Belső égésü motorokról általában

1. Hıerıgépek
Külsı égéső Belsı égéső
A belsıégéső motor olyan hıerıgép amely az alkalmazott
hajtóanyag kémiai energiáját alakítja át hıenergiává, majd
azt szerkezeti elemei segítségével mechanikai munkává
alakítja
• Égési feltételek:
– Hajtóanyag
– Oxigén
– Gyulladási hımérséklet
– Keverék elıkészítés, keverékképzés
– Komprimálás
1

2. A munkafolyamat részei:
A friss közeg beáramlás a a munkatérbe (Szív)
Sőrítés (kompresszió)
Égés, terjeszkedés
A közeg kiáramlása a munkatérbıl (kipufogás, kitolás)
Munkafolyamat
Fı munkafolyamat Kiegészítı folyamat
• Egyéb a mőködési elvtıl függı eltérések:
– A hajtóanyag porlasztása
– A hajtóanyag keverék összetételének szabályozása
– Az égés megindítása
– A henger öblítése
– Kenés, hőtés
2

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
3

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
4

5. • A hengerek száma és elrendezése szerint
5

6. Alapfogalmak
Felsı holtpont (Fhp): A dugattyú periodikus alternáló mozgása
során elért hengerfej felıli szélsı helyzete
Alsó holtpont (Ahp): A dugattyú forgattyúsház felöli szélsı
helyzete
Löket: A dugattyú Ahp és Fhp közötti útja
Lökettérfogat: Ahp és Fhp közötti térfogat (Vh)
Sőrítési térfogat (kopmresszió térfogat Vc): A dugattyú felsı
holtponti helyzetében a dugattyúfenék és a hengerfej által
határolt térfogat 6

7. • A dugattyú alsó és felsı holtpontja közötti térfogatot, amelyet a dugattyú egy
lökete alatt bejár lökettérfogatnak nevezzük
D2 ⋅π
Vh = ⋅ s  m3  ahol Vh : lökettérfogat
 
4
D : furatátmárı [ m ] ; s : löket [ m ]
• 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
VH = Vh + Vc
• 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 kitöltı
gázt hányad részére nyomja össze a dugattyú.
Vh + Vc Értéke: Otto motornál 6-10
ε= Dízel motornál 14-22 7
Vc

8. Négyütemő Otto-motor indikátor
diagramja:
8

9. A belsıégéső motor teljesítménye
• A nyomással mőködı gép általános teljesítménye
P = p ⋅Q
• A dugattyúra ható erı
D2 ⋅ π
F= ⋅p [N ]
4
• Az s munkalöket hasznos munkája
D2 ⋅π
W= ⋅s⋅ p [J ]
4
• Az i ütemtényezıvel jelzett motor teljesítménye
D2 ⋅π 2⋅n
P= ⋅s⋅ p⋅ [W ]
4 i
• A motor lökettérfogata D2 ⋅π
Vh = ⋅s
4 9

10. • Z hengerszámú motor lökettérfogata
VH = Vh ⋅ z
• A beszívott közeg térfogatárama a motor adataival és i
ütemtényezıvel
2
Q = VH ⋅ n ⋅
i
• A motor teljesítménye
D ⋅π 2
2⋅n
P= ⋅s⋅z⋅ ⋅ p [W ]
4 i
10

11. A motorok jellemzı hatásfokai
• Termikus hatásfok: a körfolyamatból nyerhetı munka és a
bevezetett hımennyiség hányadosa W
ηt =
Q
• Jósági fok: Az indikátordiagramból meghatározott belsı indikált
munkának és az elméleti munkának a hányadosa. Értéke 0.8-0.92
Wi
ηj =
W0
• Indikált hatásfok: az indikált munka és a bevezetett hı hányadosa.
Wi Wi Pi
ηi = = =
Q1 Bt ⋅ H i ⋅ t Bt ⋅ H i
ηi = ηt ⋅η j
• Mechanikai hatásfok: A motor fıtengelyén fékezéssel
megállapított munka, ill. teljesítmény, és az indikálással megállapított
munka ill. teljesítmény hányadosa
We Pe
ηm = =
Wi Pi 11

12. • Gazdasági hatásfok: Amennyiben a fıtengelyen levehetı
munkát ill. teljesítményt a bevezetett hıenergiával vetjük össze ,
mérıszámként a gazdasági hatásfokot kapjuk
We Pe
ηg = = Bt : Orás hajtóanyag fogyasztás
Q1 Bt ⋅ H i
H i : A hajtóanyag főtıértéke
• Órás fogyasztás: Idıegység alatti (óránként) hajtóanyag-
fogyasztást jelenti: Bt [kg/h]
• Fajlagos fogyasztás: Egységnyi munkavégzés eléréséhez
szükséges hajtóanyag fogyasztás
Bt  g 
bt =
Pe  kWh 
  12

13. Az Ottó motor mőködési módja
Az Ottó motor elnevezés egy
győjtıfogalom: nem határozza meg
egyértelmően a keverékképzést, az
alkalmazott hajtóanyagot stb.
• Külsı 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: 13
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. Sőritéskor mindkét szelep zárva. A
dugattyú Ahp-ból Fhp-felé halad ezáltal
összesőríti a hengertérben a benzin levegı
keveréket. Eközben emelkedik a keverék
nyomása és hımérséklete. (Kompresszió
viszony, üzemállapot, mőszaki állapot)
3. Terjeszkedés A dugattyú Fhp-ból az Ahp
felé 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 1 2 3 4
távozik, majd az Ahp-ból a Fhp-felé tartó 14
dugattyú a maradékot kitolja a szabadba.

15. A négyütemő Ottó motor mőködése
15

16. 16

17. Kétütemő Ottó motor mőködése
Szerkezeti 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 csatorna
2. Kipufogó
csatorna
3. Átömlı csatorna
4. Égéstér
5. Forgattyús ház 17

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 lévı
keveréket. 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 terjeszkedı
gázok munkát végeznek (munkaütem). A dugattyú az Ahp felé
haladva elıször nyitja a kipufogó csatornát (kipufogás). Majd nem
sokkal késıbb nyitja az átömlı csatornát. Ennek következtében
megtörténik a friss töltet beáramlása a hengertérbe. (Töltetcsere) 18

19. Membrán vezérléső kétütemő motor
Membrán
19

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
20

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 szívó
szelep 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) 21

22. A négyütemő dízelmotor mőködése
22

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 kipufogó
szelepekkel 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 beáramló
friss levegıtöltet átöblíti a hengert
23

24. 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,
25
kenıolaj- ellátórendszer

26. Henger hengertömb
A 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, megfelelı
megmunkálással jó siklási
tulajdonságok érhetıek el.
Alumínium hengertömb esetében a
hengertömbbe jó siklási tulajdonságú
perselyeket kell sajtolnunk
26

27. A hengerpersely
A 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 hajlamos
Száraz 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 27
nedves persely esetében