1 / 56

IDEALNI I STVARNI PROCES U MOTORIMA S UNUTARNJIM IZGARANJEM

IDEALNI I STVARNI PROCES U MOTORIMA S UNUTARNJIM IZGARANJEM. IDEALNI TERMODINAMIČKI PROCES MOTORA.

vern
Download Presentation

IDEALNI I STVARNI PROCES U MOTORIMA S UNUTARNJIM IZGARANJEM

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. IDEALNI I STVARNI PROCES U MOTORIMA S UNUTARNJIM IZGARANJEM

  2. IDEALNI TERMODINAMIČKI PROCES MOTORA Da se ne bi krivo shvatilo, idealni termodinamički proces motora nije ono čemu bi trebali težiti. Idealnim ga nazivamo samo zato što smo ga idealizirali, kako bi si olakšali matematički postupak za njegovu obradu. Kako ćemo kasnije vidjeti, on se razlikuje od stvarnoga procesa motora. Osnovne aproksimacije koje uvodimo za idealni proces motor su: • Proces motora je zatvoreni termodinamički proces, što pretpostavlja da se masa radnog medija ne mijenja (ni po količini ni po kemijskom sastavu). To je različito od stvarnoga motora u kojemu se vrši izgaranje (promjena kemijskog sastava) i izmjena radnog medija (promjena količine radnog medija pri ispuhu i usisu). • Izgaranje i izmjena radnoga medija zamjenjuju se dovodom topline izvana i odvodom topline iz procesa. • Tijekom procesa kompresije i ekspanzije nema izmjene topline s okolišem (stjenkama), tako da je kontrolni volumen izoliran od okoliša. Procesi kompresije i ekspanzije odvijaju se adijabatski. • Kako se ne mijenja kemijski sastav, eksponent adijabate je jednak za procese kompresije i ekspanzije.

  3. Idealni termodinamički procesi motora Qdov (1-x)Qdov x = 0 x = 1 p p p Qdov xQdov Qodv Qodv Qodv V V V Ottov proces Sabatheov proces Dieselov proces Seiligerov proces Trinklerov proces Dovod topline pri V = const Dovod topline pri V = const i p = const Dovod topline pri p = const

  4. Sabatheov proces Sabatheov proces udružuje u sebi karakteristike i Ottovog procesa i Dieselovog procesa. On je od sva tri procesa najbliži stvarnom procesu u motoru. (1-x)Qdov 3’ 3 3’ p T (1-x)Qdov 3 xQdov xQdov 4 2 Q 2 W Qodv 4 1 1 s V Qodv

  5. Sabatheov proces (1-x)Qdov Stupanj djelovanja procesa Stupanj djelovanja termodinamičkog procesa jednak je omjeru dobivenoga rada i dovedene topline: 3’ 3 p xQdov 2 W 4 Qodv 1 V

  6. Idealni termodinamički procesi motora Qdov (1-x)Qdov x = 0 x = 1 p p p Qdov xQdov Qodv Qodv Qodv V V V Ottov proces Sabatheov proces Dieselov proces

  7.  = 1.0 x = 1.0 x = 0 Termodinamički stupanj djelovanja Stupanj kompresije  R = 287 J/kg.K, cv = 736 J/kg.K,  = 1.4, Qdov = 3275 J, p1 = 100 kPa, V1 = 0.001 m3

  8.  = 1.5 x = 1.0 x = 0 Termodinamički stupanj djelovanja Stupanj kompresije  R = 287 J/kg.K, cv = 736 J/kg.K,  = 1.4, Qdov = 2231 J, p1 = 100 kPa, V1 = 0.001 m3

  9. Qdov 3’ 3 p Qdov 2 W psr 4 W Qodv 1 V Omjer srednjeg tlaka procesa i početnog tlaka Srednji tlak procesa je jednak radu procesa podijeljenom sa stapajnim volumenom. Rad procesa predstavlja se površinom pravokutnika s azom jednakom stapajnom volumenu, dok je visina pravokutnika jednaka srednjem tlaku procesa.

