ΜΕΤΡΗΣΗ ΙΣΧΥΟΣ Μ.Ε.Κ. Μ.Ε.Κ. Ι (Θ) Διαλέξεις Μ4, ΤΕΙ Χαλκίδας Επικ. Καθηγ. Δρ. Μηχ. Α. Φατσής

Transcript

1 ΜΕΤΡΗΣΗ ΙΣΧΥΟΣ Μ.Ε.Κ. Μ.Ε.Κ. Ι (Θ) Διαλέξεις Μ4, ΤΕΙ Χαλκίδας Επικ. Καθηγ. Δρ. Μηχ. Α. Φατσής

2 ΠΕΔΗ (ΔΥΝΑΜΟΜΕΤΡΟ) ΚΙΝΗΤΗΡΑ Ο κινητήρας ξεμοντάρεται και συνδέεται απευθείας στην πέδη Είναι πιο αξιόπιστη μέθοδος αλλά λιγότερο δημοφιλής Χρησιμοποιείται κυρίως από εργοστάσια, οίκους βελτίωσης και ομάδες αγώνων

3 ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ ΠΕΔΗΣ Το λογισμικό καταχωρεί τις σ.α.λ του κινητήρα, ενώ συλλέγει ταυτόχρονα δείγματα της ροπής που μετράμε από την πέδη χρησιμοποιώντας ένα load cell το οποίο διαβάζει συνεχώςτιςτιμέςτηςροπής. Στη συνέχεια, εμφανίζεται στην οθόνη ένα γράφημα της ταχύτητας και ροπής του κινητήρα. Έπειτα, υπολογίζει την ισχύ χρησιμοποιώντας ότι ΙΣΧΥΣ = ΡΟΠΗ * ΣΤΡΟΦΕΣ

4

5 Παρατηρήσεις: Η ροπή στρέψης στον στρόφαλο ΜΕΚ εμφανίζεται από τις δυνάμεις που ασκούν τα καυσαέρια κατά την εκτόνωση (3 ος χρόνος) στη κεφαλή του εμβόλου και το κάνουν να κινηθεί προς το ΚΝΣ. Οι δυνάμεις αυτές μεταβιβάζονται στον διωστήρα και αυτός τις μεταβιβάζει στον στρόφαλο, που τον κάνει να περιστρέφεται. Η ισχύς που αποδίδει ο κινητήρας στον στρόφαλο ονομάζεται πραγματική ισχύς. Είναι η περιστροφική ισχύς που μεταφέρει ο στρόφαλος καθώς περιστρέφεται. Το μέγεθος της ισχύος εξαρτάται από τη τιμή της ροπής στρέψης και από τη γωνιακή ταχύτητα περιστροφής του άξονα.

6 Αύξηση ισχύος με αύξηση στροφών: Ένεκα της αύξησης των «παραγωγικών» (ήενεργητικών) χρόνων του κινητήρα, παράγεται περισσότερη ισχύς έως του σημείου όπου οι απώλειες ισχύος λόγω εσωτερικών τριβών από τη κίνηση του κινηματικού μηχανισμού αντισταθμίζουν τη παραγόμενη ισχύ. Η ροπή στρέψης παρουσιάζει μέγιστο πριν από το μέγιστο της ισχύος σε σχέση με τις στροφές. Ελαστική περιοχή κινητήρα: Ορίζεται μεταξύ του σημείου μέγιστης ροπής στρέψης και μέγιστης ισχύος Ειδική κατανάλωση καυσίμου: Είναι η κατανάλωση καύσιμου ανά μονάδα πραγματικής ισχύος του κινητήρα.

7 ΜΕΣΗ ΕΝΔΕΙΚΝΥΜΕΝΗ ΠΙΕΣΗ & ΙΣΧΥΣ Μέση ενδεικνύμενη πίεση (imep) είναι η μέση πίεση που μετράται μέσα στον κύλινδρο ΜΕΚ δίχως να λαμβάνεται υπόψη η απώλεια πίεσης λόγω τριβών κατά τη διάρκεια κίνησης του κινηματικού μηχανισμού της ΜΕΚ. Η ισχύς που αντιστοιχεί ονομάζεται μέση ενδεικνύμενη ισχύς (I i ).

