Belsoegesű motorok általános

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