  10.  = 1.0 x = 1.0 x = 0 Omjer tlakova psr /p1 Stupanj kompresije  R = 287 J/kg.K, cv = 736 J/kg.K,  = 1.4, Qdov = 3275 J, p1 = 100 kPa, V1 = 0.001 m3

  11.  = 1.5 x = 1.0 Omjer tlakova psr /p1 x = 0 Stupanj kompresije  R = 287 J/kg.K, cv = 736 J/kg.K,  = 1.4, Qdov = 2231 J, p1 = 100 kPa, V1 = 0.001 m3

  12. Omjer srednjeg i maksimalnog tlaka procesa Srednji tlak procesa predstavlja mjeru za rad procesa. Konstrukcija motora determinirana je maksimalnim tlakom procesa, obzirom da se na njega projektiraju nosivi dijelovi, ležaji itd. Interesantno je za zadani maksimalni tlak procesa dobiti čim veći rad procesa. Qdov 3’ 3 p Qdov 2 W psr 4 W Qodv 1 V

  13.  = 1.0 x = 0 Omjer tlakova psr /pmax x = 1.0 Stupanj kompresije  R = 287 J/kg.K, cv = 736 J/kg.K,  = 1.4, Qdov = 3275 J, p1 = 100 kPa, V1 = 0.001 m3

  14.  = 1.5 Omjer tlakova psr /pmax x = 0 x = 1.0 Stupanj kompresije  R = 287 J/kg.K, cv = 736 J/kg.K,  = 1.4, Qdov = 2231 J, p1 = 100 kPa, V1 = 0.001 m3

  15. Komentar: Iz prijašnjih slika vidljivo je da je za zadani maksimalni tlak procesa najveći postizivi rad onaj od Dieselovog procesa. Današnji dizelski motori ne rade u potpunosti po Dieselovom procesu, ali mu se nastoje približiti. Rezultati iz ovih prijašnjih dijagrama pokazuju zašto su upravo dizelski motori preuzeli primat kod velikih motora, gdje iz ograničene konstrukcije trebamo dobiti čim veću snagu motora.

  16. REALNI PROCES MOTORA

  17. Proces 4T motora Stvarni i idealni proces prikazani su preklopljeni jedan preko drugoga. Najveća odstupanja imamo tijekom izgaranja i izmjene radnoga medija. U T-s dijagramu prikazan je samo visokotlačni dio procesa jer se tijekom izmjene radnoga medija mijenja masa u cilindru motora. 3’ 3 3’ p T 3’ 3 3’ p T 3 3 4 2 W 4 2 2 W +W 2 +W 4 1 4 1 -W 1 s V 1 s V

  18. Proces 2T motora Stvarni i idealni proces prikazani su preklopljeni jedan preko drugoga. Najveća odstupanja imamo tijekom izgaranja i izmjene radnoga medija. U T-s dijagramu prikazan je samo visokotlačni dio procesa jer se tijekom izmjene radnoga medija mijenja masa u cilindru motora. 3’ 3 3’ p T 3 4 2 W 2 +W 4 -W 1 1 s V

  19. Proces izmjene radnoga medija kod 4T motora Razlikujemo izmjenu radnoga medija kod motora sa slobodnim usisom i kod motora s prednabijanjem. Rad izmjene radnoga medija je kod motora sa slobodnim usisom negativan, dok kod motora s prednabijanjem može biti i pozitivan. +W p p +W Tlak iza puhala pP +W pT Tlak pred turbinom Atmosferski tlak p0 -W V V

  20. Mjerenje promjene tlaka u cilindru motora (indiciranje) Mehanički indikator Uređaj se spaja na indikatorski pipac spojen na cilindar motora. Valjak za papir se preko redukcije povezuje na križnu glavu. Kazaljka na papiru ispisuje p-V dijagram. Mjerilo tlaka ovisi o krutosti izmjenjive opruge. Nedostatak ovoga indikatora je u tome što mu je vlastita frekvencija vrlo niska (oko 300 Hz), tako da nije pogodan za točna mjerenja brzih procesa kod srednjehodnih ili bržih motora. Ponegdje se još koristi na sporohodnim motorima (sve manje)

  21. Mjerenje promjene tlaka u cilindru motora (indiciranje) Uređaj za elektroničko indiciranje koristi davače tlaka na bazi piezoelektričkog efekta. Ti davači imaju visoku vlastitu frekvenciju (preko 20 kHz) te omogućuju točno snimanje vrlo brzih promjena tlaka. Signal iz pojačala se danas vodi u A/D konverter za pretvorbu analognog signala u digitalni podatak radi pohranjivanja u računalu

  22. Podaci o radnim parametrima Indicirani tlak Pojačalo naboja Različiti mjerni signali Računalo Brzi A/D konverter s buffer memorijom Više kanalno mjerno pojačalo Sat GMT Kut koljena Uređaj za indiciranje tlaka u cilindru motora i druga mjerenja pomoću elektroničkog računala

  23. PODACI KOJI SE DOBIVAJU IZ INDICIRANE PROMJENE TLAKA U CILINDRU MOTORA Iz podataka indiciranja tlaka u cilindru motora dobivamo sljedeće vrijednosti: • p-V i log p – log V dijagrami, • Indicirani rad procesa, • Indicirana snaga motora, • Srednji indicirani tlak, • Maksimalni tlak procesa, • Prva i druga derivacija tlaka po kutu koljena, • Promjena temperature u cilindru motora, • T-s dijagram za visokotlačni dio procesa, • Zakon oslobađanja topline (tijek izgaranja) i krivulja dovedene topline.