8 Κατά τη διάρκεια της λειτουργίας μίας ΜΕΚ, η Χημική ενέργεια του καυσίμου μετασχηματίζεται κατά τη καύση στο θάλαμο σε Θερμική ενέργεια (Ενδεικνύμενη ή Θεωρητική Ισχύς, I i ). Με τη κίνηση του κινηματικού μηχανισμού μετασχηματίζεται σε ωφέλιμη κινητική ενέργεια στο στροφαλοφόρο άξονα της μηχανής (Πραγματική ή Ωφέλιμη Ισχύς, I b ). Η απώλεια ισχύος λόγω τριβών είναι η διαφορά μεταξύ της ενδεικνύμενης και πραγματικής ισχύος, δηλ. I f =I i -I b

9 ΜΕΣΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΗ ΠΙΕΣΗ & ΙΣΧΥΣ Μέση πραγματική πίεση είναι η πίεση που αντιστοιχεί στη πραγματική ισχύ που αποδίδει η ΜΕΚ στον στροφαλοφόρο άξονα. Η μέση πραγματική πίεση ισούται με τη μέση ενδεικνύμενη πίεση μείον τη πίεση λόγω εσωτερικών τριβών στο κινητήρα.

10 Μέση πραγματική πίεση bmep = W V b h = Wi W V h r = imep fmep Μηχανικός βαθμός απόδοσης n W = W b m = i bmep imep

11 Ορισμός της Μέσης Ενδεικνύμενης Πίεσης (imep) ενδυκν ύμενο έργο imep = = Όγκος εμβολισμο ύ W V i h

12 Μέση ενδεικνύμενη πίεση imep = W V i h Για τη περίπτωση 4-Χ κινητήρων, το ενδεικνύμενο έργο Wi είναι ίσο με: W i + = Wi Wi Για τη περίπτωση 2-Χ κινητήρων, το ενδεικνύμενο έργο Wi είναι ίσο με: + W i = W i Μέση πίεση απωλειών fmep = W V r h

13 ΜΕΣΗ ΠΡΑΓΜΑΤΙΚΗ ΠΙΕΣΗ & ΙΣΧΥΣ Μέση πραγματική πίεση είναι η πίεση που αντιστοιχεί στη πραγματική ισχύ που αποδίδει η ΜΕΚ στον στροφαλοφόρο άξονα. Η μέση πραγματική πίεση ισούται με τη μέση ενδεικνύμενη πίεση μείον τη πίεση λόγω εσωτερικών τριβών στο κινητήρα.

14 Μέση πραγματική πίεση bmep = W V b h = Wi W V h r = imep fmep Μηχανικός βαθμός απόδοσης n W = W b m = i bmep imep

15 Μεταβολή ισχύος, πίεσης σε συνάρτηση με τον αριθμό στροφών Μεταβολή ειδικής κατανάλωσης σε συνάρτηση με τον αριθμό στροφών

16 Πραγματική Ισχύς Μ.Ε.Κ. M σ I b = = z bmep V h v = Ib Ib = ω 2 π RPM / 60 bmep V H v Ροπή στρέψης της μηχανής V V h H = = z V ο ολικός όγκος εμβολισμού της μηχανής π D 4 RPM ν = 30 K 2 h s ο όγκος εμβολισμού καθενός από τους κυλίνδρους Κ=2 για 2-Χ ΜΕΚ Κ=4 για 4-Χ ΜΕΚ

17 Ενδεικνύμενη Ισχύς Μ.Ε.Κ. I = z imep V v= imep V v = z W i h H i RPM 30K RPM ν = 30 K Κ=2 για 2-Χ ΜΕΚ Κ=4 για 4-Χ ΜΕΚ

18 Βαθμοί απόδοσης Μ.Ε.Κ. n i I i = = Q m I B B u i Θ Ενδεικνύμενος βαθμός απόδοσης I n = = n n b b m i QB Πραγματικός βαθμός απόδοσης nm Μηχανικός βαθμός απόδοσης n v V s = Ογκομετρικός βαθμός απόδοσης V h

19 Ειδική κατανάλωση καυσίμου Μ.Ε.Κ. bsfc m I B = = 1 n Θ b b u Ειδική πραγματική κατανάλωση καυσίμου isfc = m B 1 I = n Θ i i u Ειδική ενδεικνύμενη κατανάλωση καυσίμου m B = n b Ib Θ u Κατανάλωση καυσίμου

