ispitivanje motora_lab vezba

http://motori.mas.bg.ac.rs 1

CENTAR ZA MOTORE MFB

Predmet: Motori SUS semestar 5 pozicija: 5.5_OAS, 1.5_MAS ifra: 0866 motori sus M, 0849 motori sus

Tema: Ispitivanje motora


1 ISPITIVANJE MOTORA

1.1 CILJ ISPITIVANJA MOTORA

Osnovni i cilj eksperimentalnog ispitivanja motora je odreivanje osnovnih pogonskih veliina motora. Poznavanje pogonskih veliina neophodno je za:

1. razvoj konstrukcije motorskih sklopova i motora kao celine 2. definisanje i razvoj algoritma upravljanja procesom u motoru 3. pravilnu eksploataciju motora

Osnovne i najvanije pogonske veliine su:

1. efektivni obrtni moment (Me) 2. efektivna snaga (Pe) 3. efektivni pritisak (pe) 4. srednji broj obrtaja (n) 5. srednji protok goriva - asovna potronja goriva (Gh) 6. srednji protok vazduha (GA)

7. specifina efektivna potronja goriva (ge), odnosno efektivni stepen korisnosti (e) Zavisno od cilja i namene eksperimentalnog ispitivanja motora, mere se i odreuju i sledei parametri:

1. koeficijent vika vazduha 2. odnos masenog protoka vazduha i goriva (A/FR, AFR) 3. sastav izduvnih gasova (koncentracije toksinih komponenata izduvnih gasova HC, CO, NOx, dim,

partikulati) 4. emisija buke

1.2 RADNI REIM MOTORA

Radni reim motora definisan je dvema nezavisnim veliinama - brojem obrtaja motora i optereenjem motora. Kao reprezent optereenja najee se koristi jedan od sledeih parametara:

efektivni obrtni moment (Me)

efektivna snaga (Pe)

efektivni pritisak (pe) Zavisno od cilja, namene ispitivanja, organizacije eksperimenta i raspoloive merne opreme, kao reprezent

optereenja moe se pratiti, meriti i prikazati poloaj regulacionog organa ( - poloaj prigunog leptira, zupaste letve, APP - Accelerator Pedal Position, vreme ubrizgavanja...) ili srednji maseni protok vazduha kroz motor (GA). Optereenje motora zadaje se poloajem regulacionog organa motora - poloajem prigunog leptira kod benzinskih motora, odnosno poloajem zupaste letve ili odmeravajueg ventila kod dizel motora sa sistemima sa mehanikom regulacijom. Kod motora sa akumulatorskim sistemima za ubrizgavanje (Common Rail - CR) kao mera optereenja uzima se koliina ubrizganog goriva, odnosno trajanje elektrinog impulsa za otvaranja brizgaa.

1.3 PRIKAZ INSTALACIJE ZA ISPITIVANJE MOTORA

Eksperimentalno ispitivanje motora obavlja se na posebno pripremljenim instalacijama. Osnovni elemnti instalacije su:

1. ispitivani motor 2. motorska konica kojom se simulira spoljno optereenje koje motor savlauje 3. ureaj za merenje broja obrtaja motora 4. set osnovnih mernih lanaca za praenje stanja motora tokom ispitivanja (temperatura rashladnog sredstva,

temperatura sredstva za podmazivanje, pritisak sredstva za podmazivanje, temperatura izduvnih gasova) 5. ureaj za merenje srednjeg protoka goriva 6. ureaj za merenje srednjeg protoka vazduha 7. ureaj za merenje osnovnih termodinamikih parametara vazduha u prostoriji za ispitivanje motora

(temperatura vazduha, barometarski pritisak, relativna vlanost vazduha)


Na slici 1 prikazana je instalacija za osnovno eksperimentalno ispitivanje motora.

Sl. 1 - prikaz osnovne instalacije za ispitivanje motora

1. preista za vazduh 2. ureaj za merenje protoka usisnog vazduha 3. rezervoar za umirivanje pulzacija 4. sistem za formiranje smee 5. usisni sistem motora 6. senzor temperature rashladne tenosti 7. hladnjak rashladne tenosti 8. termostatski upravljan EM ventili hladnjaka

rashladne tenosti 9. runo upravljan ventili hladnjaka rashladne

tenosti 10. hladnjak sredstva za podmazivanje 11. termostatski upravljan EM ventili hladnjaka

sredstva za podmazivanje 12. runo upravljan ventili hladnjaka sredstva za

podmazivanje 13. glavni ventil za prikljuenje sistema hlaenja

motora na mreu 14. senzor temperature sredstva za

podmazivanje 15. pumpa rashladnog sredstva 16. oslonci motora na probnom stolu 17. pumpa sredstva za podmazivanje motora 18. adapter za prikljuenje hladnjaka sredstva za