  24. Razvijeni snimljeni indikatorski dijagram (VUT Brno)

  25. Indicirani p-V dijagram promjene tlaka u cilindru (VUT Brno)

  26. log p – log V dijagram indicirane promjene tlaka u cilindru motora Adijabate kompresije i ekspanzije prikazane su kao pravci. Jednadžbe tih pravaca dobivaju se logaritmiranjem jednadžbe adijabate U dijagramu su točkama označena mjesta otvaranja i zatvaranja ispušnog i usisnog ventila

  27. Prva derivacija promjene tlaka po kutu koljena Ova derivacija nam pokazuje brzinu porasta tlaka pri izgaranju. Visoke vrijednosti te derivacije ukazuju na “tvrdoću” izgaranja.

  28. Promjena temperature radnog medija u cilindru motora

  29. Promjena eksponenta politrope tijekom procesa motora Vidi se skokovita promjena eksponenta politrope u području izgaranja oko GMT

  30. Zakon oslobađanja topline (brzina izgaranja) za Ottov motor Nakon ubrizgavanja goriva zraku u cilindru se oduzima toplina potrebna za isparavanje goriva. Tu je krivulja ispod nul-linije. Upaljivanjem gorive smjese dolazi do oslobađanja topline i krivulja je svo vrijeme iznad nul-linije.

  31. Krivulja dovedene topline izgaranjem goriva Naznačena su mjesta početka ubrizgavanja (0%) i završetka izgaranja (100%)

  32. Izračunati T-s dijagram za visokotlačni dio procesa u Ottovom motoru

  33. INDICIRANA I EFEKTIVNA SNAGA MOTORA STUPNJEVI DJELOVANJA

  34. INDICIRANA I EFEKTIVNA SNAGA MOTORA Snaga (rad u jedinici vremena), koju su plinovi predali klipovima motora, naziva se indicirana snaga. Snaga, koju motor predaje potrošaču na svojoj spojci, naziva se efektivna snaga. Indicirana snaga je veća od efektivne snage za snagu mehaničkih gubitaka na putu od klipova do spojke motora. Indiciranu snagu dobivamo iz podataka indiciranja tlaka u cilindru motora. Efektivnu snagu dobivamo mjerenjem snage na kočnici motora.

  35. Određivanje rada procesa dW = p dV

  36. MEHANIČKI GUBICI MOTORA Mehaničke gubitke motora čine dvije skupine gubitaka: • Gubici zbog trenja među dijelovima motora (trenja u ležajima motora, na kliznim površinama, aerodinamičko trenje itd.) • Gubici zbog pogona pomoćne opreme motora (pogon rashladne pumpe, pumpe ulja za podmazivanje, sustava za ubrizgavanje goriva, pogon ventila, pogon električnog generatora, pogon klima jedinice itd.) Kada je spojka motora otkopčana, efektivna snaga motora je jednaka nuli. Tada motor svojim radom pokriva samo mehaničke gubitke.

  37. Snaga predana klipovima Snaga na spojci motora Snaga mehaničkih gubitaka

  38. Toplina dovedena u proces izgaranjem goriva: Indicirani rad procesa motora: Rad mehaničkih gubitaka: Efektivni rad procesa motora: Snaga toplinskog toka dovedena izgaranjem goriva: Indicirana snaga motora: Snaga mehaničkih gubitaka: Efektivna snaga motora:

  39. KOČENJE MOTORA

  40. Efektivna snaga motora može se izmjeriti kočenjem. Moment kočenja pomnožen s kutnom brzinom dati će efektivnu snagu motora, tj. Snagu koju motor predaje na svojoj spojci, odn. zamašnjaku. Na kočnici se moment mjeri tako da se na kraku radiusa R mjeri sila reakcije F. Na slobodnom kraju vratila kočnice mjeri se brzina vrtnje n. Da bi se izračunavanje snage olakšalo, često se koristi takav radius kraka R da se to omogući: Za R/30 = 1/10 dobivamo da je R = 3, odnosno R = 0.955 m. Formula za izračunavanje snage je tada: n Brzina vrtnje na rotoru kočnice R Kočnica F Motor Sila reakcije na kućištu kočnice

