TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Transkript

1 TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA STROJNÍ Katedra vozidel a motorů LABORATORNÍ MĚŘENÍ SPOTŘEBY PALIVA PŘI ZKOUŠKÁCH MOTORŮ LABORATORY MEASURING OF CONSUMPTION FUEL IN TESTING ENGINE BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Jindřich Tyralík Květen

2 TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA STROJNÍ Katedra vozidel a motorů Obor 2301R022 Strojírenství Stroje a zařízení Zaměření Dopravní stroje a zařízení LABORATORNÍ MĚŘENÍ SPOTŘEBY PALIVA PŘI ZKOUŠKÁCH MOTORŮ LABORATORY MEASURING OF CONSUMPTION FUEL IN TESTING ENGINE Bakalářská práce KVM BP 138 Jindřich Tyralík Vedoucí diplomové práce: prof. Ing. Stanislav Beroun, CSc. Konzultant diplomové práce: Ing. Ludovít László Ing. Josef Blažek Počet stran: 47 Počet obrázků: 18 Počet příloh: 3 Počet výkresů: 3 Květen

3 Místo pro vložení originálního zadání DP (BP) 3

4 Laboratorní měření spotřeby paliva Anotace Práce se zabývá instalací a ověřováním univerzálního měřiče spotřeby paliva PLU 401/108 v podmínkách laboratoře motorů katedry vozidel a motorů na FS TU v Liberci. Klíčová slova: spotřeba paliva, metody měření Laboratory measuring of consumption fuel in testing engine Annotation This work are occupy by instalation and verification fuel flow meter PLU 401/108 in conditions motors laboratory vehicles and motors department on FS TU in Liberec. Key words: fuel consumption, measurement method Desetinné třídění: (př Teorie spalovacích motorů) Zpracovatel: TU v Liberci, Fakulta strojní, Katedra vozidel a motorů Dokončeno : 2008 Archivní označení zprávy: (nevyplňovat) 4

5 Prohlášení k využívání výsledků diplomové práce Byl(a) jsem seznámen(a) s tím, že na mou diplomovou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 Sb. o právu autorském, zejména 60 školní dílo. Beru na vědomí, že technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé diplomové práce pro vnitřní potřebu TUL. Užiji-li diplomovou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom(a) povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše. Diplomovou práci jsem vypracoval(a) samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím diplomové práce a konzultantem. V dne podpis 5

6 Poděkování Rád bych tímto poděkoval vedoucímu bakalářské práce panu prof. Ing. Stanislavovi Berounovi, CSc., za metodické vedení a odborné konzultace, které mi poskytl při zpracování mé bakalářské práce. Také bych chtěl poděkovat Ing. Josefu Blažkovi a Ing. Luvítu Lászlóvi bez jejichž pomoci bych tento projekt nedokončil. S pomocí pana Ing. Michala Vojtíška jsem byl schopen zajistit automatizovaný sběr dat. Dále bych tímto chtěl poděkovat Pavlíně Sládkové a Jindřichovi Tyralíkovi st. za pomoc při hledání potřebných podkladů. Za kritické zhodnocení této práce děkuji Bc. Janě Tyralíkové a Bc. Josefu Barešovi. 6

7 Seznam symbolů a jednotek m pe měrná spotřeba paliva [ g kwh ] P e efektivní výkon motoru pro daný režim [ kw ] Hu výhřevnost použitého paliva [ MJ kg ] η c celková účinnost motoru [ - ] M p jízdní spotřeba paliva [ l km ] M p/h hodinová spotřeba paliva [ kg h ] v zkušební rychlost vozidla [ km h ] 3 ρ p měrná hmotnost paliva [ kg m ] M t točivý moment [ Nm ] 1 n otáčky motoru [ min ] ω úhlová rychlost [ rad s ] m p spotřeba paliva [ l h ] K počet měření při daném režimu [ - ] x i změřené hodnoty při daném režimu [ - ] x aritmetický průměr naměřených hodnot x i [ - ] s výběrová směrodatná odchylka střední hodnoty [ - ] t doba měření [ s ] m hmotnost úbytku paliva [ g ] Seznam zkratek PSM pístový spalovací motor 7

8 Obsah 1 Úvod Měření spotřeby paliva v PSM Způsoby měření spotřeby paliva Objemové měření spotřeby paliva Průtokový měřič spotřeby DATRON DFL Měřič spotřeby PLU 401/ Měření spotřeby s odměrnými válci Hmotnostní měření spotřeby paliva Dynamický měřič spotřeby paliva 733S Nepřímé stanovení spotřeby výpočtem z emisních hodnot Zapojení měřiče spotřeby paliva PLU 401/108 do palivového systému Propojení měřiče spotřeby paliva PLU 401/108 s palivovým systémem Měření a vyhodnocení dat ZÁVĚR Seznam použité literatury

9 1 Úvod Spotřeba paliva je důležitým ukazatelem nejen hospodárnosti provozu a současně technického stavu, ale také nepřímo charakterizuje technickou vyspělost konstrukce motoru a celého automobilu. Spotřebu paliva lze zjišťovat při jízdních zkouškách automobilu na silnici nebo také v laboratorních podmínkách na válcových stanicích. Nejčastěji se spotřeba paliva potom měří v laboratořích nebo zkušebnách vozidlových motorů. Jelikož se tato bakalářská práce věnuje laboratornímu měření spotřeby paliva při zkouškách motorů, bude nadále popisováno měření spotřeby paliva při zkouškách pístových spalovacích motorů v laboratorních podmínkách. 9

