KURZUS: Járműfenntartás, diagnosztika

MODUL: I. modul: Járműdiagnosztika

4. lecke: Instacioner üzemállapotú motorteljesítmény mérés

| A lecke célja: A hallgató ismerje meg a gépjárművek görgős járműfékpadi motor-teljesítménymérésének eszközeit, méréstechnikai alapelveit és módszereit. Legyen képes azokat a gyakorlatban is alkalmazni.
Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 50 percre lesz szüksége.
Kulcsfogalmak:
hajtáslánci veszteségek, szabad gyorsítás és kifuttatás, sebességfüggő veszteségek, nyomatékfüggő veszteségek, teljesítmény helyesbítés és korrekció
A teljesítménymérés alapjai
Tevékenység: A motor hajtásláncának tehetetlenségi nyomatékokat alapul vevő felvázolásával elemezze a szabad gyorsítással és kifuttatással történő motorteljesítmény-mérés alapelvét. Állítsa össze a mérési és kiértékelési technológiát.
A görgős járműfékpadok segítségével a keréken leadott teljesítményt (kerékteljesítmény), nyomatékot, erőt (vonóerő) lehet mérni. Ezek az értékek a jármű országúti jellemzői. A motor effektív jellemzői azonban a padba épített fékgép segítségével nem határozhatók meg, ugyanakkor a gyártók általában ezeket a jellemzőket (effektív motorteljesítmény, effektív motornyomaték) adják meg. A továbbiakban ennek az ellentmondásnak a feloldására mutatunk be egy módszert.
A terheletlen jármű hajtáslánc-elemeinek mozgásviszonyai
A mérés kiinduló állapota, hogy a pad görgőinek terhelését (fékgép) kikapcsoljuk és a padon álló jármű hajtásláncát teljes terhelésű (teljes gáz) szabad gyorsításban gyorsítjuk fel a névleges motorfordulatszámig a vizsgálati sebességfokozatban (gyorsulási szakasz). Ezt követően a tengelykapcsolót oldva, a sebességváltót az adott fokozatban hagyva, hagyjuk megállásig lelassulni az autót (lassulási szakasz).
Ilyenkor a motornak az 1. ábrán ábrázolt tehetetlenségi nyomatékokat kell felgyorsítania.
A jármű hajtásláncának tehetetlenségi nyomatékai
1. ábra
Az 1. ábrán látható rendszerre felírhatjuk fel az energiaegyenletet, mely szerint a rendszerbe bevezetett munka időbeli változása ( P e - effektív motorteljesítmény) egyenlő a kinetikai energia ( E k ), a potenciális energia ( E p ) és az elvezetett hő ( Q) időbeli változásával:
P e = d E k d t + d E p d t + d Q d t
Mivel a potenciális energia a mérés során nem változik:
P e = d E k d t + d Q d t
A rendszer kinetikai energiájának megváltozása a kerék, illetve a pad görgőinek gyorsításában nyilvánul meg, tehát ez a tag a kerékteljesítménnyel ( P k ) egyenlő. Az elvezetett hő, viszont a hajtási veszteség teljesítménnyel ( P v ) egyenlő:
P e = P k + P v
A forgó mozgás dinamikai alapegyenlete felírható mind a gyorsítási, mind a kifuttatási szakaszra:
P=M⋅ω=( θ red ⋅ε )⋅ω= θ red ⋅ d 2 φ d t 2 ⋅ d φ d t
Ahol: ω a görgőspad görgőjének szögsebessége Θ r e d a jármű hajtásláncának a görgőspad görgőjének tengelyére redukált tehetetlenségi nyomatéka ϕ a görgő szögelfordulása ε a görgő szöggyorsulása t idő
A gyorsulási szakasz alapegyenlete:
P veszt = P ″ v,f( M ) + P v,f( ω ) + P vpad,f( v g )
P kerék = ω g ⋅ ε g + ⋅[ θ mot,red + θ jármű_red + θ pad ]
Ahol: f( M ) az f( M ) indexű tagok a vonóerő függő veszteségek f(ω) az f(ω) indexű tagok a sebesség-függő függő veszteségek g index görgő Θ mot,red motor tehetetlenségi nyomaték görgőtengelyre redukált értéke Θ jármű,red a jármű tehetetlenségi nyomaték görgőtengelyre redukált értéke Θ pad,red a görgőspad tehetetlenségi nyomaték görgőtengelyre redukált értéke + index gyorsulás - index lassulás
A lassulási szakasz alapegyenlete:
P veszt = P ′ v,f( M ) + P v,f( ω ) + P v p a d,f( v g )
P fékező = ω g ⋅ ε g − ⋅[ θ jármű,red + θ pad ]
A fenti egyenletekben a P v,f(M) érték egy illetve két vesszővel jelölt változata arra utal, hogy a gyorsítási és a lassítási szakaszban különböző ez a veszteség hányad, hiszen a lassítási fázisban a motort leválasztjuk a rendszerről.