podmazivanje

19. senzor pritiska sredstva za podmazivanje 20. izduvna grana motora 21. vratilo za povezivanje motora i motorske

konice 22. glavni zduvni kolektor sa sistemom za

evakuaciju izduvnih gasova 23. motorska konica 24. sistem za regulaciju optereenja konice 25. glavni ventil za prikljuenje konice na mreu 26. upravljaki sistem motorske konice 27. kontrola optereenja motora 28. trokraka slavina 29. merna bireta (sistem za merenje potronje

goriva) 30. dnevni rezervoar za gorivo 31. U-cev za merenje depresije na venturiju 32. U-cev za merenje depresije ispred venturija 33. sabirni kolektor za gorivo (gorivo iz birete +

gorivo iz povratnog voda) 34. senzor broja obrtaja motora 35. sistem za merenje sile koenja motora 36. pumpa za gorivo 37. senzor temperature izduvnih gasova 38. kombinovani modul za merenje temperature,

pritiska i vlanosti spoljne sredine

Tv

Tg

Tu

pu

ta

dpv dp1

pa

n

F

KM

KK

3

2

1

7

8

10

13

4

11

6

14 15 22

26

27

20

28

37 36

31

32

5

38

9

12

23

ha

35 34 33

29

30

16 17 21 24 2518 19


1.4 MERENJE OBRTNOG MOMENTA MOTORA - MOTORSKA KONICA (DINAMOMETAR)

Obrni moment ispitivanog motora prenosi se na motorsku konicu pomou vratila. Minimalna dozvoljena dezaksijalnost kolenastog vratila motora i vratila rotora motorske konice kompenzuje se elastinim spojnicama ili kardanskim zglobovima na vratilu. Motorska konica ima osnovni zadatak da simulira spoljno optereenje koje motor treba da savlada i da apsorbuje mehaniku energiju koju daje motor (apsorbovana energija se pretvara u toplotnu ili elektrinu). Simulirano spoljno optereenje koje motor treba da savlada zadaje se posredstvom regulacionog organa motorske konice. Motorska konica, zavisno od konstrukcije moe biti mehanika, vazduna (sa elisom poznatih karakteristika, koristi se za ispitivanje avionskih klipnih motora), hidraulika i elektrina. Najee se koriste hidraulike konice sa profilisanim kolom rotora i statora i elektrine konice sa vihornim strujama. Najpoznatiji proizvoai su Schenck-Horiba, AVL-Zoellner, Froude-Consine i Borghi & Saveri.

1.4.1 Hidraulina motorska konica

Na slici 2 prikazan je presek tipinog izvoenja jedne hidraulike konice sa profilisanim kolom rotora i statora (primer AVL-Zoellner, princip Foettinger). Konica se napaja vodom (vodovodna mree ili zatvoreni kruni tok sa sistemom za hlaenje) pod konstantnim pritiskom. Potreban protok vode odreuje se prema maksimalnoj dozvoljenoj temperaturi u statoru konice (podatak koji deklarie proizvoa konice). Optereenje koje motor treba da savlada javlja se kao posledica hidraulikog trenja koje se javlja pri prestrujavanju vode izmeu profilisanih lopatica rotora i statora konice. Pod dejstvom centrifugalne sile koja se javlja pri obrtanju rotora motorske konice (direktno povezan sa kolenastim vratilom ispitivanog motora), voda koja se nalazi u konici rasporeuje se po obodu u vidu prstena. Simulirano optereenje koje motor savlauje zavisi, pored konstruktivnih parametara samog hidraulikog kola motorske konice (prenik, oblik kola, broj lopatica, napadni ugao i sl.), od radijalne debljine vodenog prstena koji se zadaje pomou regulacionog organa konice. Poveanjem radijalne debljine prstena poveava se ukupni hidrauliki otpor i optereenje koje motor savlauje.

