Motorkarakteristieken

Transcriptie

1 Motorkarakteristieken Aan de orde komen: Vermogen Draaimoment of motorkoppel Elasticiteit Vermogensmeting

2 Motorkarakteristieken pag 95 Vermogen Men onderscheidt: het inwendig of geïndiceerd vermogen P i het nuttig of effectief vermogen P e

3 Geïndiceerd vermogen P i Het inwendig vermogen P i wordt bepaald uit het zgn. indicateur-diagram. Men noemt het daarom ook wel het geïndiceerd vermogen. Het inwendig vermogen P i is: het vermogen dat aan de zuiger afgegeven wordt

4 Inwendig of geïndiceerd vermogen P i pag 96 Fig. 79. Het indicateur- of pv-diagram van een 4-takt motor. W = p i Vs [Nm/cil] p i = gemiddelde geïndiceerde zuigerdruk [N/m 2 ] V s = slagvolume per cilinder [m 3 ] geïndiceerde vermogen P i = Pi tot. arbeid oftewel : tijd = p i Pi W z Pi = (bij 2 1 n Vs z n i [Watt] Hierin is: z = aantal cilinders n = toerental [o/s] i = 1 voor 2-takt = ½ voor 4-takt 4 - takt! )

5 Effectief vermogen P e pag 97 Effectief vermogen P e = vermogen aan het vliegwiel Is geïndiceerde vermogen verminderd met het zgn. wrijvings- of verliesvermogen. Het verliesvermogen bestaat uit: 1 Wrijvingsvermogen aan de zuiger + zuigerveren, in de lagers en andere delen van het draaiend gedeelte van de motor. 2 Vermogen dat nodig is om de noodzakelijke hulpaggregaten aan te drijven. Deze zijn o.a. waterpomp, oliepomp, ventilator, onbelaste dynamo, etc. Men rekent met het zgn. mechanisch rendement η m : Pe = η m Pi

6 Effectief vermogen P e pag 97 Meetwaarde afhankelijk van meetmethode. Men onderscheidt vermogensmeting volgens : 1. de DIN-norm: t = 20 0 C 2. de CUNA-norm (niet meer) 3. de SAE-norm oude norm: geheel kale motor nieuwe norm: gebaseerd op t = 85 0 F (i.p.v. t = 20 0 C)

7 Effectief vermogen P e pag 98 Effectief vermogen P e te schrijven als het inwendig of geïndiceerd vermogen P i : P e = p e Vs z n i [Watt] p e = gem. effectieve zuigerdruk [N/m 2 ]

8 Geïndiceerd vermogen P i pag 97 Geïndiceerd vermogen P i : men meet de arbeid W, bepaald de druk p i het vermogen P i Effective vermogen P e : men meet het vermogen de druk p e beide drukken p i en p e zijn: vergelijkingswaarden papieren drukken, ze zijn niet meetbaar met een drukmeter!

9 Draaimoment of motorkoppel pag 98 Verband tussen vermogen en koppel: Pe = M ω met : ω = 2 π n ω = hoeksnelheid motor (= krukas) [rad/s] n = motortoerental [o/s] P e = p e waaruit Vs : z n i = M 2 π n M = p e Vs z 4 π [Nm]

10 Vermogens- en koppelkromme pag 100 Motorkoppel ook te schrijven als: M = 1 2π P e n Fig. 81. De raaklijn vanuit de oorsprong raakt de vermogenskromme bij het toerental van het maximum koppel.

11 Elasticiteit pag 100 Twee kentallen, te weten: de elasticiteit El het 90%-bereik

12 de elasticiteit El pag 101 Fig. 82. Het toerengebied tussen M max en P max zegt iets over de elasticiteit van een motor. El = M max n P max M P max n M max

13 Elasticiteit El pag 102 Fig. 83. De elasticiteit El van 3 verschillende motoren met hetzelfde slagvolume Elasticiteit El: Golf GTI: El = 1,34 Scirocco: El = 1,75 Golf LS: El = 2,08

14 Vermogens en koppelkromme BMW 320i Bereken: De elasticiteit van nevenstaande motor. Haal de benodigde gegevens uit de grafiek.

15 90%-bereik pag 103 Fig. 84. Het 90%-bereik van twee Mercedes motoren (resp. 3,0 ltr. en 2,6 ltr.). de 3,0 ltr.: El = 1,43 90%-bereik = 3900 omw. de 2,6 ltr.: El = 1,43 90%-bereik = 3550 omw.