10 2 Měření spotřeby paliva v PSM Jak už bylo v úvodu řečeno, je spotřeba paliva důležitým ukazatelem nejen hospodárnosti provozu a technického stavu, ale také nepřímo charakterizuje technickou vyspělost konstrukce motoru. Mezi důležité provozní parametry motoru patří měrná spotřeba paliva. Určuje se výpočtem ze změřené spotřeby paliva M p / h 3 m pe = 10 (1) Pe Měrná spotřeba paliva je ukazatelem celkové účinnosti motoru, jak vyplývá z následujících vztahů: P e = m pe Hu η = c M p / h Hu ηc (2) Pe η c = 3600 = 3600 (3) M Hu m Hu p / h pe Jako doklad o vlastnostech motoru slouží charakteristiky PSM. Jsou předkládány v grafickém zpracování a naměřené hodnoty jsou často korigovány na normální podmínky (atmosférický tlak, teplotu a příp. i vlhkost vzduchu) podle platných předpisů či norem. Základními charakteristikami PSM jsou: Rychlostní (otáčková), nezávisle proměnnou jsou otáčky motoru n, charakteristika se zjišťuje při konstantním nastavení ovládacího prvku (škrtící klapky u zážehových motorů, ovládací páky regulátoru vstřikovacího čerpadla u vznětových motorů) obr Zatěžovací, nezávisle proměnnou je zatížení motoru reprezentované hodnotami p e, příp. M t : charakteristika se zjišťuje při konstantních otáčkách. Na obr jsou zakresleny v zatěžovací charakteristice průběhy měrných spotřeb paliva m pe pro 10

11 dvoje různé otáčky (n 1 a n 2 ). Z naměřených hodnot pro zatěžovací charakteristiky se sestavuje úplná (vrstevnicová) charakteristika. Úplná, která v podobě průsečíkového diagramu vyjadřuje v závislosti na dvou proměnných, n a p e, křivky konstantního výkonu P e a křivky konstantních měrných spotřeb m pe, příp. i jiné průběhy obr Úplná charakteristika PSM ukazuje rozmezí provozní oblasti motoru s nejvyšší účinností a poskytuje tak důležitou informaci pro optimalizaci spolupráce PSM s převodovým ústrojím. Obr Rychlostní charakteristika PSM (Vlk, F.: Dynamika motorových vozidel, vlk Brno 2005) 11

12 Obr Zatěžovací charakteristika přeplňovaného vznětového PSM ( 12

13 Obr Úplná charakteristika vozidlového zážehového motoru (Vlk, F.: Dynamika motorových vozidel, vlk Brno 2005) 2.1 Způsoby měření spotřeby paliva Určování spotřeby paliva lze provést různými druhy měření. Mezi tyto druhy patří volumetrické, gravimetrické měření a nepřímé stanovení spotřeby výpočtem z emisních hodnot. Tyto způsoby měření jsou popsány v následující kapitole. 13

14 2.1.1 Objemové měření spotřeby paliva Při objemovém měření spotřeby paliva se používají různé průtokoměry, které umožňují průběžné měření spotřeby paliva. U vznětových motorů popřípadě u motorů se vstřikováním benzínu, dodává podávací palivové čerpadlo do vstřikovacího čerpadla přebytek paliva. Dopravované palivo není všechno spotřebováno, část paliva (přebytek) se odvádí zpět do nádrže. To poněkud komplikuje měření spotřeby, protože množství tohoto paliva se musí buď změřit a odečíst, nebo se měřící zařízení vhodně zapojí, aby se průtok přebytečného paliva vracel do přívodu čerpadla Průtokový měřič spotřeby Datron DFL Průtokový měřič spotřeby paliva Datron DFL (dříve Flowtronic 205) slouží pro jednoduché a rychlé zjištění spotřeby paliva. Tento přístroj je vhodný jak pro jízdní zkoušky, tak pro měření na zkušebních stavech. Měřič je znázorněn na obr Je založen na principu objemového čerpadla a skládá se ze čtyř radiálně uspořádaných pístů, které se vlivem tlaku kapaliny pohybují. Přímočarý pohyb pístů je ojnicemi a klikovým hřídelem převáděn na otáčivý pohyb hřídele. Snímač impulsů předá tento otáčivý pohyb ve tvaru elektronických impulsů na mikropočítač, který impulsy přepočítá na objemovou jednotku [cm 3 ] a znázorní na číslicovém displeji. Ukazovací přístroj má programovatelný mikropočítač, který umožňuje provádět početní operace. Průtokoměr se umisťuje mezi benzinové podávací čerpadlo a karburátor nebo mezi podávací čerpadlo a rozdělovací lištu vstřikovacích ventilů. V případě rozdělovací lišty je za podávacím čerpadlem zapojen navíc regulátor tlaku. 14

15 Obr Funkční schéma měřiče spotřeby Datron DFL: 1 písty; 2 ojnice; 3 klikový hřídel (Vlk, F.: Zkoušení a diagnostika motorových vozidel, vlk Brno 2001) Obr Umístění měřiče Datron DFL (Flowtronic 205): 1 palivová nádrž; 2 čerpadlo; 3 průtokoměr; 4 karburátor; 5 mikropočítač s číslicovým displejem (Vlk, F.: Zkoušení a diagnostika motorových vozidel, vlk Brno 2001) Stejné metody měření spotřeby jako u karburátorových zážehových motorů nelze u vznětových motorů a zážehových motorů se vstřikovačem použít, neboť dopravované není všechno spotřebováno, část se vrací odpadovým potrubím zpět do nádrže vozidla. Pro měření spotřeby u vozidel se vznětovým motorem nebo pro benzinové motory se vstřikováním paliva je nutno použít přídavné zařízení (dříve Flowjet-Ventil 4703). 15