Sl. 2 - Presek hidraulike konice sa profilisanim kolom rotora i statora (AVL-Zoellner)

SENZOR SILE

ROTOR

STATOR

LEAJ ROTORA

LEAJ STATORA

VENTILI ZA REGULACIJU

PROTOKA VODE

PRITUBNICA

VRATILO


1.4.2 Motorska konica sa vihornim strujama

Tip motorske konice sa vihornim strujama je trenutno najzastupljniji u laboratorijama za ispitivanje motora. Princip rada ovakvih konica zasniva se na teoriji vihornih struja koje se indukuju unutar rotirajueg diska izraenog od elektro-provodnog materijala posredstvom delovanja elekromagnetnog polja generisanog od strane namotaja u statoru konice. Kontrolisanjem veliine struje i napona u namotaju statora konice, kontrolie se jaina magnetnog polja koje deluje na obrtni disk (rotor) koji se nalazi u tom magnetnom polju, a time se posredno deluje na moment koenja. Zbog visokih mehanikih i termikih optereenja, rotor se najee izrauje od elika, ali postoje ovakve konice sa aluminijumskim i bakarnim rotorima. Ovakav tip konice omoguava relativno brzu promenu spoljanjeg optereenja motora, odnosno momenta koenja motora, koja moe da prati promenu optereenja motora sa upravljake strane (promena poloaja regulacionog oragana optereenja motora). Moderne konice sa vihornim strujama pored odravanja stabilnog momenta koenja motora, odnosno simuliranja stacionarnog radnog reima, poseduju mogunost precizne kontrole prelaznih reima, odnosno reima ubrzavanja i usporavanja motra.

1.4.3 Merenje sile koenja

Rotor motorske konice oslonjen je u kuitu statora preko leajeva. Da bi merenje obrtnog momenta bilo mogue, motorska konica se izvodi sa tzv. labilnim uleitenjem statora, to znai da je i stator oslonjen preko para leajeva na nosau konice. Hidrauliko trenje koje se javlja u konici dovodi do pojave reaktivnog momenta koji tei da zakrene kuite statora, a koji je jednak aktivnom, odnosno, obrtnom momentu motora. Taj efekat se koristi za odreivanje sile koenja. Posredstvom poluge poznate duine lK, moment se prenosi do sistema (ureaja) za merenje sile koenja FK, i na osnovu ta dva parametra mogue je odrediti obrtni moment motora. Sila koenja moe se meriti pomou:

1. mehanikih sistema - vaga, koje se isporuuju kao sastavni deo same motorske konice. Skala mehanike vage moe biti prilagoena merenju sile (N, kp, lbs) ili direktnom merenju obrtnog momenta (Nm, kpm, lbs ft i sl.)

2. elektrinih pretvaraa - senzora sile, najee izraenih na principu punog mernog mosta sa mernim trakama. U tom sluaju neophodan je kompletan merni lanac za kondicioniranje signala (napajanje senzora i pojaanje mernog signala).

1. rotor 2. vratilo rotora 3. prirubnica 4. izlaz vode za haenje sa termostatom 5. kalem 6. kuite rotora 7. komore za hlaenje 8. vazduni zazor 9. induktivni dava za broj obrtaja 10. elastini oslonci 11. nosa konice 12. ulaz vode za hlaenje 13. elastini spoj cevi 14. odvod vode za hlaenje


Princip merenja sile koenja i odreivanja obrtnog momenta prikazan je na slici 3.

Sl. 3 - Princip merenja sile koenja pomou senzora sile

1.5 MERENJE UGAONE BRZINE (BROJA OBRTAJA) MOTORA

Merenje ugaone brzine (broja obrtaja motora), principijelno moe biti obavljeno na razliite naine, a merna metoda e zavisiti od pristupanosti pojedinih delova motora, cilja ispitivanja, mesta na kome se obavlja ispitivanje i sl. U laboratorijskim uslovima, za eksperimentalno ispitivanje motora na probnom stolu najee se koriste sledee metode:

1. generatorski dava 2. induktivni dava 3. Hallov dava

1. Merenje broja obrtaja pomou generatorskog davaa - Ova metoda se zasniva na direktnoj proporcionalnosti izlaznog napona generatora struje i broja obrtaja vratila generatora. U konkretnom izvoenju, generator struje povezuje se sa vratilom motorske konice (direktno - saosno, ili preko prenosnika sa zupastim kaiem). Naponski signal sa generatora meri se pomou preciznog voltmetra ija je skala, umesto u jedinicama za napon (V), prikazana u jedinicama za merenje broja obrtaja (najee min

-1, ili 10

3x min

-1). Principijelno izvoenje mernog

lanca sa generatorskim davaem prikazan je na slici 4. 2. Merenje broja obrtaja kolenastog vratila motora pomou induktivnog i Hallovog senzora u principu su vrlo slini. U oba sluaja, metoda se svodi na merenje frekvencije naponskog signala sa senzora, koji se javlja svaki put kada zub zupastog diska (posebno ugraenog za potrebe merenja broja obrtaja, ili zupastog venca zamajca samog motora) proe pored senzora. Osnovna razlika izmeu ove dve metode sastoji se u tipu senzora, prirodi signala i nainu njegove obrade.