20 sfc = n b 1 Θ u η ειδική κατανάλωση καυσίμου (sfc) σε Kg/J αν η Θερμογόνος δύναμη Θu μετράται σε μονάδες S.I. (J/Kg) sfc = 3,6 10 Θ n b u 6 (g/κwh) : η ειδική κατανάλωση καυσίμου όπου το Θu μετράται σε KJ/kg sfc = 0, Θ n b u 6 (g/psh) : η ειδική κατανάλωση καυσίμου όπου το Θu μετράται σε Κcal/kg

21 Θ Αν το μετράται σε, τότε η ειδική u KJ / Kg κατανάλωση καυσίμου σε δίνεται από την εξίσωση: sfc = n b 1 Θ u = 1 ( Kg) 1 ( KJoule) = 1 ( Kg) 1 ( KWatt s) = = ( gr) ( KW ) (3600 s) = 3,6 10 ( KW 6 ( gr h) )

22 Θ Αν το μετράται σε Kcal / Kg u, τότε η ειδική κατανάλωση καυσίμου σε δίνεται από την εξίσωση: sfc = n b 1 Θ u = 1 ( Kg) 1 ( Kcal) = 1000 ( gr) 1 (4, Joule) = ( gr) (736 W 4,186) (3600 s) = 6 0, PS h gr

23 Μέτρηση Πραγματικής & Ενδεικνύμενης Ισχύος ΜΕΚ Στοιχεία μετρητικού εξοπλισμού

24 Στοιχεία μετρητικού εξοπλισμού Πέδη (ηλεκτρογεννήτριας ή υδραυλική) Κινητήρας με μετρητικό εξοπλισμό (θερμόμετρα, μανόμετρα, πιεζοηλεκτρικούς μετατροπείς, στροφόμετρο) Κονσόλα χειρισμού Μετρητής ροπής στρέψης Μετρητής κατανάλωσης καυσίμου Μετρητής κατανάλωσης αέρα Παλμογράφος Παροχόμετρο υγρού ψύξης.

25 Η στιγμιαία τιμή της ενδεικνύμενης πίεσης εντός κυλίνδρου ΜΕΚ μετράται με τη βοήθεια πιεζοηλεκτρικού μετατροπέα που τοποθετείται στα τοιχώματα της κυλινδροκεφαλής. Στη συνέχεια με την αλυσίδα μετρήσεων (ενισχυτής - φίλτρο - παλμογράφος - καταγραφικό) η μέτρηση απεικονίζεται στην οθόνη ενός Η/Υ και οι τιμές της αποθηκεύονται στη μνήμη του Η/Υ. Με τη βοήθεια στροφόμετρου μετράται η γωνιακή ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα. Αρχικά μετράται το διάγραμμα P-t ή P-φ. Στη συνέχεια γνωρίζοντας τη διάμετρο και τη διαδρομή του εμβόλου παράγουμε το διάγραμμα P-V

26 Μέτρηση Ενδεικνύμενης Ισχύος ΜΕΚ α. Μετρητικά όργανα

27 Πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας πίεσης

28 Μηχανικός Δυναμοδείκτης

29 Ηλεκτρικός Δυναμοδείκτης

30

31 Δυναμοδεικτικό Διάγραμμα x ( ) ( ) cosφ λ sin φ = r l

32 Δυναμοδεικτικό διάγραμμα (P-V) P 40 : 60 bar ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΙΚΗ ΠΙΕΣΗ V1 V2 V ΑΝΣ KNΣ

33 Δυναμοδεικτικό διάγραμμα P-V 4-X πετρελαιοκινητήρα

34 Δυναμοδεικτικό διάγραμμα P-V 4-X βενζινοκινητήρα

35 Μεγέθη που μετρώνται σε δυναμόμετρα: Ατμοσφαιρική πίεση & θερμοκρασία Ροπή στρέψης του κινητήρα (Δύναμη φρεναρίσματος x Μοχλοβραχίονας) Αριθμός στροφών άξονα κινητήρα Κατανάλωση καυσίμου Παροχή αέρα Θερμοκρασίες εισόδου και εξόδου νερού στο κινητήρα Θερμοκρασία καυσαερίων