16 Elasticiteit pag 103 de elasticiteit El: vasthoudendheid motor bij belastingstoename het 90%-bereik: soepelheid bij accelereren vanuit lage snelheid

17 Inwendig of geïndiceerd vermogen P i pag 104 Het inwendig vermogen P i wordt bepaald m.b.v. de gem. geïndiceerde zuigerdruk p i. Deze wordt bepaald m.b.v. het zgn. indicateurdiagram. Fig. 85. Een indicateur-diagram van een 4-takt motor.

18 Het effectief vermogen P e pag 105 Het eff. vermogen P e wordt berekend uit het motorkoppel M Twee methoden, t.w.: 1. Waterrem 2. Wervelstroomrem

19 Principe vermogensmeting pag 105 Fig. 86. Het principe van de vermogensmeting: de Vang van Prony

20 De waterrem pag 106 Fig. 87. De waterrem (Fa. Schenck).

21 De waterrem pag 107 Fig. 88. Remkarakteristiek a. rem-werkgebied b. meetpunt van de waterrem

22 De wervelstroomrem pag 108 Fig. 89. De wervelstroomrem (Fa. Schenck).

23 Kentallen, grootheden en rendementen pag Kentallen: 109 vergelijkings-getallen of -waarden Grootheden hier: waarde die verband houden met de prestatie van de motor Rendementen waarderingsgetallen

24 Kentallen pag 109 Kentallen zijn o.a.: 1. de spec. arbeid W s 2. het spec. vermogen P s 3. de spec. motormassa m ms 4. de spec. automassa m vs

25 Spec. arbeid pag 109 De specifieke arbeid W s is de effectief geleverde arbeid per cyclus W e gerelateerd aan het slagvolume: Ws = W e Vs 3 [J/cm ] Verband tussen specifieke arbeid W s en gem. eff. zuigerdruk p e : 1 J/cm 3 = 10 bar.

26 Spec. vermogen pag 110 Het specifiek vermogen P s is het effectief vermogen gerelateerd aan het (totale) slagvolume: Pe [kw/dm 3 Ps = ] Vs Evenzo is het specifiek motorkoppel M s een maat voor de motorbelasting: Ms = M Vs 3 [Nm/dm ]

27 Spec. motormassa pag 110 De specifieke motormassa m ms is de verhouding tussen het effectief vermogen en de motormassa m m : M ms = m P m e [kg/kw] Ook wel: vermogensgewicht

28 Spec. automassa pag 111 De specifieke automassa m vs is de verhouding tussen de automassa m v en het effectief vermogen P e : Ook wel als: m vs = m P v e [kg/kw] m vs = P m e v [kw / kg] Bijv. wettelijke eis voor vrachtauto s: 10 PK/ton = 3,68 kw/10kn

29 7.2 Grootheden pag 111 Grootheden die direct verbonden met de kwantiteit en de kwaliteit van het brandbare mengsel zijn: 1. de luchtbehoefte 2. de luchtverhouding 3. de mengverhouding 4. de mengselwaarde 5. de vullingsgraad

30 Luchtbehoefte L min pag 112 De luchtbehoefte L min is de kleinste massahoeveelheid lucht, die nodig is voor de volledige verbranding van 1 kg brandstof. Benzine: Normaal L min = 14,8 kg/kg Super L min = 14,7 kg/kg Diesel: L min = 14,5 kg/kg LPG: L min = 15,5 kg/kg

31 Luchtverhouding λ pag 112 Luchtverhouding λ: de verhouding tussen de werkelijk aanwezige massahoeveelheid lucht en de theoretisch benodigde massahoeveelheid lucht. Dit betekent: λ > 1 : een arm mengsel λ < 1 : een rijk mengsel λ = 1 : de zgn. stoichïometrische mengverhouding De luchtverhouding λ is een massa-verhouding!

32 Mengverhouding (m.v.) pag 113 De mengverhouding (m.v.): in welke verhouding lucht en brandstof gemengd zijn: of (m.v.) = λ L : (m.v.) = λ min L ρ min o [kg/kg] [m 3 n /kg]

33 Mengselwaarde H m pag 113 De mengselwaarde H m : hoeveelheid warmte, die vrijkomt bij de verbranding van 1 m 3 n mengsel van benzine, diesel of gas: H H m m Ho = λ Lmin λ Ho = 1+ λ L voor : λ 1 voor : λ 1 H o = onderste specifieke verbrandingswaarde. min

34 Mengselwaarde H m pag 113 Voorbeeld: H o = kj/kg; ρ = 1,293 kg/m n3 ; L min = 14,1 kg/kg Gevraagd: H m als: λ = 1; λ = 1,1 λ = 0,9