Lk

Fk

POJAIVA

SIGNALA SA

POKAZNIM

INSTRUMENTOM

MERNI

PRETVARA

(SENZOR SILE)

ZGLOBNA

VEZA

ZGLOBNA

VEZA

STATOR

KONICELEAJ

STATORA

KONICE

OSLONAC

VRATILO


Sl. 4 - Princip merenja broja obrtaja pomou generatorskog davaa

1.5.1 Induktivni senzor

Senzor funkcionie na principu indukcije struje u namotaju koji je izloen promeni magnetnog polja. Nain ugradnje induktivnog senzora prikazan je na slici 5. Do promene intenziteta magnetnog polja permanentnog magneta dolazi svaki put kada meta (zub zupanika) preseca linije sila magnetnog polja. Karakteristike senzora zavise prvenstveno od karakteristike magneta, broja namotaja i prenika provodnika. Osnovne karakteristike induktivnog senzora su:

za datu konstrukciju senzora, intenzitet signala zavisi od radijalnog zazora izmeu senzora i mete (zuba zupanika) i relativne brzine mete (ugaone brzine diska, odnosno zupanika) - ekstremno irok opseg signala Us=1 mV-100 V

sinusna priroda signala (sa periodinom promenom polariteta) senzor je aktivnog tipa (ne zahteva napajanje)

1. - permanentni magnet 2. - kuite 3. - nosa 4. - feritno jezgro 5. - namotaj 6. - zupanik

Sl. 5 - Nain ugradnje i tok signala sa induktivnog senzora za merenje broja obrtaja

1.5.2 Hallov senzor

Kao i u sluaju induktivnog senzora, i za primenu Hallovog senzora neophodan je permanentni magnet. Senzor funkcionie na principu promene izlaznog signala Hallovog poluprovodnikog sloja pri promeni intenziteta magnetnog polja kome je izloen. Kao i u sluaju induktivnog senzora, do promene intenziteta magnetnog polja permanentnog magneta dolazi svaki put kada meta (zub zupanika) preseca linije sila magnetnog polja. Za merenje broja obrtaja najpogodniji su tzv. prekidai na bazi Hallovog senzora (Hall Switch) kod kojih je izlazni signal uoblien i prilagoen sistemu za merenje frekvencije (TTL signal, 0-5 V). Tok signala prikazan je na slici 6.

POJAIVA

SIGNALA SA

POKAZNIM

INSTRUMENTOMMERNI

PRETVARA

(SENZOR SILE)

STATOR

KONICE

LEAJ

STATORA

KONICE

OSLONAC

ZUPASTI KAI

ZUPASTA REMENICA

VRATILA KONICE

ZUPASTA REMENICA

VRATILA DAVAA

VRATILO

GENERATOR (DAVA

BROJA OBRTAJA)

POKAZNI INSTRUMENT

(VOLTMETAR)


Sl. 6 - Princip merenja broja obrtaja pomou generatorskog davaa

Osnovne karakteristike Hallovog senzora/prekidaa su:

za datu konstrukciju senzora, intenzitet signala zavisi od radijalnog zazora izmeu senzora i mete (zuba zupanika) i relativne brzine mete (ugaone brzine diska, odnosno zupanika) - opseg izlaznog signala zavisi od napona napajanja, kod prekidaa je

oblik signala odgovara obliku mete (zuba), tj. prati oblik mete u radijalnom pravcu, u sluaju prekidaa sa ugraenim kondicionerom signal je digitalnog nivoa (0-5 VDC)

senzor je pasivnog tipa (zahteva napajanje, 5 VDC, 10 VDC)

1.6 MERENJE TEMPERATURE MOTOSRKIH FLUIDA

Tokom eksperimentalnog ispitivanja motora neophodno je pratiti tremiki nivo sredstva za hlaenje i podmazivanje, s obzirom da ova dva parametra direktno ukazuju na termiko optereenje samog motora i ispravnost sistema za hlaenje obe tenosti. Temperatura izduvnih gasova takoe ukazuje na termiko optereenje motora, i indirektno na podeavanje osnovnih parametara sistema za paljenje/ubrizgavanje (smanjenje ugla pretpaljenja kod benzinskih motora, odnosno ugla ubrizgavanja kod dizel motora, dovodi do poveanja temperature izduvnih gasova, npr.), ili poveane otpore u izduvnoj instalaciji. Oekivani opsezi za navedene parametre su sledei:

temperatura rashladne tenosti: 80-95 oC (do 105

oC, izuzetno, kod motora sa zatvorenim sistemom

hlaenja pod pritiiskom)

temperatura sredstva za podmazivanje: 75-110 oC (oksidacija - trajna degradacija sredstva za