36 Αρχές λειτουργίας δυναμόμετρων ροπής στρέψης (με απορρόφηση ισχύος) Ένα δυναμόμετρο απορρόφησης ισχύος ενεργεί σαν ένα φορτίο που επηρεάζεται από την κινητήρια μηχανή που είναι υπό δοκιμή (π.χ. ένας στρόβιλος Pelton). Το δυναμόμετρο πρέπει να είναι ικανό να λειτουργεί σε οποιαδήποτε ταχύτητα και φορτίο σε κάθε επίπεδο της ροπής που απαιτεί η δοκιμή. Τα δυναμόμετρα απορρόφησης ισχύος δεν πρέπει να συγχέονται με τα αδρανειακά δυναμόμετρα, τα οποία υπολογίζουν την ισχύ απλώς και μόνο από τη μέτρηση της ισχύος που απαιτείται για να επιταχύνει ένας κύλινδρος γνωστής μάζας και δεν παρέχουν μεταβλητό φορτίο στον τροχό ή κύλινδρο που περιστρέφεται.

37 Ένα δυναμόμετρο απορρόφησης ισχύος είναι συνήθως εξοπλισμένο με ορισμένα μέσα για τη μέτρηση της ροπής στρέψης και της γωνιακής ταχύτητας περιστροφής. Η Μονάδα Απορρόφησης Ισχύος του δυναμόμετρου, απορροφά την ισχύ που αναπτύσσεται από τη κινητήρια μηχανή. Η ισχύς που απορροφάται από το δυναμόμετρο μετατρέπεται σε θερμότητα και η θερμότητα, σε γενικές γραμμές, διαχέεται στον αέρα του περιβάλλοντος ή μεταφέρεται σε ψυκτικό μέσο (νερό) το οποίο διαχέεται στο περιβάλλον.

38 Δυναμόμετρα αναγέννησης (regenerative), κατά τα οποία η κινητήρια μηχανή οδηγεί ένα κινητήρα συνεχούς ρεύματος, ως γεννήτρια για τη δημιουργία του φορτίου, υπερβαίνουν την ισχύ του συνεχούς ρεύματος και ενδεχομένως, χρησιμοποιώντας έναν αναστροφέα (inverter) συνεχούς / εναλλασσόμενου ρεύματος (DC/AC), μπορούν να τροφοδοτήσουν με ισχύ εναλλασσόμενου ρεύματος το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας - όπου η ισχύς που παράγεται μετατρέπεται τελικά ξανά σε θερμότητα (όπως σε φούρνο ή λαμπτήρα φωτισμού, κλπ).

39 Περιγραφή δυναμόμετρου Δυναμόμετρο Απορρόφησης Ισχύος. 1:ΜΕΚ υπό δοκιμή, 2: Σύνδεσμος μετάδοσης κίνησης, 3:Στροφόμετρο μέτρησης γωνιακής ταχύτητας περιστροφής, 4: Δυναμοκυψέλη, 5:Μοχλοβραχίονας, 6:Κέλυφος δυναμόμετρου, 7: Στροφείο δυναμόμετρου

40 Το δυναμόμετρο αποτελείται από μια μονάδα απορρόφησης και συνήθως περιλαμβάνει ένα μέσο για τη μέτρηση της ροπής και της ταχύτητας περιστροφής. Μια μονάδα απορρόφησης αποτελείται από κάποιο τύπο του στροφείου (ρότορα) μέσα σε ένα κέλυφος. Το στροφείο συνδέεται με τον κινητήρα υπό δοκιμή και είναι ελεύθερο να περιστραφεί σε οποιαδήποτε ταχύτητα απαιτείται για τη δοκιμή. Μεταξύ κελύφους και στροφείου αναπτύσσεται τριβή (είτε με καθαρά μηχανικό τρόπο, είτε με λόγω ιξώδους του ρευστού που παρεμβάλλεται μεταξύ στροφείου και κελύφους είτε με ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, κλπ. ανάλογα με το είδος της απορρόφησης).

