1 / 97

ÁLTALÁNOS GÉPTAN

ÁLTALÁNOS GÉPTAN. Előadó: Dr. Fazekas Lajos. 11. Előadás Belsőégésű motorok. Forgattyús Belsőégésű motorok. Belsőégésű motorok. Ezek olyan volumetrikus működésű hőerőgépek, amelyekben a hőközlés a tüzelőanyagnak a henger belsejében való elégetésével megy végbe.

alton
Télécharger la présentation

ÁLTALÁNOS GÉPTAN

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. ÁLTALÁNOS GÉPTAN Előadó: Dr. Fazekas Lajos

  2. 11. ElőadásBelsőégésű motorok Debreceni Egyetem Műszaki Kar

  3. ForgattyúsBelsőégésű motorok Debreceni Egyetem Műszaki Kar

  4. Belsőégésű motorok • Ezek olyan volumetrikus működésű hőerőgépek, amelyekben a hőközlésa 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

  5. Belsőégésű motorok A köznyelv és egyes korai szakirodalmak a belsőégésű motorokat robbanómotorként is emlegetik TÉVESEN! A különbséget az alábbi képek demonstrálják: Robbanómotor Belsőégésű motor Debreceni Egyetem Műszaki Kar

  6. 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

  7. 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

  8. 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

  9. 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

  10. 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

  11. Otto-körfolyamat (4 ütem)(p-v diagramja) • 1-2 folyamat: adiabatikus kompresszió • 2-3 folyamat: • izochorhőközlés (égés) • 3-4 folyamat: adiabatikus expanzió • 4-1 folyamat: • izochor hőelvonás (kipufogás) Az Otto-motor mennyiségi szabályozású  befecskendezett üzemanyag mennyiséggel szabályoz!

  12. 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!

  13. 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

  14. Kétütemű Otto-motorok résvezérléséhez szükséges furatok Simson S51 hengere dugattyúval dugattyú nélkül Debreceni Egyetem Műszaki Kar

  15. 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

  16. 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

  17. Kétütemű benzinmotorok működési elve • A felfelé (a hengerfej irányába) mozgó dugattyú a zárt forgattyúsházbanvákuumot 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

  18. Kétütemű benzinmotorok működési elve A kétütemű motor egy teljes főtengelyfordulat (360°) alatt végez el egy teljes munkaciklust. A kétütemű motorok lényegében egy munkahengerből és egy kompresszorból állnak. Kétütemű Otto-motoroknál kompresszor szerepét a forgattyúház tölti be. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

  19. 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

  20. Gyertyapipa Hengerfej Henger tőcsavar Egy kétütemű benzinmotor robbantott rajza. Gyertya Bordázott léghűtéses henger Tömítés Dugattyú (kompresszió-) gyűrű Csapszeg Dugattyú Távtartó Seeger gyűrű Szimering (rugós tömítés) Tűgörgő Kuplung oldal Gyújtás oldal (lendkerék helye) Főtengely Debreceni Egyetem Műszaki Kar Főtengelycsapágy

  21. Dízelmotorok • A dízelmotorok (más néven kompresszió-gyújtású motorok) tiszta levegőt szívnak be és azt adiabatikusanolyan 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

  22. Kompresszió-viszony • A belső égésű motorok üzemének fontos jellemzője a kompresszió-viszony, ami a teljes hengertérfogat és a károstér (kompresszió tér) hányadosa: Debreceni Egyetem Műszaki Kar

  23. 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: • A Rudolf Diesel német mérnök által 1897-ben megépített dízelmotorok ezzel szemben éppen az öngyulladást használják fel. A kompresszió-viszony itt vagy még ennél is nagyobb. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

  24. 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

  25. 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!

  26. 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!

  27. Négyütemű Otto- és Dízelmotor Mazda6 Skyactiv 2.5i benzin motor Skyactiv 2.2 dízel motor Debreceni Egyetem Műszaki Kar

  28. 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

  29. A kétütemű dízelmotorok működési elve Feltöltés, kipufogás Sűrítés, elősűrítés Terjeszkedés, elősűrítés Roots-fúvó Debreceni Egyetem Műszaki Kar

  30. A négy- és a kétütemű dízelmotor indikátor diagramja Debreceni Egyetem Műszaki Kar

  31. 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 kompresszorosdízelmotort 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

  32. 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

  33. 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

  34. A Dízelmotor indikátor diagramjai Kompresszoros Szivattyús, előkamrás Debreceni Egyetem Műszaki Kar

  35. Mechanikus szabályozású dízel adagolószivattyú Elektromágneses leállítószelep Csúszólapátos(lamellás) tápszivattyú. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

  36. CRS (CommonRail System – Közös nyomócsöves) dízeladagoló rendszer Befecskendező fúvókák Nagynyomású szivattyú Közös nyomócső A motorvezérlő egység dízelbefecskendezés-vezérlő egysége (J248) CAN-busz kommunikáció. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

  37. 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

  38. Égésterek csoportosítása Debreceni Egyetem Műszaki Kar

  39. Előkamrás keverékképzés(osztott égéstér) OHV (Oldalt vezérelt, felül szelepelt vezérlési megoldás). • A befecskendezés közvetlenül a kamrába történik; • Utólagos porlasztás jelensége fellép; • Lágyabb járás; • A/V viszonya kedvezőtlen; • Izzító gyertyát kell alkalmazni; • Befecskendezési nyitónyomás: pny=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. Mercedes OM 601 Debreceni Egyetem Műszaki Kar

  40. Előkamrás keverékképzés(osztott égéstér) Vezérműtengely(bütykös tengely) Porlasztó Szeleprugó Izzító gyertya Szelep Keverékképző előkamra Henger Hűtővíz Dugattyú Debreceni Egyetem Műszaki Kar

  41. 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

  42. Örvénykamrás keverékképzés (osztott égéstér) Hengerfej Fúvóka Keverékképző örvénykamra Izzító gyertya Égéstér Henger Dugattyú Debreceni Egyetem Műszaki Kar

  43. 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: pny=140 bar; • Lágyabb járás. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

  44. 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:pny=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

  45. 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: • 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

  46. Izzító gyertyák Debreceni Egyetem Műszaki Kar

  47. 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 (pny=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

  48. 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

  49. Osztatlan égéstér:Hesselmann-égéstér • 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. Debreceni Egyetem Műszaki Kar

  50. Hesselmann-égéstér Befecskendező fúvóka Izzító gyertya Szelep Dugattyú Égéstér Debreceni Egyetem Műszaki Kar

More Related