podmazivanje zapoinje na oko 120 oC, kod visokokvalitenih sintetskih ulja do 140

oC)

temperatura izduvnih gasova: 350-900 oC (benzinski motori), 250-650

oC (dizel motori)

emperatura izduvnih

1.6.1 Termootporni senzori temperature

Termootporni senzori temperature funkcioniu na principu promene elektrinog otpora provdnika pri promeni temperature. U principu, za izradu ovakvih senzora moe se koristiti bilo koji metalni provodnik (sa pozitivnim temperaturskim koeficijentom). U praksi, to je i odgovarajuim standardima definisano, koriste se iskljuivo senzori izraeni na bazi platine (Pt) i nikla (Ni). Zavisnost temperature i elektrinog otpora, u pojednostavljenoj formi, u optem sluaju, daje se na sledei nain:

00000 11 tttRttRtR gde su parametri definsani na sledei nain:

R(t) el. otpor provodnika na datoj temperaturi t R0 el. otpor provodnika na referentnoj temperaturi t0

temperaturski koeficijent (oC

-1)

U sluaju senzora, izraz dobija sledei oblik

refmrefrefrefrefmS tttRttRtR 11 RS(t) el. otpor senzora na temperaturi kojoj je izloen (merena temperatura) tm Rref(tref) el. otpor senzora na referentnoj temperaturi tref (parametar definisan standardom)

temperaturski koeficijent (oC

-1)


Navedeni izrazi podrazumevaju linearnu zavisnost na punom opsegu, to u praksi nikad nije mogue postii. Primena ovakvog izraza je ograniena na deo opsega (najee do 100

oC) i na irem mernom opsegu moe

dovesti do znaajnih greaka. Prema vaeim standardima (IST-90, npr.) zavisnost elektrinog otpora senzora od merene temperature definisana je polinomom 5. stepena:

5

0

k

k

k

refmmkrefrefmS ttttRtR

Termootporni senzori, prema standardu IEC 60751, oznaavaju se na sledei nain: primer: Pt-100 A Pt - oznaka materijala (Pt - platina ili Ni - nikl)

100 - referntna otpornost na tref=0 oC (100 , 500 ,1000 )

A - klasa tanosti (DIN / IEC751 klasa A, B, B/3, npr.)

U konkretnom primeru (Pt-100 A ) prikazan je senzor na bazi platine, referentne otpornosti 100 @ 0 oC, klase

tanosti A (0.1 oC @ 0

oC).

Osnovne karakteristike senzora na bazi platine su:

temperaturski opseg: -200-750 (970) oC (senzori sa Pt icom namotani na staklenom jezgru)

-50-550 oC (senzori na kermikom supstratu - Thin Film)

tip: pasivan (neophodno napajanje senzora)

visoka tanost: 0.1-1.0 oC

visoka pouzdanost

odlina vremenska stabilnost

visoka linearnost u opsegu do 100 oC

odlina otpornost na vibracije (Thin Film)

srednji temperaturski koeficijent =0.00385055 C-1

(3850 ppm)

Sl. 7a - Prikaz senzora izraenog na keramikom supstratu (Thin Film, Heraeus MFK-422, Pt-100)

Sl. 7b - Dijagram promene elektrinog otpora senzora Pt-100 sa

promenom temperature (srednji temp. koeficijent =3850 ppm

1.6.2 Termoparovi

Princip rada termopara zasnovan je na Zebekovom (Seebeck, 1821.) efektu. Taj efekat se javlja kada se spojevi dva metalna provodnika razliitih karakteristika izloe dejstvu razliitih temperatura, pri emu se zbog razlike u strukturi reetaka ta dva provodnika javlja tzv. termoelektromotorna sila. Ta termoelektromotorna sila proporcionalna je razlici temperatura mernog mesta i uporednog (referentnog mesta, ili mesta na kome se nalazi merni instrument). Zavisnost je data na sledeim izrazom:

refmm tttk gde su parametri definisani na sledei nain

termoelektromotorna sila (naponski signal) k(tm) temperaturski koeficijent (V/

oC)

tm temperatura mernog mesta tref temperatura referntnog mesta

Ovaj efekat ilustrovan je primerom za sluaj kombinacije gvoe-konstantan (Fe-CuNi). Na slici 8a prikazan je sluaj temperaturske razlike od 100

oC, dok je u drugom sluaju (sl. 8b) prikazan sluaj merenja napona

instrumentom koji se nalazi na hladnom spoju koji se nalazi natemperaturi od 20 oC. Vrednost oitanog napona

odgovarae temperaturskoj razlici (80 oC) a ne temperaturi mernog mesta (100

oC).