16 U PSM se vstřikováním lze měřit spotřebu paliva také za předpokladu, že objem nádrže na palivo je konstantní. Pak množství paliva, které je nutno doplnit odpovídá množství paliva, které se spotřebuje pro vstřikovací trysky. Před měřením je nutno zařízení odvzdušnit (ovládací pákou), potom zapnout čerpadlo, nastartovat motor a asi po půl minutě přestavit ovládací páku na měřící polohu. Uspořádání celého zařízení pro měření spotřeby paliva u PSM se vstřikováním je znázorněno na obr Obr Měření spotřeby u motorů se vstřikováním paliva: 1 palivová nádrž; 2 podávací čerpadlo; 3 přídavné zařízení (dříve Flowjet-Ventil 4703); 4 průtokoměr Datron DFL (dříve Flowtronic 205); 5 mikropočítač s displejem; 6 filtr; 7 vstřikovací soustava Měřič spotřeby PLU 401/108 Měřící princip měřiče spotřeby PLU-108 je založen na tom, že v objemovém měřidle (např. v zubovém čerpadle) nevznikají žádné ztráty netěsnosti (prosakováním), jestliže je tlakový rozdíl měřidla nulový. Pak je počet otáček velmi přesně úměrný průtoku. Schéma průtokoměru PLU-108 je na obr

17 Obr Průtokový měřič spotřeby paliva Pierburg PLU 108: 1 indikační přístroj (analogový ukazatel v l/h); 2 číslicový ukazatel (cm 3 ); 3 snímač otáček; 4 zubové čerpadlo; 5 lampa; 6 přepouštěcí kanál; 7 měřící píst; 8 fotonka; 9 měřící průhled; 10 zesilovač; 11 motor; 12 tachogenerátor (Vlk, F.: Zkoušení a diagnostika motorových vozidel, vlk Brno 2001) Při stálém průtoku pohání motor zubové čerpadlo použité jako objemové měřidlo tak, že na čerpadle není žádný tlakový rozdíl. Změní-li se průtok, pak vznikne tlakový rozdíl. Při vzrůstajícím průtoku se bude např. tlak na vstupu čerpadla zvětšovat. Tím je měřící píst posunut tak, že měřícím průhledem projde od žárovky více světla na fotoelektrický odpor a na vstupu zesilovače bude větší signál od odporové fotonky než signál od tachogenerátoru. Výsledný kladný signál přinutí motor k vyšším otáčkám, až signál od tachogenerátoru je roven signálu od fotoelektrického odporu. Tím se stane tlakový rozdíl před a za čerpadlem opět nulový. Poklesne-li průtok měřícím přístrojem, pak bude tlak na vstupu čerpadla klesat a děj probíhá opačně. Vysoká přesnost měřícího přístroje je dána tím, že dutý měřící píst je tak vyvážen, že jeho hmotnost je rovna hmotnosti kapaliny vytlačované pístem. Píst nemá tedy ani tíhu, ani vztlak a nevyvozuje proto žádné tření. Proto reaguje na 17

18 nejmenší talkové rozdíly a může tak tlak na vstupní a výstupní straně vyrovnávat, že nevzniknou žádné ztráty prosakováním a průtok je možno určit měřením otáček. Analogový ukazatel indikuje okamžitou spotřebu a číslicové počitadlo celkovou spotřebu. Před měřidlo se připojuje plováková komora, která vylučuje z paliva plynné a parní bubliny, které by mohly zkreslit výsledek měření Měření spotřeby s odměrnými nádobami Spotřebu paliva je možno také zjišťovat v laboratorních podmínkách, kdy zkoušené vozidlo stojí na otáčejících se válcích. Schéma jednoduchého přístroje s odměrnými baňkami je na obr Palivo z výše umístěné nádrže protéká přes filtr k trojcestnému kohoutu. V poloze I protéká palivo přímo ke karburátoru, v poloze II jsou navíc naplňovány odměrné baňky. Je-li trojcestný kohout natočen do polohy III, pak je přerušen přívod paliva ze zásobní nádrže a palivo je dodáváno ke karburátoru u odměrných baněk. Ze změřeného času průtoku a odměřeného množství paliva se určí hodinová spotřeba paliva v kg/h. Spotřeba paliva v litrech na 100 km se vypočte podle vztahu M p = M p / h v ρ p 10 5 (4) Funkčně odlišný je elektricky ovládaný měřič spotřeby paliva použitý u válcové zkušebny, obr Vlastní měření spotřeby probíhá při uzavřeném ventilu (1) a otevřeném ventilu (9). Palivo je ke karburátoru dodáváno dávkovacím čerpadlem přečerpáváním z odměrné nádoby. V okamžiku poklesu hladiny paliva uvádí plovák a kontaktní relé do činnosti zařízení pro měření dráhy (100 m) a po dosažení této dráhy se elektromagnetický ventil (1) otevře a ventil (9) uzavře. Úbytek paliva v odměrné nádobě lze na stupnici odečítat v jednotkách spotřeby l/100 km. 18

19 Obr Jednoduchý měřič spotřeby: 1 nádrž s palivem; 2 filtr; 3 kohout; 4 baňky (Vlk, F.: Zkoušení a diagnostika motorových vozidel, vlk Brno 2001) Obr Měřič spotřeby paliva: 1 elektromagnetický ventil; 2 nádrž; 3 dávkovací čerpadlo; 4 karburátor; 5 odměrná nádoba; 6 plovák; 7 kontaktní relé; 8 plnící čerpadlo; 9 elektromagnetický ventil; 10,11 filtry (Vlk, F.: Zkoušení a diagnostika motorových vozidel, vlk Brno 2001) 19

