyűrű Dugattyú Távtartó Szimering (rugós tömítés) Kuplung oldal

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 h  V o V o 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 kompresszió viszony 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

Feltöltés, kipufogás

elve

Sűrítés, elősűrítés Terjeszkedés, elősűrítés Roots-fúvó Debreceni Egyetem Műszaki Kar

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 Debreceni Egyetem Műszaki Kar Szivattyús, előkamrás

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 dízelbefecskendezés vezérlő 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).

Mercedes OM 601

Előkamrás keverékképzés (osztott égéstér)

• • • • • • • • • • A befecskendezés közvetlenül a kamrába történik; Utólagos porlasztás jelensége fellép; Lágyabb járás; A/V viszonya kedvezőtlen; Izzító gyertyát kell alkalmazni; Befecskendezési nyitónyomás: p ny =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 Henger Keverékképző előkamra 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 Égéstér Keverékképző örvénykamra Izzító gyertya Henger Debreceni Egyetem Műszaki Kar Dugattyú

• • • • • • • • •

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: p ny =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: p ny =130-150 bar; Hatásfoka rosszabb az elő- és örvénykamrásénál; A kamrában az égés kisebb része zajlik le mint az elő- és örvény kamrásnál; 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 (p ny =215 240 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

Technikai paraméter

Kompresszióviszony Befecskendezési nyitónyomás

Jele



Osztatlan égéstér: Hesselmann-égéstér

•

Értéke

14-16 • • 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.

p ny 200-400 bar Debreceni Egyetem Műszaki Kar

Dugattyú

Hesselmann-égéstér

Befecskendező fúvóka Izzító gyertya Szelep 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.

Feltőltős motor ≠ Turbótöltő Debreceni Egyetem Műszaki Kar

A Dízelmotor és a turbófeltöltő kapcsolata

Debreceni Egyetem Műszaki Kar • D- dízelmotor; • T- turbina; • K- töltőkompresszor; • 1- szívás, • 2- kipufogás

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 Debreceni Egyetem Műszaki Kar Kék rész = Kompresszor csigaháza

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: P i  W i  n  i , W n i - indikált munka, - 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

W i  p i  V h  p i  s  A d , • • • • p i V h - indikált középnyomás, - hengertérfogat, s - lökethossz, A d - a dugattyú dolgozó felülete.

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: P i  p i  s  A d Debreceni Egyetem Műszaki Kar  n  i .

Effektív motorteljesítmény

• A főtengelyen levehető effektív

motorteljesítmény:

P eff   m  P i • 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

Debreceni Egyetem Műszaki Kar Dízelmozdonyok 4000 lóerős MTU belsőégésű dízelmotorja

Belsőégésű motorok

109 ezer lóerős Wärtsilä Sulzer 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 a hengerbe jutó friss töltetnek (gázelegy, illetve levegő) viszonya ahhoz az m  töltési fok, amely töltetmennyiséghez, amely a V h  A d  s külső állapotban töltené ki: f lökettérfogatot a beömlés előtti p o , T o   m f / m o Debreceni Egyetem Műszaki Kar

A töltési fok

• Tökéletesen átöblített négyütemű motorban a töltési fok csak a közeg  sűrűségének változásától, azaz a szívási nyomáseséstől és  T melegedéstől függ.

  m f m o  V h V h     o t  p p o t  T T f o  p o p   p o  T o T o   T Debreceni Egyetem Műszaki Kar

A töltési fok

• • • A töltési fok, szokásos értékei: – négyütemű, lassú járású szívómotoré: – – négyütemű, gyors járású szívómotoré: feltöltött motoré:   1 , 5 ...

2 .

    0 , 80 ...

0 , 93 ; 0 , 65 ...

0 , 83 ; 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). illetve m 3 /  kW  h .

 kJ /  kW  h .

 A fajlagos tüzelőanyag-fogyasztás helyett a motor fajlagos hőfogyasztásával is jellemezhető, amikor a tüzelőanyag fogyasztást 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:   q m P  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 7 g /  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 ...

4 MJ /  kW  h  .

Ha 10...20

K vízmelegedéssel számolnak, a vízszükséglet: 40 ...

10 kg /  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 tüzelőanyag fogyasztás 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 (CO 2 -t) termel, majd ez a rétegen továbbhaladva szén monoxiddá (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