A figyelembe vett veszteségek elemzése
A vonóerő-függő veszteségek ( M F ) között az alábbi értékek gyakorolnak befolyást a mérésre. A zárójelben szereplő számérték csupán a nagyságrendet adja meg, hogy viszonyítani tudjunk.
A vonóerő-függő veszteségek ( M F ):
fogaskerék súrlódási veszteség (a motor effektív teljesítményének ( P e ) mintegy 7%-a) szlip a gumiabroncs és a görgő között (a motor effektív teljesítményének ( P e ) mintegy 7%-a)
Sebességfüggő veszteségek ( M v ):
olajkavarási és ventillációs veszteség a hajtóműben (a motor effektív teljesítményének ( P e ) mintegy 2%-a) gumigyúródási munka (a motor effektív teljesítményének ( P e ) mintegy 7-20%-a)
A figyelembe vett veszteségek elemzése alapján megállapíthatjuk, hogy a keréken leadott teljesítmény kb. a 2/3-a a motor effektív teljesítményének. A veszteséget okozó egységeket a 2. ábra szemlélteti.
Veszteségelemzés
2. ábra
A motorteljesítmény meghatározása
A gyorsítási és lassítási szakaszok regisztrátumait a 3. ábra mutatja. Ennek alapján és az előzőekben ismertetett összefüggéseknek megfelelően, a motor effektív teljesítménye az alábbi alakban írható fel. A gyakorlatban ez a 3. ábrán látható gyorsítási függvény (pozitív) ágára a negatív (lassítási) metszékek felmérést jelenti.
P mot,ef f = ω g ⋅ ε g + ⋅[ θ mot,red + θ jármű, red + θ pad ]+ ω g ⋅ ε g − ⋅[ θ jármű, red + θ pad ]+ P ″ v,f( M )
A teljesítménymérés regisztrátuma
3. ábra
A teljesítmény érték meghatározásához még a Θ red értékre van szükség. Ezt úgy határozhatjuk meg, hogy a 3. ábrán látható diagram P k görbéjének szélsőértékéhez (maximum) tartozó sebesség értéknél a görgőspad fékgépe segítségével megmérjük a teljes terhelési teljesítmény értékét. Ez osztva a 3. ábrán látható ω⋅e értékkel, éppen a Θ red értéket adja. Ennek segítségével a 3. ábra diagramja már kW léptékkel skálázható.
Mivel azonban a gyorsítási és a lassítási ág vonóerő-függő teljesítménye nem azonos, az így kapott értéket az alábbi empirikus összefüggés szerint helyesbíteni kell:
P mot = P mot,görbe + P k,mért ⋅0,1
Mivel P v,f( M ) =0,1⋅ P k,mért
Az eljárás fő előnye, hogy járműbe épített állapotban képesek vagyunk a motorteljesítmény érték meghatározására. Ez egyébként csupán motorféktermi mérésekkel lenne elvégezhető, amelynek azonban jelentős járulékos költségei vannak.
