Belső égésű motorok vizsgálata, mérései

A dugattyús motorok komplexitása önmagában sejteni engedi, hogy vizsgálati lehetőségei legalább ennyire sokrétűek. Egyetlen cikk messze nem elegendő, hogy akár csak tételesen felsoroljuk az összes korábban vagy jelenleg létező mérési metódust.

Ennélfogva az alábbi írásban általánosan kitérünk a teljes motor laboratóriumi vizsgálati módszereinek fontosabb típusaira, valamint rövid jellemzést adunk az ezekhez szükséges berendezésekről.

A vizsgálatokról általában

Belső égésű motorok esetén két különböző csoportba soroljuk a vizsgálatokat eredeti céljuk szerint: lehetnek ellenőrző és fejlesztési célokat szolgálók. Előbbi típushoz tartoznak az átadás-átvételi vizsgálatok, az új konstrukciójú motorok és segédberendezéseik vizsgálatai, valamint az üzemeltetési vizsgálatok. Az átadás-átvételi vizsgálatok egyszerűbbek. Legyen szó akár új, akár felújított erőforrásról, jellemzően csak a motor legfontosabb jellemzőit figyelik. Ezek a vizsgálatok egyúttal a motor szerelési és javítási minőségéről is képet adnak.

Amikor egy új erőforrást vizsgálnak, az rendszerint élettartam-vizsgálat. Ezek legáltalánosabban ismert formája a fékpadi járatás, mely jelentős mennyiségű üzemórán keresztül zajlik (akár 1000 óránál is több), és ennek végén állapítják meg az új konstrukció gyengepontjait, valamint a komplett motor, az alkatrészek és a segédberendezések tartósságát.

Az ellenőrző vizsgálatok közé tartoznak még a hatósági időszakos műszaki vizsgálatok is; ezek célja a motor állapotának és főbb jellemzőinek ellenőrzése.

A komplexebb vizsgálatok többnyire fejlesztési célokat szolgálnak, és bonyolult, tudományos jellegű vizsgálatok, melyekhez általában speciális mérőberendezések szükségesek. A cél a különböző üzemeltetési és szerkezeti faktorok hatásának vizsgálata a motor működésére, vagy épp annak megállapítása, hogy a kísérlet igazol-e, vagy ha igen, milyen mértékben igazol egy adott hipotézist vagy hipotéziseket. Szintén általános vizsgálati cél olyan adatok gyűjtése, melyek alapján a motor hatékonyabbá, tökéletesebbé tehető a jövőben.

A motor effektív teljesítményének mérése

A teljesítménymérés fogalmát előszeretettel használja a szakirodalom is, azonban már az elején meg kell állapítanunk, hogy valójában a belső égésű motorok teljesítményének közvetlen mérése nem lehetséges. Ez ugyanis egy számított érték, mégpedig két mérhető paraméter, a forgatónyomaték és a fordulatszám szorzata.

A nyomaték közvetlenül mérhető fékpad vagy torziós dinamométer segítségével. A fékpad egy energiaátalakító nyomatékmérő berendezés, mely a motor mechanikai energiáját alakítja át elektromos- vagy hőenergiává.

A kevésbé ismert torziós dinamométerek az erőforrás és a hajtott munkagép között mérnek, vagyis ez a berendezés az üzem közben átvitt nyomatékot méri.

A fentiekből következik, hogy a két szerkezetet nem ugyanazzal a céllal használják: a fékpadot a motor teljesítményének, a dinamométert pedig a teljes rendszer üzemének vizsgálatára alkalmazzák.

Meckanikus dörzsfék

Ez a berendezés nem más, mint a Prony-fék, azaz egy tengelyre ékelt féktárcsa, melyhez fékpofákat szorítanak – a terhelés mértéke a fékpofákat szorító erővel arányos. A gyakorlatban soha nem terjedt el, mert a mechanikai dörzsfékek jelleggörbéje a nyomaték-fordulatszám síkon közel vízszintes egyenes, ami a motorok nyomatékgörbéjével nem alkot stabil munkapontot.