41 Ένας τρόπος μέτρησης της ροπής είναι να τοποθετηθεί το κέλυφος του στροφείου του δυναμόμετρου έτσι ώστε να είναι ελεύθερο να περιστραφεί εκτός το ότι συγκρατείται από ένα μοχλοβραχίονα. Ο βραχίονας ροπής είναι συνδεδεμένος με το περίβλημα του δυναμόμετρου και μία δυναμοκυψέλη (ή απλά μία ζυγαριά) είναι τοποθετημένη έτσι ώστε να μετρά την δύναμη που ασκείται από το περίβλημα δυναμόμετρου στην προσπάθειά του να περιστραφεί. Ηροπήστρέψης του κινητήρα είναι η δύναμη που μετράται από τη δυναμοκυψέλη ή τη ζυγαριά, πολλαπλασιαζόμενη επί το μήκος του μοχλοβραχίονα από το κέντρο του δυναμόμετρου. Μία δυναμοκυψέλη μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της ροπής στέψης παρέχοντας ένα ηλεκτρικό σήμα που είναι ανάλογο με τη ροπή.

42 Με ηλεκτρικές μονάδες απορρόφησης της ισχύος, είναι δυνατόν να προσδιοριστεί η ροπή στρέψης με το ρεύμα που τραβάει από τη μονάδα απορρόφησης ισχύος της ΜΕΚ. Αυτή είναι γενικά λιγότερο ακριβής μέθοδος και δεν είναι πολύ πρακτική στη σύγχρονη εποχή, αλλά μπορεί να είναι επαρκής για ορισμένους σκοπούς. Μια μεγάλη ποικιλία στροφόμετρων είναι διαθέσιμη για τη μέτρηση της γωνιακής ταχύτητας περιστροφής. Μερικά είδη μπορεί να παρέχουν ένα ηλεκτρικό σήμα που είναι ανάλογο με την ταχύτητα περιστροφής. Όταν η ροπή και τα σήματα ταχύτητας είναι διαθέσιμα, τα δεδομένα δοκιμών είναι προτιμότερο να μεταδοθούν σε ένα σύστημα ανάκτησης δεδομένων (DAS, Data Acquisition System) παρά να καταγραφούν με το χέρι. Οι στροφές και η μέτρηση ροπής στρέψης μπορεί επίσης να καταγραφούν από ένα όργανο καταγραφής ή εκτυπωτή.

43 Αρχή Λειτουργίας Δυναμόμετρου Κέλυφος πέδης Ζυγός Άτρακτος πέδης - κινητήρα Βάρη αντισταθμίσεως Μοχλόβραχίονας Δείκτης Έδρανα κυλίσεως Βάρη ζυγίσεως Ενεργό μήκος μοχλοβραχίονα L

44 Ροϊκό διάγραμμα Μετρήσεων Αρχή Λειτουργίας: Η ροπή στρέψης του κινητήρα είναι ίση με τη Ροπή (= Δύναμη * Μοχλοβραχίονας) που καταβάλουμε για να φέρουμε αντίσταση στη περιστροφή του στροφαλοφόρου άξονα του κινητήρα. Μετρώντας τη δύναμη πέδησης και τον μοχλοβραχίονα, βρίσκουμε τη ροπή στρέψης του κινητήρα. Μετρώντας τις στροφές του στροφαλοφόρου άξονα, υπολογίζουμε την ισχύ στρέψης του κινητήρα (που είναι η πραγματική ισχύς που φέρει ο στροφαλοφόρος άξονας). Στησυνέχειαυπολογίζουμετημέσηπραγματικήπίεση του κινητήρα.

45 Τύποι δυναμόμετρων Εκτός από την κατάταξη ως δυναμόμετρα απορρόφησης ήενεργά, τα δυναμόμετρα μπορούν να ταξινομηθούν με άλλους τρόπους: (α) Ένα δυναμόμετρο που συνδέεται άμεσα με έναν κινητήρα, είναι γνωστό ως δυναμόμετρο κινητήρα. (β) Ένα δυναμόμετρο που μπορεί να μετρά τη ροπή και την ισχύ που αποδίδεται από το σύστημα μετάδοσης κίνησης ενός οχήματος στον τροχό ή στους τροχούς κίνησης (χωρίς την αφαίρεση του κινητήρα από το πλαίσιο του οχήματος), είναι γνωστό ως δυναμόμετρο πλαισίου ή δυναμομετρική εξέδρα.