Sl. 8a - termoelektrini efekat - razlika temperatura mernog i uporednog mesta iznosi 100

oC

Sl. 8b - termoelektrini efekat - temperatura mernog mesta 100

oC,

merni instrument se nalazi na temperaturi od 20 oC, oitana vrednost

odgovara razlici od 80 oC,

Osnovne karakteristike termoparova su:

termopar je senzor diferencijalnog tipa, tj. neophodno je obezbediti stabilnu temperatursku referncu u odnosu na koju se odreuje merena temperatura (referentna temperatura, tzv. hladan spoj)

aktivan senzor (ne zahteva napajanje

ekstremno niska temperaturska osetljivost (temperatusrski koeficijent je u proseku oko 10-50 V/oC)

izraena nelinearnost

ograniena tanost senzora 0.1-5.0 oC

irok temperaturski opseg (i do 1800 oC)

male dimenzije (prenik konfekcioniranog senzora i do 0.5 mm) Najee korieni tipovi termoparova su:

tip K - nikl-niklhrom (Ni-NiCr), opseg -200-1200 oC, k=41V/C

tip J - gvoe-konstantan (Fe-CuNi), opseg -200-750 oC, k=55V/C. tip R - platina-platina rodijum (Pt-PtRh, 13%Rh), opseg 0-1700 oC, k=14V/C

tip S - platina-platina rodijum (Pt-PtRh, 10%Rh), opseg 0-1700 oC, k=12V/C Pogodni su za merenje temperature izduvnih gasova (tip K, R, S), i temperature rashladne tenosti i sredstva za podmazivanje (tip J). Na slici 9 prikazani su primeri gradnje termoparova - a) otvorenog termopara sa brim odzivom) i b) izolovanog termopara (sporiji odziv, bolja zatita senzora). Na slici c) prikazan je primer elektrino neizolovanog termopara sa brim odzivom.

a) Otvooreni spoj

b) Izolovani spoj

c) Spoj vezan za kuite (neizolovan)

Sl. 9 - Primeri konstruktivnih izvoenja termoparova

1.7 MERENJE PRITISKA

Pri eksperimentalnom ispitivanju motora, merenje pritiska zauzima posebno mesto. U osnovna merenja pritiska ubrajaju se:

merenje pritiska ulja za podmazivanje kao kontrolne veliine koja indirektno ukazuje na stanje sistema za podmazivanje motora

merenje barometarskog pritiska radi izraunavanja korekcionog faktora za svoenje na standardne uslove Dodatno, mere se i sledee veliine:

merenje pritiska (apsolutnog, relativnog ili diferencijalnog) u sistemu za merenje protoka usisnog vazduha (standardne prigunice, zapreminski protokomeri)

pritisak u usisnom sistemu (odreivanje strujnih otpora) pritisak u izduvnom sistemu (odreivanje strujnih otpora)

Od posebnog znaaja za istraivanje i optimizaciju radnog procesa motora su dinamika merenja pritiska u funkciji ugla kolenastog vratila, i to:

indiciranje pritiska u cilindru motora

indiciranje usisnog sistema

indiciranje izduvnog sistema

indiciranje sistema ubrizgavanja (Navedena merenja dinamikih pojava spadaju u klasu specijalnih merenja kod motora)


U zavisnosti od mernog mesta i tipa veliine koja se meri, za merenje pritiska koriste se razliiti instrumenti i senzori:

za merenje pritiska ulja: Burdonov (Bourdon) manometar

za merenje srednjeg pritiska u usisnom, izduvnom sistemu i pri merenju protoka sa prigunicama koriste se U-cevi punjene vodom ili ivom, kao i piezorezistivni senzori pritiska

za merenje pritiska u dinamikim uslovima koriste se piezorezistivni i piezoelektrini senzori.

1.7.1 Manometar

Princip rada manometra zasnovan je na elstinim svojstvima metalne cevi savijene u spiralu, koja se pod dejstvom pritiska fluida postepeno ispravlja. Pomeranje cevi pri elastinoj deformaciji se posredstvom odgovarajuemg prenosnog mehanizma prevodi u zakretanje kazaljke pokaznog instrumenta ija je skala kalibrisana u jedinicama za merenje pritiska. Princip rada manometra prikazan je na slici 10.