Az ismertetett módszer ugyanakkor a mindennapi diagnosztikai méréstechnikában is kitűnően felhasználható.

| Önellenőrző kérdések
1. A motor effektív jellemzői meghatározhatók a görgős jármű fékpadba épített fékgép segítségével?
| Igen
| Nem.
2. Mit jelent az instacioner üzemállapotú motorteljesítmény mérés?
| Európa tesztciklust vezetünk végig a padon.
| A mérés kiinduló állapota, hogy a pad görgőinek terhelését (fékgép) kikapcsoljuk és a padon álló jármű hajtásláncát teljes terhelésű (teljes gáz) szabad gyorsításban gyorsítjuk fel a névleges motorfordulatszámig a vizsgálati sebességfokozatban (gyorsulási szakasz). Ezt követően a tengelykapcsolót oldva, a sebességváltót az adott fokozatban hagyva, hagyjuk megállásig lelassulni az autót (lassulási szakasz).
| Mérjük az autó gyorsulási idejét.
4. Milyen összefüggésből indulunk ki a görgős padi motorteljesítmény mérésnél?
| Newton második törvényéből.
| A termodinamika főtételéből.
| Az energiaegyenletből, mely szerint a rendszerbe bevezetett munka időbeli változása ( P e - effektív motorteljesítmény) egyenlő a kinetikai energia ( E k ), a potenciális energia ( E p ) és az elvezetett hő ( Q) időbeli változásával.
5. Melyik egyenlet értelmezi a mérés során felvett jelleggörbéket?
| Az indikált teljesítmény egyenlete.
| A rendszer kinetikai energiájának megváltozása a kerék, illetve a pad görgőinek gyorsításában nyilvánul meg, tehát ez a tag a kerékteljesítménnyel ( P k ) egyenlő. Az elvezetett hő, viszont a hajtási veszteség teljesítménnyel ( P v ) egyenlő, azaz: P e = P k + P v
| A belső energia egyenlet.
6. Hogyan írható fel a forgó mozgás dinamikai alapegyenlete?
| A szöggyorsulás függvény időbeli deriválásával.
| Maximális fordulatszámot növelem.
| P=M⋅ω=( θ red ⋅ε )⋅ω= θ red ⋅ d 2 φ d t 2 ⋅ d φ d t
| A szöggyorsulás függvény integrálásával.
7. Körülbelül milyen összefüggés van a keréken leadott teljesítmény a motor effektív teljesítménye között?
| A keréken leadott teljesítmény körülbelül az 1/3 a motor effektív teljesítményének.
| A keréken leadott teljesítmény körülbelül a 2/3 a motor effektív teljesítményének.
| A keréken leadott teljesítmény körülbelül a fele a motor effektív teljesítményének.
8. Hogyan kell helyesbíteni az instacioner teljesítmény mérés eredményét?
| A gyorsítási és a lassítási ág vonóerő-függő teljesítménye nem azonos, az így kapott értéket az alábbi empirikus összefüggés szerint helyesbíteni kell: P mot = P mot,görbe + P k,mért ⋅0,1
| Nem kell helyesbíteni a mért értéket.
| A pad hatásfokának megfelelően.
9. Milyen elemekből áll a hajtáslánci veszteség?
| A motor súrlódási veszteségeiből.
| A gumiabroncs és a kerék közötti veszteségből.
| Nyomatékváltó, híd áttétel, csapágysúrlódás, gördülési ellenállás.
10. Milyen fő részekre bontható fel a hajtáslánci veszteség?
| Vonóerőfüggő és sebességfüggő veszteség.
| Légellenállás jellegű veszteség és súrlódási veszteség.
| Lineáris és négyzetes jellegű veszteségek.