Légcsavarfék

Itt a motor teljesítményét levegő szállítására és örvényeltetésére használják fel. A fékezőnyomatékot a forgórész lapátszögének módosításával vagy a szállított légmennyiség fojtásával lehet szabályozni. Járműmotorok esetén kevés releváns alkalmazási területe akad, mert a levegő sűrűsége kicsi, így érdemleges fékezőnyomaték csak nagyon nagy fordulatszámokon érhető el.

Hidraulikus fékpad

A korábban népszerűnek számító fékpadnak többféle variánsa ismert (tárcsás, pálcás és örvénykamrás). Mindegyikben közös, hogy fékezőnyomatékuk állandó víztöltet mellett a fordulatszám négyzetével arányos.

A gyakorlatban leggyakrabban a pálcás és örvénykamrás fékpadot használták, ma már kevésbé elterjedtek. Mindegyik hidraulikus fékpadra igaz, melynek a munka- és a hűtőközege is víz, hogy a fékpadban lévő folyadékot a forgórész hozza mozgásba, majd lefékeződik az állórészen. Ebből az következik, hogy a motor által kifejtett nyomaték 100%-ban az állórésznek adódik át, és eközben a leadott teljesítmény hővé alakul.

Villamos örvényáramú fékpadok

Jelenleg ez a változat tekinthető a legnépszerűbbek. Előnye, hogy a fékezőnyomaték-görbe gyakorlatilag tetszőlegesen szabályozható, ráadásul nagyon könnyen automatizálhatók, és egyszerűen integrálhatók a digitális rendszerekbe.

A villamos örvényáramú fékpad állórésze és forgórésze között mágneses hatás hozza létre a fékezőnyomatékot. Az állórészben gerjesztőtekercsek találhatók, melyekben egyenáram folyik.

Amikor a forgórész forogni kezd, az állórészben örvényáram indukálódik. Ez a forgórész tárcsáján fékező hatású mágneses teret hoz létre, és a motor mechanikai munkáját hőenergiává alakítja. Következésképpen az állórész hőfelvétele jelentős, így azt hűteni kell. Ez a közeg többnyire víz.

A gerjesztőáram potenciométer segítségével szabályozható. A szerkezet sajátosságaiból adódóan a fékpad jelleggörbéje mindig hozzáigazítható a motor nyomatékgörbéjéhez annak érdekében, hogy valamennyi időpillanatban stabil munkapontot tudjanak létrehozni.

Mivel a forgórészben kialakuló erővonalak sugárirányúak, keskeny, kis inerciájú forgótárcsa alakítató ki. A konstrukciós és szabályzohatósági előnyök tehették lehetővé, hogy ezek a fékpadok programozhatók legyenek, és így megszerezzék a piac jelentős részét.

A mechanikai veszteségek meghatározása

Különösnek tűnhet, de a motorok mechanikai hatásfokára többnyire csak közelítő vizsgálatok léteznek. Ilyen például a Morse-eljárás, melynek a motornak először meghatározzák az effektív teljesítményét, majd egy hengert lekapcsolnak, és újra járatni kezdik a motort. A lekapcsolt hengerben jelentősen kisebbek a gáznyomások, ezért a mérés eredménye a valósnál mindig alacsonyabb lesz.

Szintén közelítő eredményt érünk el a motor szabad kifutásának mérésénél, ahol a motort egy adott fordulatszámnál leállítják, és figyelik, hogy milyen iramban esik a fordulatszáma.

Létezik mechanikai veszteségvizsgálat mérlegmotorral is, azaz külső hajtás közbeiktatásával. Ez a vizsgálat azt állapítja meg, hogy mekkora teljesítmény szükséges a motor forgatásához. Bár ez sem pontos, reprodukálhatósága miatt mégis jó szolgálatot tesz az indítómotorok méretezésénél.