20 2.1.2 Hmotnostní měření spotřeby paliva Při hmotnostním měření spotřeby paliva dochází k přesnému měření spotřeby paliva v laboratorních podmínkách. Hmotnostního měření spotřeby paliva se užívá v tom případě, chcete-li znát přesnou spotřebu paliva nebo při ověřování přesnosti měření spotřeby paliva jiného měřiče spotřeby. Při tomto způsobu měření odpadá starost s případným dopočítáváním nespotřebovaného paliva, které se vrátilo přepadem zpět do nádrže Dynamický měřič spotřeby paliva 733S Měřič spotřeby paliva 733S je vhodný pro všechna komerčně dostupná benzinová a dieselová paliva ( také s příměsí volitelného množství alkoholu), jakož i pro čistý alkohol. Měřič paliva 733S pracuje na principu gravimetrického měření. Palivo je dodáváno do motoru z měřící nádoby, jejíž hmotnost (váha) je kontinuálně měřena způsobem, který ukazuje obr Gravimetrický princip měření umožňuje přímé měření spotřebovaného množství paliva. Není nutné zjišťovat teplotu a hustotu paliva,což u volumetrického postupu je ovlivněno tolerancemi snižujícími přesnost měření. Obr. 1.5 Měřič spotřeby paliva 733S ( 20

21 2.1.3 Nepřímé stanovení spotřeby výpočtem z emisních hodnot V současnosti směřuje vývoj k nepřímému stanovení jízdní spotřeby výpočtem ze změřených sumárních hodnot CO 2, CO a HC, které motor vyprodukuje během tzv. jízdního cyklu na zkušebním zařízení. Výhodou tohoto měření je, že se zkontroluje plnění předepsaných emisních limitů a zároveň se určí spotřeba paliva. Další výhodou nového způsobu je, že není třeba zasahovat do palivové soustavy automobilu připojením externího měřiče spotřeby, což u moderních elektronicky řízených soustav není snadné a vždy vyžaduje určitý čas. Nový způsob určování spotřeby paliva vyžaduje měření výhradně na speciálním válcovém dynamometru. Podle této metodiky se spotřeba paliva již neměří, ale vypočítává z naměřených emisí, a to podle těchto vzorců: a) pro vozidla se zážehovými motory 0,1154 FC = D b) pro vozidla se vznětovými motory [( 0,866 HC) + ( 0,429 CO) + ( 0,273 CO )] 2 0,1155 FC = D [( 0,866 HC) + ( 0,429 CO) + ( 0,273 CO )] CO... změřené emise oxidu uhelnatého [ g km ] CO 2... změřené emise oxidu uhličitého [ g km ] HC... změřené emise uhlovodíků [ g km ] FC... spotřeba paliva [ l km ] 3 D... hustota zkušebního paliva [ g cm ] 2 21

22 2.2 Zapojení měřiče spotřeby paliva PLU 401/108 do palivového systému Při řešení problému zapojení univerzálního měřiče spotřeby PLU 401/108 pro ověřovací měření bylo potřeba rozhodnout, kde bude měřící přístroj umístěn. Zapojení měřiče do stávajícího palivového systému bylo realizováno stojanem, vloženým do stávající konstrukce pro manipulaci s nádrží pro kapalná paliva. Jeden z požadavků na konstrukci stojanu byla možnost snadného vyjmutí z konstrukce pro manipulaci s nádrží obr Při návrhu stojanu byla rozhodující nízká hmotnost a dostatečná tuhost konstrukce stojanu. Jelikož je stojan určen pouze pro měřící přístroj PLU 401/108 a samotný stojan nebude nijak mechanicky namáhán, návrh neobsahuje žádný výpočet. Výkresy jsou součástí přílohy. Obr. 1.6 Palivová nádrž: 1 dvoucestný ventil; 2 vedení paliva do motoru; 3 zpětné vedení paliva od motoru; 4 nalévací hrdlo palivové nádrže; 5 stojan na měřič spotřeby; 6 nosná konstrukce pro manipulaci s nádrží 22

23 2.2.1 Propojení měřiče spotřeby paliva PLU 410/108 s palivovým systémem Schématické znázornění zapojení měřiče spotřeby do palivového systému mezi palivovou nádrž a motor. Pro snadnější obsluhu měřiče spotřeby paliva PLU 401/108 jsem vytvořil popisky k jednotlivým funkčním částem měřiče. Funkční části se skládají z ovládání měřiče spotřeby (přední strana měřiče spotřeby) obr a přípojného systému (zadní strana měřiče spotřeby) obr Obr Popisky přední strany měřiče spotřeby: 1 Systémový tlak; 2 Tlak zpětného vedení; 3 Výstupní tlak; 4 Zapnuto/Vypnuto; 5 Dálkové ovládání zapnuto/vypnuto; 6 Vstupní pumpa zapnuto/vypnuto; 7 Výstupní pumpa zapnut/vypnuto; 8 Proplachování (při provozu je celkový systém propláchnut) 23

24 Obr Popisky zadní strany měřiče spotřeby: 1 Zpětné vedení paliva do nádrže; 2 Výstup paliva k motoru; 3 Zpětné vedení paliva z motoru; 4 Přívod paliva z nádrže; 5 Dálkové ovládání; 6 Teplotní výstup; 7 Analogový výstup; 8 Digitální výstup; 9 Systémová pojistka (2A); 10 Pojistka vstupní pumpy (8A); 11 Pojistka výstupní pumpy (8A); 12 Napájení Jako příslušenství měřiče spotřeby paliva PLU 401/108 byly dodány i propojovací hadice. Propojovací hadice byly opatřeny pouze přípojkami shodnými s přípojkami na měřiči spotřeby paliva obr , proto bylo nutné zajistit kompatibilní spojení s palivovým systémem měřeného motoru a vedením paliva z palivové nádrže. Stávající systém přípojek na měřených motorech je od firmy SWAGELOK obr Při dodání přípojek byly namontovány na propojovací hadice obr

25 Obr Propojovací rychlospojky na měřiči spotřeby: 1 Výstupní rychlospojky; 2 Vstupní rychlospojky Obr Propojovací rychlospojky od firmy SWAGELOK: 1 Výstupní rychlospojka; 2 Vstupní rychlospojka 25