  41. Kućište kočnice se izvodi tako da se može zakretati za jedan ograničeni kut na svojim osloncima, kako bi se mogla mjeriti sila reakcije zbog momenta kočenja. Ako se za kočenje koriste kočnice s trenjem (mehaničkim, hidrauličkim ili s vrtložnim strujama), sva efektivna snaga motora se pretvara u toplinu, koju treba odvesti rashladnom vodom za hlađenje kočnice. Ako koristimo električni generator za kočenje, dobivenu električnu energiju možemo koristiti na neki pogodni način. Danas se prednost daje električnim kočnicama s asinhronim generatorom koji može raditi u generatorskom i u motornom području. Takva kočnica nam omogućuje da kočimo motor ili da ga guramo (kao što npr. vozilo pri kočenju svojom inercijom ili na nizbrdici gura motor vozila). Primjenom ovakvih kočnica s upravljanjem pomoću računala, moguće je na samoj kočnici ispitati uvjete rada motora pri pogonu vozila (npr. simulacije vožnje Formule 1 na trkaćoj pisti ili teretnog vozila s različitim stupnjevima prijenosa mjenjača)

  42. EFEKTIVNI PODACI MOTORA

  43. EFEKTIVNI PARAMETRI MOTORA Efektivna snaga motora: Srednji efektivni tlak: Efektivni moment motora: Specifična efektivna potrošnja goriva:

  44. SNAGA MOTORA Nazivna snaga Pn je proračunska efektivna snaga koju motor može trajno davati. Brzina vrtnje motora koja odgovara nazivnoj snazi naziva se nazivna brzina vrtnje. Vrijeme rada motora na nazivnoj snazi ograničeno je propisima proizvođača. Maksimalna snaga Pmax je najveća dopustiva efektivna snaga kojom možemo kratkotrajno opteretiti motor (110 - 120% Pn). Trajanje preopterećenja je vremenski ograničeno, obično na 1 sat svakih 12 sati rada motora. Maksimalna trajna snaga (MCR) je najveća efektivna snaga pri kojoj motor može trajno raditi bez vremenskog ograničenja. Obično ona iznosi 85 - 90% Pn. Brzina vrtnje za tu snagu je nMCR. Ekonomična snaga Pek je trajna snaga pri kojoj se postiže najmanja specifična potrošnja goriva i iznosi 75 - 80% Pn. Minimalna snaga Pmin je snaga koju motor može razviti pri minimalnoj, još stabilnoj brzini vrtnje.

  45. PROPISI ZA SNAGU MOTORA Vozilska snaga motora (DIN 70020) je snaga na spojci motora koji je serijski opremljen sa svom opremom, uključujući usisni i ispušni cjevovod, pri danim uvjetima okoline: p0 = 101.3 kPa, T0 = 293 K (20 oC), relativna vlaga se zanemaruje. Trajna snaga motora (DIN 6270, snaga A) je maksimalna snaga s kojom motor može trajno raditi uz mogućnost kratkotrajnog preopterećenja za 10% u trajanju 1 sat svakih 12 sati rada. Snaga se mjeri pri zadanim uvjetima okoline: p0 = 98 kPa, T0 = 293 K (20 oC), relativna vlaga  = 60%. Trajna snaga motora (DIN 6271, snaga B, ISO 3046) je maksimalna trajna snaga s kojom motor može raditi bez mogućnosti preopterećenja. Snaga se mjeri pri zadanim uvjetima okoline: p0 = 98 kPa, T0 = 293 K (20 oC), relativna vlaga  = 60%, temperatura rashladne vode Trv = 300 K (27 oC). Maksimalna trajna snaga brodskih motora (MCR) je maksimalna trajna snaga s mogućnosti kratkotrajnog preopterećenja. Mjeri se kod zadanih uvjeta okoline: p0 = 100 kPa, T0 = 318 K (45 oC), relativna vlaga  = 60%, temperatura rashladne vode Trv = 305 K (32 oC).

  46. UTJECAJ UVJETA OKOLINE (ISO 3046) Visinski položaj (tlak zraka). Povećanjem visine, na kojoj se motor koristi, smanjuje se gustoća zraka, a time i snaga motora (za oko 1% svakih 100 m nadmorske visine iznad 500 m) Temperatura. Povećanjem temperature smanjuje se gustoća zraka, a s njom i snaga motora (za oko 3% svakih 10 oC povećanja temperature) Vlaga u zraku. Povećanjem relativne vlage smanjuje se sadržaj kisika po masi i raste sadržaj vlage koja će sniziti maksimalnu temperaturu procesa. Kod dizelskih motora se obično zanemaruje utjecaj vlage. Preračunavanje snage na nove uvjete okoline vrši se prema propisima ISO 3046.

  47. Ottov motor za osobno vozilo Dizelski motor za teretno vozilo Univerzalni dijagrami motora s ucrtanim izolinijama jednake specifične potrošnje goriva

More Related