46 Τα δυναμόμετρα, μπορούν επίσης να ταξινομούνται από τον τύπο της μονάδας απορρόφησης που χρησιμοποιούν. Υπάρχουν οι ακόλουθοι τύποι απορρόφησης ισχύος: Ηλεκτρομαγνητικών Δινορρευμάτων Μαγνητικής σκόνης Υστέρησης Ηλεκτροκινητήρα / γεννήτρια Πέδη Ανεμιστήρα Υδραυλική πέδησης Πέδη Μηχανικής Τριβής ή πέδη Prony Υδραυλική πέδη με νερό

47 Δυναμόμετρα Ηλεκτρομαγνητικών Δινορρευμάτων Τα ηλεκτρομαγνητικά δυναμόμετρα δινορρευμάτων είναι σήμερα τα πιο κοινά απορροφητικά και χρησιμοποιούνται στις σύγχρονες δυναμομετρικές εξέδρες. Τα ηλεκτρικά δυναμόμετρα δινορρευμάτων παρέχουν γρήγορο ρυθμό μεταβολής του φορτίου. Τα περισσότερα είναι αερόψυκτα, ενώ μερικά είναι σχεδιασμένα να απαιτούν εξωτερικό σύστημα ψύξης με νερό. Τα δυναμόμετρα δινορρευμάτων αποτελούνται από έναν ηλεκτρικά αγώγιμο πυρήνα, άξονα ή δίσκο, κινούμενο σε ένα μαγνητικό πεδίο ώστε να προκαλεί αντίσταση στη περιστροφή. Ο χυτοσίδηρος είναι κοινό υλικό κατασκευής, αλλά ο χαλκός, το αλουμίνιο και άλλα αγώγιμα υλικά μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν

48 Δυναμόμετρο δυνορρευμάτων

49 Δυναμόμετρο Ηλεκτροκινητήρα / Γεννήτριας Το δυναμόμετρο αυτού του είδους αποτελεί ένα εξειδικευμένο τύπο δυναμόμετρου ρυθμιζόμενης ταχύτητας. Η Μονάδα Απορρόφησης Ισχύος μπορεί να είναι είτε με κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος (AC) ή με κινητήρα συνεχούς ρεύματος (DC). Είτε κινητήρας AC είτε κινητήρας DC μπορεί να λειτουργεί ως γεννήτρια που κινείται από τη ΜΕΚ που δοκιμάζεται ή σαν ηλεκτροκινητήρας που οδηγεί στο ξεκίνημα τη ΜΕΚ που θα δοκιμαστεί. Η μονάδα ελέγχου για έναν ηλεκτροκινητήρα AC είναι μία μονάδα με μεταβλητή συχνότητα, ενώ η μονάδα ελέγχου για ηλεκτροκινητήρα κινητήρα DC είναι μια κίνηση DC.

50 Και στις δύο περιπτώσεις, οι αναγεννητικές μονάδες ελέγχου μπορούν να μεταφέρουν ενέργεια από τη ΜΕΚ υπό δοκιμή στην ηλεκτρική μονάδα. Όπου επιτρέπεται, μπορεί το δυναμόμετρο αυτό να παρέχει ηλεκτρική ισχύ στο ηλεκτρικό δίκτυο. Σε δοκιμές του κινητήρα, τα καθολικά δυναμόμετρα δεν μπορούν να απορροφήσουν μόνο την ισχύ του κινητήρα, αλλά επίσης, να οδηγήσουν τον κινητήρα για τη μέτρηση της τριβής, άντλησης απώλειες και άλλους παράγοντες. Τα δυναμόμετρα ηλεκτροκινητήρα / γεννήτριας είναι γενικά πιο δαπανηρά και πολύπλοκα από ό, τι άλλα είδη δυναμόμετρων.

51 Δυναμόμετρο Ηλεκτροκινητήρα / Γεννήτριας

52 Στη πέδη ηλεκτρογεννήτριας, ο εμβολοφόρος κινητήρας αρχικά παίρνει κίνηση από τη γεννήτρια που ενεργεί σαν κινητήρας. Όταν ο εμβολοφόρος κινητήρας βρίσκεται στη κανονική λειτουργία, η ηλεκτρογεννήτρια απορροφά ηλεκτρική ισχύ. Η αύξηση της τάσης και έντασης στα άκρα της γεννήτριας ισοδυναμεί με την αύξηση φορτίου στον άξονα του εμβολοφόρου κινητήρα.