26 Obr Rychlospojky firmy SWAGELOK namontované na propojovací hadice Při samotné zástavbě měřícího přístroje do palivové soustavy byl nejdříve přístroj usazen do stojanu obr Po usazení došlo k samotnému propojení měřícího přístroje nejdříve s palivovým systémem měřeného motoru a poté s palivovým systémem palivové nádrže obr Obr Usazení měřícího přístroje a zapojení propojovacích hadic 26

27 Obr Uspořádání na zkušebním stanovišti: 1 Měřený motor AVIA; 2 Indikační přístroj; 3 Měřič spotřeby paliva PLU 401/108; 4 Palivová nádrž; 5 Digitální váhy; 6 Počítač pro sběr dat Schematická zapojení měřiče spotřeby mezi palivovou nádrž a motor se liší podle druhu motoru. 27

28 Obr Schéma zapojení měřiče spotřeby mezi palivovou nádrž a motor: 1 Přívod paliva z nádrže; 2 Zpětné vedení paliva do nádrže; 3 přívod paliva k motoru; 4 Zpětné vedení paliva z motoru; 5 Víko palivové nádrže; 6 Dvojcestný ventil; 7 Vývod paliva z nádrže pro motory bez vlastního čerpadla; 8 Vývod paliva z nádrže pro motory s vlastním čerpadlem; 9 Palivová nádrž; 10 Měřič spotřeby PLU 401/108; 11 PSM; 12 Počítač pro automatizovaný sběr dat; 13 Sériový kabel RS 232 pro přenos dat 28

29 Obr Schéma zapojení měřiče spotřeby k zážehovému motoru bez zpětného vedení paliva (karburátorové motory): 1 Přívod paliva z nádrže; 2 Zpětné vedení paliva do nádrže; 3 Přívod paliva k čerpadlu; 4 Zpětné vedení z motoru; 5 Palivová nádrž; 6 Palivové čerpadlo; 7 Karburátor; 8 Sběrná nádrž (Dokumentace ke spotřeboměru Pierburg PLU 401/108) Zpětné vedení paliva musí být při spuštění měřiče uzavřen a úplně odvzdušněn. Obr Schéma zapojení měřiče spotřeby k zážehovému motoru se zpětným vedením paliva: 1 Přívod paliva z nádrže; 2 Zpětné vedení paliva do nádrže; 3 Přívod paliva k čerpadlu; 4 Zpětné vedení z motoru; 5 Palivová nádrž; 6 Palivové čerpadlo; 7 Karburátor (Dokumentace ke spotřeboměru Pierburg PLU 401/108) 29

30 Obr Schéma zapojení měřičem spotřeby k zážehovému motoru se vstřikováním paliva: 1 Přívod paliva z nádrže; 2 Zpětné vedení paliva do nádrže; 3 Přívod paliva k čerpadlu; 4 Zpětné vedení z motoru; 5 Palivová nádrž; 6 Palivové čerpadlo; 7 Vstřikovací čerpadlo (Dokumentace ke spotřeboměru Pierburg PLU 401/108) Obr Schéma zapojení měřiče spotřeby k vznětovému motoru se vstřikovacím čerpadlem: 1 Přívod paliva z nádrže; 2 Zpětné vedení paliva do nádrže; 3 Přívod paliva k čerpadlu; 4 Zpětné vedení z motoru; 5 Palivová nádrž; 6 Vstřikovací čerpadlo (Dokumentace ke spotřeboměru Pierburg PLU 401/108) 30

31 Přívodní vedení paliva k čerpadlu může být připojeno přímo ke vstřikovacímu čerpadlu. Obr Schéma zapojení měřiče spotřeby k vznětovému motoru se vstřikovacím čerpadlem: 1 Přívod paliva z nádrže; 2 Zpětné vedení paliva do nádrže; 3 Přívod paliva k čerpadlu; 4 Zpětné vedení z motoru; 5 Palivová nádrž; 6 Palivové čerpadlo; 7 Vstřikovací čerpadlo (Dokumentace ke spotřeboměru Pierburg PLU 401/108) Přívodní vedení paliva k čerpadlu je zapojeno k palivovému čerpadlu. Obr Schéma zapojení měřiče při výměně paliva: 1 Přívod paliva z nádrže; 2 Zpětné vedení paliva; 3 Přívod paliva k motoru; 4 Zpětné vedení paliva; 5 Palivová nádrž; 6 Sběrná nádrž (Dokumentace ke spotřeboměru Pierburg PLU 401/108) 31

32 2.2.2 Měření a vyhodnocení dat Měření bylo provedeno na vznětovém přeplňovaném naftovém motoru značky DAEWOO AVIA o zdvihovém objemu 3,92 dm 3 a jmenovitém výkonu 97,7 kw. Po důkladném propláchnutí jsem připojil propojovací hadice vedoucí z měřiče spotřeby do palivového systému motoru. Před samotným měřením jsem zkontroloval správnou funkci všech funkčních částí. Kontrola byla provedena vizuálně a poslechově. Při samotném spuštění se nechal měřený motor zahřát na provozní teplotu při volnoběžných otáčkách. Po zahřátí motoru, bylo provedeno několik kontrolních měření. Jako porovnávací měření bylo použito gravimetrické měření. V tomto případě, byla palivová nádrž usazena na digitální váhy. Hodnoty úbytku paliva z nádrže byly odesílány přes sériový port do počítače s příslušným programem. Jelikož se v samotném počítači nenacházel program pro sběr dat z měřiče spotřeby PLU 401/108, byly hodnoty spotřeby odečítány vizuálně. Na měřeném motoru bylo provedeno několik měření při různých otáčkách a různém zatížení. Naměřené hodnoty byly následně zpracovány. Zpracované hodnoty byly zaneseny do tabulek a grafů. Pro výpočty byly použity následující vzorce: x s = P K Σ x i i = 1 = (5) e ρ p K K i= 1 K = M ( x x) i 2 ( K ) t = M t 2 π n 60 ω. (7) Jako měřící médium byla použita motorová nafta o měrné hmotnosti = 840 kg m 3. Abychom mohli ze vzorce (1) správně vypočíst měrnou spotřebu paliva je nutno upravit stávající vzorec (6) m M m ρ p h 3 p p p = 10 M p h = 3. (8) ρ p 10 32