35 Mengselwaarde H m pag 113 Voorbeeld H o = kj/kg; ρ = 1,293 kg/m n3 ; L min = 14,1 kg/kg Gevr.: H m als: λ = 1; λ = 1,1 en λ = 0,9 Opl.: H H o m = λ L min λ = 1,0 : H m = 14,1 1,0 1, λ = 1,1: H m = 14,1 1,1 1, λ = 0,9 : H m = 14,1 1,293 Let op: H m (λ = 1,0) = H m (λ = 0,9)!!! Bij een rijk mengsel bepaalt de massa lucht hoeveel brandstof er verbrand, de rest van de brandstof verbrandt niet!! H m H m H m = = = kj/m n kj/m n kj/m n

36 Vullingsgraad λ v pag 114 De vullingsgraad λ v : verhouding tussen de massa m c werkelijk in de cilinder en theoretische massa m th die in de cilinder zou zijn, als slagvolume gevuld zou zijn met verse lading onder buitenluchtomstandigheden: λv = m c m th met : m th = ρ a Vs ρ a = s.m. van de verse lading onder buitenluchtcondities.

37 Rendementen pag 114 Men baseert zich op de zgn. ideale motor Vergelijkings- oftewel ideaal proces Ottomotor: gelijk-volume-proces Dieselmotor gemengd of Seiliger-proces

38 Theoretisch thermisch rendement η th pag 115 Het thermisch rendement η th : verhouding nuttig vermogen en het toegevoerde brandstofvermogen van de ideale motor: = v ηth B Ho B = brandstofverbruik per tiidseenheid [g/h] Ervaringswaarden: Benzinemotor η th = 0,55-0,60 Dieselmotor η th = 0,60-0,70 P

39 Kwaliteitsgraad η k pag 115 De kwaliteitsgraad η k : verhouding tussen het inwendige vermogen van de werkelijke en de ideale motor: η k = P v Is een maat in hoeverre het werkelijke arbeidsproces het ideale proces benadert. P i

40 Inwendig rendement η i pag 116 Inwendige of geïndiceerd rendement η i : verhouding tussen het inwendig of geïndiceerde vermogen van de werkelijke motor en het toegevoerde brandstofvermogen: Met voorgaande volgt: η η i i = Pi = B H η P k v P v η th o η i = η th η k het inwendig rendement = product van theoretisch thermisch rendement en kwaliteitsgraad!

41 Effectief rendement η e pag 116 Effectief of totaal rendement η e : verhouding tussen effectief vermogen van de werkelijke motor en toegevoerde brandstofvermogen: e ηe = B Ho Op basis van het voorgaande volgt: P η e = η oftewel th : η η e k η = η m i η m Benzinemotor η e = 0,25-0,30 Dieselmotor η e = 0,30-0,45

42 Effectief rendement η e pag 113 Dus: η e = η th η k η m De ontwikkeling van de motor richt zich op: η k = verbetering verbrandingsproces en alles wat daarmee verband houd. η m = verlaging inwendige verliezen motor: Aandrijving waterpomp, oliepomp Wrijvingsverliezen zuiger, zuigerveren, etc.

43 Omzettingsgraad η o pag 118 Niet alle brandstof wordt omgezet in warmte: omzettingsgraad η o : η o = Φt B H o Φ t = werkelijk ontwikkelt warmtevermogen.

44 Sankey-diagram pag 119 Fig. 92. Het Sankey-diagram van een verbrandingsmotor.

45 Spec. brandstofverbruik b e pag 120 Specifiek brandstofverbruik be: brandstofverbruik, gerelateerd aan het effectief vermogen: b e = B P e [g/kwh] M.b.v. het voorgaande ook te schrijven als: b e = η e 1 H o

46 Spec. brandstofverbruik b e pag 120 om er mee te kunnen rekenen moeten we de formule aanpassen: b e = η e 1 H o = η e H o kj kg 1 kwh 3600 kj kg 1000 g b e = η H e 5 o [g/kwh]

47 Rendementsdiagram pag 121 Het zgn. specifiek brandstofverbruiks-diagram, ook wel rendementsdiagram genoemd. Op de horizontale as wordt het motortoerental n uitgezet en op de verticale as: het (eff.) motorkoppel M of: de gemiddelde effectieve zuigerdruk p e of: de specifieke arbeid W s (fig. 96).

48 Bij dezelfde snelheid in een hogere versnelling is het verbruik lager.