53 Υδραυλικό δυναμόμετρο Το υδραυλικό δυναμόμετρο αποτελείται από μια υδραυλική αντλία, μια δεξαμενή και σωληνώσεις που συνδέουν τα δύο μέρη. Στις σωληνώσεις παρεμβάλλεται μια ρυθμιστική βαλβίδα και μεταξύ της αντλίας και της βαλβίδας ένα μανόμετρο ή άλλο μέσο μέτρησης της υδραυλικής πίεσης. Συνήθως, το υγρό που χρησιμοποιείται είναι υδραυλικό λάδι, αλλά τα νέας τεχνολογίας συνθετικά λάδια πολλαπλών κλασμάτων (multi grade) μπορεί να είναι μια καλύτερη επιλογή.

54 Στη πέδη αυτή, ο κινητήρας φέρεται στον επιθυμητό αριθμό στροφών και η βαλβίδα κλείνει σταδιακά. Καθώς η κατάθλιψη της αντλίας στραγγαλίζεται (περιορίζοντας τη παροχή), το φορτίο στη πέδη αυξάνεται και η πεταλούδα ανοίγει μέχρι το επιθυμητό όριο στροφών. Σε αντίθεση με τα άλλα συστήματα, ηισχύςυπολογίζεται από την ογκομετρική παροχή (υπολογίζεται από τις προδιαγραφές του σχεδιασμού της αντλίας), την υδραυλική πίεση και τον αριθμό σ.α.λ. Τα υδραυλικά δυναμόμετρα φημίζονται για την απόλυτα πιο γρήγορη δυνατότητα αλλαγής του φορτίου, υπερβαίνοντας ελαφρά τα δυναμόμετρα δινορρευμάτων. Το μειονέκτημα είναι ότι απαιτούν μεγάλες ποσότητες ζεστό λάδι υπό υψηλή πίεση και μια δεξαμενή πετρελαίου.

55 Υδραυλική Μονάδα απορρόφησης Ισχύος

56 Υδραυλική πέδη

57

58

59 Λογισμικό πέδης

60 Υδραυλικό δυναμόμετρο

61 Χαρακτηριστική Υδραυλικής πέδης

62 ΜΕΣΗ ΠΙΕΣΗ & ΙΣΧΥΣ ΑΠΩΛΕΙΩΝ Μέση πίεση απωλειών (τριβών) είναι η απώλεια πίεσης και κατά συνέπεια απώλεια ισχύος που αντιστοιχεί στις απώλειες λόγω εσωτερικών τριβών λόγω της κίνησης των κινουμένων μερών της ΜΕΚ.

63 Μέτρηση Ισχύος απωλειών (Α τρόπος) Για μία ΜΕΚ που αποτελείται από z-κυλίνδρους έχουμε ότι: z i= 1 i z ( Θεωρητικ ήισχ ύς ) ( Aπώλεια ισχύος λόγω τριβ ών ) i= 1 i = ( Πραγματικ ή Ισχύς ) z Απενεργοποιώντας έναν κύλινδρο: z 1 z ( Θεωρητική ισχύς ) ( Aπώλεια ισχύος λόγω τριβών ) = ( Πραγματική Ισχύς ) z 1 i= 1 i i= 1 i Αφαιρώντας τις δύο εξισώσεις: Θεωρητική ισχύς απενεργοποιημένου κυλίνδρου = Μείωση της πραγματικής ισχύος

64 Με τη μέθοδο αυτή δεν προσεγγίζεται με μεγάλη ακρίβεια η ισχύς λόγω απωλειών. Μπορούμε όμως να επιβεβαιώσουμε ότι κάθε κύλινδρος βγάζει την ίδια ισχύ. Όταν εφαρμόζουμε τη μέθοδο Morse σε βενζινοκινητήρες, αρκεί να αποσυνδέουμε τον καθένα σπινθηριστή (μπουζί) από τον αντίστοιχο κύλινδρο, αλλά το μείγμα που πηγαίνει στον κύλινδρο που έχει απομονωθεί θα περνά άκαυστο στην εξάτμιση. Σε πολυκύλινδρους βενζινοκινητήρες με ηλεκτρονικό ψεκασμό μπορούμε να απομονώσουμε ηλεκτρικά το σήμα που πηγαίνει σε καθέναν από τους κυλίνδρους

65 Μέτρηση Ισχύος απωλειών (Β τρόπος)