33 Touto úpravou získáme spotřebu paliva v [ g h ]. Dosazením rovnic (7) a (8) do (1) získáme m pe = M P 30 m ρ p / h p p 10 3 =. e M t π n x [ l h ] odečtené z PLU 401/108 i 0,94 0,95 0,88 0,96 0,96 0,88 0,95 0,99 0,84 0,86 0,92 0,96 0,86 0,86 0,94 0,92 0,90 0,95 0,90 0,85 0,93 0,90 0,92 0,79 0,94 0,94 0,84 0,83 0,93 0,97 0,90 0,90 0,94 1,01 0,96 0,94 0,96 1,03 0,95 0,90 0,98 0,90 0,94 0,94 0,84 0,84 0,95 0,96 0,87 0,88 0,93 0,94 0,89 0,90 0,96 0,96 0,88 0,94 0,98 0,92 0,93 0,93 0,98 0,94 0,92 0,90 0,95 0,96 0,94 0,94 0,92 0,92 0,97 0,98 0,84 0,92 0,92 0,89 0,83 0,94 x = 0,92075 [ l h ] Tab. 1 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot při volnoběhu n = 830 min 33

34 x [ l h ] při M t 50 Nm i = i x [ l h ] při M t = 100 Nm 3,06 3,23 4,49 4,50 3,30 3,17 4,53 4,51 3,07 3,15 4,52 4,61 3,09 3,17 4,49 4,68 3,13 3,09 4,45 4,56 3,08 3,04 4,51 4,57 3,18 3,14 4,56 4,47 3,21 3,07 4,61 4,34 3,23 3,06 4,50 4,38 3,27 3,10 4,48 4,50 3,31 3,22 4,45 4,58 3,19 3,03 4,52 4,61 3,14 3,18 4,58 4,47 3,22 3,25 4,49 4,60 3,33 3,18 4,47 4,63 2,98 3,17 4,52 4,47 3,00 3,13 4,59 4,43 3,11 3,13 4,57 4,49 3,22 3,28 4,52 4,50 3,31 3,39 4,59 4,45 3,24 3,27 4,79 4,42 3,10 2,91 4,63 4,60 3,19 2,93 4,42 4,53 3,12 3,11 4,41 4,64 3,18 3,22 4,34 4,35 3,39 3,20 4,53 4,49 3,14 3,23 4,58 4,52 3,11 3,18 4,46 4,48 3,17 2,98 4,36 4,61 3,39 3,02 4,50 4,68 x = 3,1615 [ l h ] x = 4,5188 [ l h ] Tab. 2 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot při n = 1304 min 34

35 x [ l h ] při M t 150 Nm i = i x [ l h ] při M t = 200 Nm 5,97 6,08 7,62 7,46 5,96 6,16 7,40 7,70 6,00 6,17 7,30 7,16 5,99 6,00 7,35 7,29 6,00 6,12 7,52 7,46 6,01 6,04 7,60 7,47 6,04 6,08 7,53 7,52 6,03 6,04 7,40 7,49 6,10 6,03 7,50 7,39 5,88 6,12 7,51 7,47 5,91 6,11 7,57 7,59 6,11 6,22 7,51 7,46 5,85 6,23 7,52 7,43 5,92 6,01 7,49 7,63 6,16 6,06 7,55 7,57 6,14 6,16 7,48 7,53 6,10 6,13 7,39 7,50 6,11 6,04 7,43 7,47 6,08 6,06 7,30 7,48 6,06 5,97 7,23 7,47 6,02 6,00 7,42 7,42 6,08 6,17 7,30 7,41 6,10 6,13 7,38 7,43 6,17 6,13 7,42 7,34 6,12 6,07 7,43 7,45 6,10 6,04 7,48 7,49 6,11 6,12 7,67 7,52 6,04 5,95 7,52 7,38 6,11 6,09 7,47 7,36 6,02 6,19 7,51 7,48 x = 6,0635 [ l h ] x = 7,449 [ l h ] Tab. 3 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot při n = 1304 min 35

36 x [ l h ] při M t 250 Nm i = i x [ l h ] při M t = 300 Nm 9,35 9,27 11,17 11,10 9,37 9,38 11,09 11,11 9,28 9,30 11,19 11,12 9,29 9,13 11,15 11,25 9,22 9,16 11,12 11,24 9,35 9,38 10,92 11,12 9,38 9,31 10,99 11,19 9,34 9,28 10,96 11,04 9,42 9,23 11,06 11,12 9,16 9,35 10,92 10,96 9,29 9,37 10,82 11,01 9,37 9,33 11,12 11,13 9,20 9,28 11,00 11,10 9,14 9,39 10,95 11,07 9,19 9,33 11,00 10,94 9,20 9,30 11,09 11,01 9,21 9,32 11,05 11,00 9,28 9,30 10,93 11,16 9,34 9,22 11,06 11,06 9,29 9,21 11,19 10,92 9,34 9,25 11,10 11,03 9,31 9,35 10,99 11,12 9,30 9,25 11,02 10,99 9,29 9,31 11,12 11,04 9,27 9,34 10,96 11,10 9,25 9,30 11,14 11,09 9,30 9,32 11,12 11,05 9,32 9,34 10,96 11,03 9,37 9,30 11,06 11,06 9,29 9,28 11,16 11,10 x = 9,2932[ l h ] x = 11,0618 [ l h ] Tab. 4 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot při n = 1304 min 36