Sl. 10 - Prikaz Burdonovog manometra

1.7.2 U-cev

Princip rada U-cevi prikazan je na slici 11. U-cev, u osnovnoj konfiguraciji predstavlja instrument za merenje relativnog pritiska (najee relativno u odnosu na barometarski pritisak spoljne sredine) ili razlike pritisaka (diferencijalni pritisak , ili pad pritiska na odreenom delu instalacije - pad pritiska na prigunom leptiru, pad pritiska na standardnoj prigunici za merenje protoka vazduha, pad pritiska na prigunom loncu ili katalizatoru u izduvnom sistemu). Vrednost izmerene razlike pritisaka odreuje se na osnovu izraza za hidrostatiki pritisak:

hgp gde su parametri definisani na sledei nain:

p pad pritiska, relativni pritisak

gustina fluida kojim je U-cev ispunjena (voda, iva)

h visina stuba tenosti u U-cevi


Sl. 11 - Prikaz principa merenja pritiska pomou U-cevi

Osnovne karakteristike U-cevi su:

niska cena

jednostavna izrada

jednostavna upotreba

nije neophodna kalibracija

ograniena tanost (ograniena mogunost oitavanja malih vrednosti visine stuba tenosti - greka raste sa smanjenjem merene vrednosti pritiska)

primena samo u sluaju stacionarnih merenja)

1.7.3 Piezorezistivni senzor pritiska

Piezorezistivni senzori rade na principu promene elektrine otpornosti mernog elementa pri dejstvu spoljnog optereenja. Do promene otpornosti dolazi zbog deformacije nosee povrine na kojoj se nalazi merni element. Piezorezistivni senzori po principu rada vrlo su slini tenzometrijskim senzorima (senzori pritiska na bazi mernih traka zalepljenih na membranu). Osnovna razlika je u tome to se umesto mernih traka lepljenih na poleinu mebrane koristi merni element izraen na keramikoj ili silicijumskoj ploici na kojoj je specijalnim foto-hemiskim postupkom naneta struktura mernih otpornika ija konfiguracija odgovara punom Viststonovom (Wheatstone) mostu. Elektrina shema punog Viststonovog mosta prikazana je na slici 12. Na slici 13 prikazan je princip rada piezorezistivnog senzora.

h

p1 p2


Sl. 12 - Pojednostavljena el. shema Wheatstoneovog (Vitstounovog) mernog mosta (pun merni most sa 4 aktivna otpornika)

1. provodnik (Al) 2. povrina za lemljenje provodnika 3. membrana senzora 4. merni otpornik 5. silicijumska ploica 6. staklena ploica

a) konstrukcija merne sekcije b) senzor u kuitu

Sl. 13 - Prikaz piezorezistivnog senzora pritiska

Osnovne karakteristike piezorezistivnih senzora su:

irok merni opseg (od mbar do 5000 bar, zavisno od konstrukcije membrane i merne sekcije)

visoka osetljivost

dobre dinamike karakteristike (mogunost merenja brzih dinamikih pojava ija se frekvencija kree od 12 kHz do 1.2 MHz)

relativno dobra otpornost na visoke temperature (uobiajeno 100-120 oC, nove generacije

visokotemperaturskih senzora i do 280 oC)

pasivan senzor (zahteva stabilno strujno ili naponsko napajanje)

visoka temperaturska osetljivost (neophodna je temperaturska kompenzacija da bi se dobila visoka tanost merenja)

visoka tanost (0.005-1.0%)

odlina vremenska stabilnost


1.8 MERENJE PROTOKA GORIVA

Protok goriva moe se odrediti na vie naina, pri emu se razlikuju:

metode za kontinualno merenje potronje goriva (zapreminske maine, protokomeri sa lopatinim kolom, turbinski protokomeri, termalni protokomeri, protokomeri na principu Coriolisovog ubrzanja)

metode za diskontinualno merenje potronje (referentne metode koje se mogu koristiti pri kalibraciji svih ostalih metoda za merenje protoka)

Kao referentne metode koriste se masena i zapreminska metoda.

1.8.1 Masena (gravimetrijska) metoda

Na slici 14 prikazan je princip merenja srednjeg masenog protoka goriva (potronje goriva) masenom metodom. Metoda se sastoji u merenju vremena potrebnog za potronju poznate mase goriva (referentna masa goriva 25, 50 100 g, npr.). Sistem moe biti automatizovan ukoliko se ugrade dodatni prekidai koji aktiviraju sistem za merenje vremena. Potronja se odreuje prema sledeem izrazu:

01

10

gg

gg

g

g

tt

mm

t

mGh

gde su veliine definisane na sledei nain:

mg - promena mase u mernoj posudi mg0 - masa goriva u mernoj posudi u poetnom trenutku (tg0) mg1 - masa goriva u mernoj posudi u trenutku zavretka merenja (tg1)