66 Μία εναλλακτική μέθοδος για το προσδιορισμό των απωλειών ισχύος λόγω τριβών που βρίσκει εφαρμογή σε πετρελαιοκινητήρες είναι η γραμμή Willans. Υποθέτουμε και πάλι ότι σε σταθερό ρυθμό περιστροφής η απώλεια ισχύος λόγω τριβών είναι ανεξάρτητη από τη θεωρητική ισχύ του κινητήρα. Αυτή είναι μια λογική υπόθεση και ισχύει αν βρισκόμαστε μακριά από τη περιοχή της μέγιστης ισχύος. Χαράζοντας ένα γράφημα της κατανάλωσης καυσίμου σε συνάρτηση με τη μέρη πραγματική πίεση (bmep), η γραμμή Willans είναι εκείνη που περνά από τα πειραματικά σημεία με τη μέθοδο των ελαχίστων τετραγώνων. Η τετμημένη όπου η γραμμή Willans τέμνει τον οριζόντιο άξονα αντιστοιχεί στη μέση πίεση λόγω απωλειών του κινητήρα.

67 Υπολογισμός ισχύος Μ.Ε.Κ. Για τη κίνηση οχήματος Η πραγματική ισχύς του κινητήρα του οχήματος δίνεται από: I b = μ M v g ρ α C D S v u 2 u I b M v C D S v : : : : πραγματική ισχύς του κινητήρα σε [Watt] μάζα του οχήματος και του φορτίου που μεταφέρει σε [Kg] αεροδυναμικός συντελεστής οπισθέλκουσας, με 0,25 < C D < 0, 50 (αδιάστατος αριθμός) μετωπική επιφάνεια του οχήματος σε [m 2 ]

68 0,012 < μ < 0,015 u : μ : ταχύτητα του οχήματος σε [m/s] συντελεστής τριβής κύλισης μεταξύ ελαστικών και οδοστρώματος, με 0,012 < μ < 0,015 (αδιάστατος αριθμός) ρ a : πυκνότητα του περιβάλλοντος αέρα, με ρ α = P a R T a σε [Kg/m 3 ]

69 Ογκομετρική απόδοση Μ.Ε.Κ. Είναι η παροχή όγκου αέρα που πραγματικά εισέρχεται στον κινητήρα διά τον όγκο εμβολισμού του κινητήρα. n v = 4 π m a ρ z V ω α h = ρ α m z V h a RPM 120 Τυπικές τιμές της ογκομετρικής απόδοσης για 4-Χ ατμοσφαιρικούς κινητήρες είναι της τάξης του 80% - 90% Η ογκομετρική απόδοση Μ.Ε.Κ. είναι μία παράμετρος που μετρά την αποτελεσματικότητα του συστήματος εισαγωγής του κινητήρα.

70 Η ογκομετρική απόδοση χρησιμοποιείται μόνο για 4-Χ κινητήρες όπου υπάρχει ένα ξεχωριστό σύστημα εισαγωγής. Η ογκομετρική απόδοση σε κινητήρες Diesel είναι μεγαλύτερη από ότι σε κινητήρες Otto. Η ογκομετρική απόδοση έχει άμεση σχέση με τη πραγματική ισχύ που αποδίδει ο κινητήρας διότι η ποσότητα αέρα που μπαίνει στους κυλίνδρους μίας ΜΕΚ προσδιορίζει τη ποσότητα καυσίμου που θα καεί. Βενζινοκινητήρες με καρμπυρατέρ ή ψεκασμό μονού σημείου έχουν μικρότερη ογκομετρική απόδοση από ότι με πολλαπλό ψεκασμό. Κινητήρες άμεσου ψεκασμού έχουν ακόμη μεγαλύτερη ογκομετρική απόδοση.

71 Επηρεάζεται από το είδος καυσίμου, το σχεδιασμό του συστήματος εισαγωγής του κινητήρα και από άλλες λειτουργικές παραμέτρους όπως: 1.Το λόγο αέρα/καυσίμου, ποσοστό του καυσίμου που εξατμίζεται στη πολλαπλή εισαγωγή. 2. Τη ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα. 3. Το βαθμό συμπίεσης του κινητήρα. 4. Τη πίεση στην εισαγωγή και εξαγωγή της πολλαπλής εισαγωγής 5. Το σχεδιασμό του συστήματος εισαγωγής.

72 Κατανομή ογκομετρικής απόδοσης αριθμού στροφών