37 x [ l h ] při M t 350 Nm i = i x [ l h ] při M t = 550 Nm 12,97 12,93 20,36 20,37 12,87 12,86 20,42 20,46 12,78 12,93 20,38 20,33 12,98 12,87 20,47 20,27 12,95 12,93 20,45 20,35 12,87 12,83 20,36 20,33 12,93 12,96 20,26 20,37 12,84 12,98 20,31 20,40 12,77 12,85 20,34 20,38 12,83 12,80 20,45 20,33 12,92 12,88 20,44 20,36 12,99 12,92 20,34 20,46 12,75 12,97 20,34 20,46 12,78 12,84 20,41 20,36 12,76 12,87 20,37 20,42 12,80 12,88 20,35 20,45 12,85 12,93 20,36 20,38 12,86 12,84 20,40 20,40 12,92 12,89 20,37 20,37 12,88 12,95 20,40 20,33 12,85 12,94 20,37 20,35 12,86 12,84 20,35 20,35 12,89 12,98 20,40 20,42 12,85 12,97 20,38 20,37 12,96 12,87 20,40 20,36 12,95 12,86 20,40 20,47 12,91 12,97 20,32 20,43 12,84 12,89 20,36 20,41 12,87 12,87 20,43 20,36 12,94 12,99 20,46 20,32 x = 12,8878 [ l h ] x = 20,3812 [ l h ] Tab. 5 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot při n = 1304 min 37

38 x [ l h ] při M t 100 Nm i = i x [ l h ] při M t 200 Nm = i x [ l h ] při M t = 300 Nm 5,80 5,92 9,45 9,33 13,57 13,70 5,81 5,81 9,55 9,41 13,61 13,67 5,82 5,80 9,46 9,39 13,62 13,53 5,93 5,81 9,53 9,40 13,61 13,56 5,88 5,87 9,27 9,35 13,63 13,65 5,90 5,90 9,28 9,39 13,65 13,63 5,84 5,81 9,40 9,31 13,63 13,65 5,82 5,80 9,41 9,41 13,61 13,66 5,93 5,82 9,42 9,38 13,59 13,63 5,99 5,86 9,39 9,38 13,60 13,65 5,87 5,91 9,40 9,38 13,61 13,59 5,90 5,93 9,39 9,30 13,61 13,59 5,86 5,84 9,32 9,31 13,60 13,57 5,85 5,89 9,34 9,37 13,57 13,68 5,84 5,82 9,38 9,27 13,51 13,67 5,87 5,89 9,40 9,28 13,60 13,60 5,84 5,92 9,38 9,32 13,78 13,56 5,90 5,76 9,39 9,29 13,74 13,60 5,93 5,75 9,42 9,33 13,55 13,63 5,88 5,87 9,40 9,34 13,49 13,65 5,95 5,81 9,40 9,40 13,51 13,69 5,72 5,88 9,32 9,33 13,60 13,63 5,80 5,84 9,28 9,32 13,70 13,63 5,84 5,80 9,38 9,29 13,59 13,60 5,92 5,81 9,41 9,34 13,56 13,61 5,87 5,80 9,40 9,35 13,58 13,69 5,80 5,76 9,34 9,31 13,66 13,70 5,79 5,87 9,31 9,34 13,67 13,51 5,84 5,82 9,47 9,35 13,57 13,45 5,89 5,85 9,40 9,30 13,58 13,57 x = 5,8517 [ l h ] x = 9,365 [ l h ] x = 13,613 [ l h ] Tab. 6 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot při n = 1600 min 38

39 x [ l h ] při M t 400 Nm i = i x [ l h ] při M t = 510 Nm 17,84 17,77 23,04 23,13 17,80 17,87 23,05 23,11 17,64 17,88 23,10 23,04 17,72 17,78 23,12 23,10 17,78 17,77 23,05 23,16 17,80 17,81 23,01 23,11 17,79 17,86 23,12 23,11 17,80 17,79 23,09 23,11 17,87 17,77 23,07 23,13 17,77 17,76 23,08 23,09 17,70 17,81 23,14 23,05 17,75 17,77 23,14 23,11 17,77 17,93 23,14 23,13 17,85 17,86 23,12 23,11 17,79 17,76 23,12 23,13 17,78 17,81 23,12 23,10 17,85 17,87 23,11 23,07 17,81 17,84 23,10 23,12 17,83 17,76 23,08 23,08 17,80 17,77 23,07 23,07 17,83 17,78 23,04 23,13 17,85 17,81 23,10 23,14 17,88 17,87 23,14 23,10 17,84 17,81 23,09 23,09 17,83 17,81 23,09 23,11 17,80 17,80 23,14 23,11 17,77 17,79 23,11 23,13 17,79 17,84 23,09 23,15 17,84 17,83 23,05 23,15 17,80 17,79 23,12 23,12 x = 17,8065 [ l h ] x = 23,1038 [ l h ] Tab. 7 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot při n = 1600 min 39

40 n = 2000 min n = 2400 min x [ l h ] při M t 450 Nm i = i x [ l h ] při M t = 250 Nm 24,70 24,68 18,48 18,44 24,72 24,73 18,37 18,33 24,75 24,76 18,34 18,50 24,78 24,75 18,38 18,33 24,76 24,76 18,40 18,26 24,73 24,68 18,36 18,33 24,81 24,99 18,34 18,41 24,85 24,70 18,38 18,29 24,76 24,71 18,42 18,13 24,73 24,78 18,36 18,26 24,70 24,73 18,41 18,37 24,65 24,68 18,31 18,39 24,64 24,99 18,33 18,40 24,73 24,71 18,28 18,32 24,70 24,73 18,33 18,19 24,69 24,68 18,40 18,26 24,73 24,66 18,36 18,43 24,72 24,73 18,33 18,38 24,72 24,74 18,38 18,24 24,75 24,75 18,32 18,30 24,68 24,72 18,28 18,27 24,73 24,69 18,28 18,27 24,72 24,68 18,33 18,29 24,70 24,66 18,38 18,29 24,69 24,68 18,33 18,15 24,69 24,69 18,30 18,10 24,74 24,65 18,21 18,19 24,75 24,68 18,26 18,24 24,76 24,70 18,33 18,18 24,74 24,70 18,42 18,15 x = 24,728 [ l h ] x = 18,319 [ l h ] Tab. 8 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot pro dané otáčky 40