Sl. 14 - Prikaz masene metode za merenje potronje goriva

1.8.2 Zapreminska (volumetrijska) metoda

Na slici 15 prikazan je princip merenja srednjeg zapreminskog protoka goriva (potronje goriva) zapreminskom metodom. Metoda se sastoji u merenju vremena potrebnog za potronju poznate zapremine goriva (referentna zapremina goriva koja je devinisana zapreminom birete izmeu dve referentne linije). Sistem moe biti automatizovan ukoliko se ugrade dodatni davai nivoa goriva ili optiki senzori koji registruju nivo goriva pri prolazu goriva kroz referentnu taku (poloaj u kome se zapoinje, odnosno zavrava merenje vremena). Tanost metode

DNEVNI

REZERVOAR

MOTOR

PRELIV

GORIVA

t=t1

t=t0

m0

m1

VAGA


je ograniena zbog uticaja promene gustine goriva, i preduslov za merenja visoke klase tanosti je prethodno kondicioniranje goriva (odravanje temperature goriva na zadatom nivou).

01

10

gg

gg

g

g

gtt

VV

t

VGh

gde su veliine definisane na sledei nain:

g - gustina goriva

Vg - promena mase u mernoj posudi Vg0 - masa goriva u mernoj posudi u poetnom trenutku (tg0) Vg1 - masa goriva u mernoj posudi u trenutku zavretka merenja (tg1)

Sl. 15 - Prikaz zapreminske metode za merenje potronje goriva (merna bireta)

1.9 MERENJE PROTOKA VAZDUHA

Za merenje protoka vazduha kod motora koriste se razliiti sistemi i metode, kao to su: prigunice (prema ISO5167, npr.)

Viskozni (laminarni) protokomer Cussons (princip Alcock)

maseni protokomeri na principu zagrejanog filma (Bosch HFM5 - vidi poglavlje o formiranju smee ubrizgavanjem - Motronic npr.)

ultrazvuni protokomer

1.9.1 Prigunice

Prigunice se smatraju referntnim sistemima i svi ostali ureaji za merenje protoka kalibriu se pomou standardnih prigunica (standardna merna blenda prema standardu ISO5167). Spadaju u kategoriju ureaja za merenje zapreminskog protoka, pri emu se za odreivanje masenog protoka dodatno moraju meriti pritisak i temperatura ispred same prigunice (odreivanje gustine prema jednaini stanja idealnog gasa). Izraz za odreivanje protoka primenom prigunice (opti izraz) dat je na sledei nain:

12 vA pACG

gde su veliine definisane na sledei nain: C - koef. protoka

- kvadrat odnosa prenika blende i cevi (d/D)2

- koef. ekspanzije A - protoni presek cevi

TROKRAKA

SLAVINA

DNEVNI

REZERVOAR

MOTOR

PRELIV

GORIVA

VREF_1

VREF_2

VREF_3

t=t0

t=t1

POLOAJ ZA PUNJENJE

I RAD MOTORA

POLOAJ ZA MERENJE

POLOAJ ZA RAD

MOTORA

POLOAJ ZA GAENJE

MOTORA

DISKRETNI POLOAJITROKRAKE SLAVINE


pv - pad pritiska na blendi

1 - gustina vazduha ispred blende

Na slici 16. prikazan je princip merenja protoka pomou merne blende. Nedostatci standardne merne blende su:

ogranien merni opseg (neophodno je koristiti vie blendi razliitih nominalnih prenika da bi se pokrio opseg protoka jednog motora)

relativno veliki pad pritiska

sloen postupak odreivanja koef. protoka za svaki reim protoka

Sl. 16 - Prikaz merenja protoka pomou merne blende

1.9.2 Viskozni protokomer (princip Alcock)

Viskozni protokomer, za razliku od standardnih prigunica, ima linearnu karakteristiku, tj. pad pritiska meren ispred i iza lamintora linerano je proporcionalan zapreminskom protoku vazduha. Laminator predstavlja ureaj za ispravljanje i laminarizaciju struje vazduha, pri emu je strujanje ispred i iza njega turbulentno (Re>2300). Laminator se satoji iz velikog broja cevica malog protonog preseka (oko 0.3 mm) duine oko 100 mm. Protok vazduha je definisan sledeim izrazom:

1 LMFLMFA pkG

gde su veliine definisane na sledei nain: kLMF - koef. protoka

pLMF - pad pritiska na blendi

1 - gustina vazduha ispred blende Koeficijent kLMF se odreuje kalibracijom na sistemu sa standardnom prigunicom (standardna blenda prema ISO5167 npr.)

Sl. 16 - Prikaz merenja protoka pomou merne blende

D d

pv

BLENDA

CEV

MERA

PADA

PRITISKA

t1

p1

D

pLFM

LAMINATOR

CEV

MERA

PADA

PRITISKA

t1

p1

ispitivanje motora_lab vezba

Documents