41 1 [ ] n min M t [ Nm] P e [kw] 6,8 13,7 20,5 27,3 34,1 40,9 47, ,1 m pe [g/kwh] 388,9 277,9 248,7 229,1 228,7 226,8 226, ,9 P e [kw] - 16,8-33,5-50,3-67,0-85,5 - m pe [g/kwh] - 293,4-234,8-227,5-223,2-227,1 - P e [kw] ,3 - - m pe [g/kwh] ,4 - - P e [kw] , m pe [g/kwh] , Tab. 9 Tabulka vypočtených hodnot jmenovitého výkonu a měrné spotřeby paliva pro dané otáčky a zatížení 41

42 měrná spotřeba paliva točivý moment efektivní výkon Mt [Nm], mpe [g/kwh] Pe [kw] n [min -1 ] Graf 1 Rychlostní(otáčková) charakteristika měřeného motoru pomocí měřiče spotřeby paliva mpe [g/kwh] M t [Nm] Graf 2 Srovnání zatěžovacích charakteristik měřeného motoru při otáčkách 1 n = 1304 min pomocí měřiče spotřeby paliva (1) a digitálních vah (2) 42

43 M t [Nm] t [s] 93,845 93,444 93,444 93,455 93,504 93,855 93,445 93,454 m [g] m pe [g/kwh] 393,3 265,2 252,1 228,5 225,6 223,8 223,3 225,7 Tab. 10 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot z digitální váhy pro 1 n = 1304 min a dané zatížení M t [Nm] t [s] 93,495 93,505 93,454 93,455 93,444 m [g] m pe [g/kwh] 294,2 230,9 226,8 222,4 225,4 Tab. 11 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot z digitální váhy pro 1 n = 1600 min a dané zatížení M t [Nm] 450 t [s] 93,855 m [g] 536 m pe [g/kwh] 218,1 Tab. 12 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot z digitální váhy pro 1 n = 2000 min a dané zatížení M t [Nm] 250 t [s] 93,454 m [g] 397 m pe [g/kwh] 243,4 Tab. 13 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot z digitální váhy pro 1 n = 2400 min a dané zatížení 43

44 Jednotlivá měření jsou zatížena chybou daného přístroje. Výrobce měřiče spotřeby udává chybu měření ± 1%, chyba digitálních vah je ± 1g z naměřených hodnot. V následujících tabulkách jsou zapsány naměřené hodnoty spotřeby m p [ l h ]se směrodatnou odchylkou střední hodnoty a chybami přístrojů. [ Nm] n [ min ] Měřič spotřeby PLU 401/108 M t ,92 ± 0, 02 24,73 ± 0, 02 18,32 ± 0, ,16 ± 0, ,52 ± 0, 02 5,85 ± 0, ,06 ± 0, ,06 ± 0, 03 9,37 ± 0, ,29 ± 0, ,06 ± 0, 03 13,61± 0, ,89 ± 0, ,81 ± 0, ,11 ± 0, ,38 ± 0, 02 44

45 [ Nm] n [ min ] Digitální váhy M t ,963 ± 0, ,476 ± 0, ,206 ± 0, ,197 ± 0, ,311 ± 0, 001 5,867 ± 0, ,146 ± 0, ,429 ± 0, 001 9,213 ± 0, ,167 ± 0, ,914 ± 0, ,574 ± 0, ,704 ± 0, ,747 ± 0, ,932 ± 0, ,178 ± 0,

46 měrná spotřeba paliva točivý moment efektivní výkon Mt [Nm], mpe [g/kwh] Pe [kw] n [min -1 ] Graf 3 Rychlostní (otáčková) charakteristika měřeného motoru pomocí digitálních vah mpe [g/kwh] M t [Nm] Graf 4 Srovnání zatěžovacích charakteristik měřeného motoru při otáčkách 1 n = 1600 min pomocí měřiče spotřeby paliva (1) a digitálních vah (2) 46

47 3 ZÁVĚR Cílem této práce bylo instalování a ověřování universálního měřiče spotřeby Pierburg PLU 401/108. Pro srovnání naměřených výsledků měřiče spotřeby Pierburg PLU 401/108 bylo provedeno další měření, a to hmotnostním měřením spotřeby paliva. Výsledné naměřené hodnoty byly zaneseny do tabulek a grafů. Porovnáním tabulkových a grafických výsledků zjistíme, že naměřené hodnoty jsou podobné. Požadovaný automatický sběr je možno snímat dvojím způsobem. Analogovým výstupem a digitálním výstupem přes sériový port. Pro sériový port byl vytvořen program na automatizovaný sběr dat. Analogový výstup je pro měřič spotřeby laděn na 60 l/h, přídavný přístroj VAZ-2E je laděn na 120 l/h. Záznam vycházející z analogového výstupu je tudíž jiný než uvádí dokumentace k měřiči spotřeby. Vhodným zvolením konstanty bude dosaženo přesnějšího měření spotřeby paliva. 47

48 Seznam použité literatury 1. Vémola, A.: Diagnostika automobilů II, Littera Brno Vlk, F.: Zkoušení a diagnostika motorových vozidel, vlk Brno Vlk, F.: Dynamika motorových vozidel, vlk Brno Pošta, J. a kol.: Opravárenství a diagnostika III, INFORMATORIUM Praha Dokumentace ke spotřeboměru Pierburg PLU 401/108 48