TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI FAKULTA STROJNÍ Katedra vozidel a motorů

(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 2008

(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

(3)

Místo pro vložení originálního zadání DP (BP)

(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

(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

(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.

(7)

Seznam symbolů a jednotek

mpe měrná spotřeba paliva [g kWh]

Pe efektivní výkon motoru pro daný režim [kW ]

Hu výhřevnost použitého paliva [MJ⋅ kg⁻¹]

η_c celková účinnost motoru [ - ]

Mp jízdní spotřeba paliva [l⋅ km⁻¹]

Mp/h hodinová spotřeba paliva [kg⋅ h⁻¹]

v zkušební rychlost vozidla [km⋅ h⁻¹]

ρ_p měrná hmotnost paliva [kg⋅ m⁻³]

Mt točivý moment [Nm]

n otáčky motoru [min⁻¹]

ω úhlová rychlost [rad⋅ s⁻¹]

mp spotřeba paliva [l⋅ h⁻¹]

K počet měření při daném režimu [ - ]

xi 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

(8)

Obsah

1 Úvod ... 9

2 Měření spotřeby paliva v PSM... 10

2.1 Způsoby měření spotřeby paliva ... 13

2.1.1 Objemové měření spotřeby paliva ... 14

2.1.1.1 Průtokový měřič spotřeby DATRON DFL... 14

2.1.1.2 Měřič spotřeby PLU 401/108 ... 16

2.1.1.3 Měření spotřeby s odměrnými válci ... 18

2.1.2 Hmotnostní měření spotřeby paliva ... 20

2.1.2.1 Dynamický měřič spotřeby paliva 733S ... 20

2.1.3 Nepřímé stanovení spotřeby výpočtem z emisních hodnot ... 21

2.2 Zapojení měřiče spotřeby paliva PLU 401/108 do palivového systému ... 22

2.2.1 Propojení měřiče spotřeby paliva PLU 401/108 s palivovým systémem 23 2.2.2 Měření a vyhodnocení dat ... 32

3 ZÁVĚR ... 47

Seznam použité literatury ... 48

(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.

(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

/ 3

⋅ 10

=

e h p

pe

P

m M

₍₁₎

Měrná spotřeba paliva je ukazatelem celkové účinnosti motoru, jak vyplývá z následujících vztahů:

c h

p c

pe

e M Hu

Hu m

P = ⋅ ⋅

η

= ⋅ ⋅

η

3600

/ (2)

1 3600 3600 10

1 ³

/

⋅

=

⋅

= M Hu m Hu

P

pe h

p e

η

c ₍₃₎

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)

(11)

dvoje různé otáčky (n1 a n2). 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 pe, křivky konstantního výkonu Pe a křivky konstantních měrných spotřeb mpe, příp. i jiné průběhy obr. 1.1.3. Úplná charakteristika PSM ukazuje rozmezí provozní oblasti motoru s nejvyšší účinností a poskytuje tak důležitou informaci pro optimalizaci spolupráce PSM s převodovým ústrojím.

Obr. 1.1.1 Rychlostní charakteristika PSM (Vlk, F.: Dynamika motorových vozidel, vlk Brno 2005)

(12)

Obr. 1.1.2 Zatěžovací charakteristika přeplňovaného vznětového PSM (www.ksd.vslib.cz/studenti/texty/VOZMOT.pdf)

(13)

Obr. 1.1.3 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.

(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.

2.1.1.1 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. 1.2.1. 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 [cm³] a znázorní na číslicovém displeji. Ukazovací přístroj má programovatelný

mikropočítač, který umožňuje provádět početní operace. Průtokoměr se umisťuje mezi benzinové podávací čerpadlo a karburátor – 1.2.2 nebo mezi podávací čerpadlo a rozdělovací lištu vstřikovacích ventilů. V případě rozdělovací lišty je za podávacím čerpadlem zapojen navíc regulátor tlaku.

(15)

Obr. 1.2.1 Funkční schéma měřiče spotřeby Datron DFL: 1 – písty; 2 – ojnice;

3 – klikový hřídel (Vlk, F.: Zkoušení a diagnostika motorových vozidel, vlk Brno 2001)

Obr. 1.2.2 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).

(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. 1.2.3.

Obr. 1.2.3 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

2.1.1.2 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. 1.3.1.

(17)

Obr. 1.3.1 Průtokový měřič spotřeby paliva Pierburg PLU 108: 1 – indikační přístroj (analogový ukazatel v l/h); 2 – číslicový ukazatel (cm³); 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

(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.

2.1.1.3 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. 1.4.1. 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

/ 5

⋅10

= ⋅

p h p

p v

M M

ρ

⁽⁴⁾

Funkčně odlišný je elektricky ovládaný měřič spotřeby paliva použitý u válcové zkušebny, obr. 1.4.2. 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

(19)

Obr. 1.4.1 Jednoduchý měřič spotřeby: 1 – nádrž s palivem; 2 – filtr; 3 – kohout;

4 – baňky (Vlk, F.: Zkoušení a diagnostika motorových vozidel, vlk Brno 2001)

Obr. 1.4.2 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)

(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.

2.1.2.1 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. 1.5. 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.

(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 CO2, 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

( ) ( ) ( )

[

0,866 0,429 0,273 2

]

1154 ,

0 HC CO CO

FC = D ⋅ + ⋅ + ⋅

b) pro vozidla se vznětovými motory

( ) ( ) ( )

[

0,866 0,429 0,273 2

]

1155 ,

0 HC CO CO

FC = D ⋅ + ⋅ + ⋅

CO ... změřené emise oxidu uhelnatého

[

^g^{⋅ km}⁻¹

]

CO2 ... změřené emise oxidu uhličitého

[

^g^{⋅ km}⁻¹

]

HC ... změřené emise uhlovodíků

[

^g^{⋅ km}⁻¹

]

FC ... spotřeba paliva

[

^l^{⋅ km}⁻¹

]

D ... hustota zkušebního paliva

[

^g^{⋅ cm}⁻³

]

(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. 1.6. 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.

(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. 1.7.1 a přípojného systému (zadní strana měřiče spotřeby) obr. 1.7.2.

Obr. 1.7.1 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)

(24)

Obr. 1.7.2 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. 1.7.3, proto bylo nutné zajistit kompatibilní

(25)

Obr. 1.7.3 Propojovací rychlospojky na měřiči spotřeby: 1 – Výstupní rychlospojky;

2 – Vstupní rychlospojky

Obr. 1.7.4 Propojovací rychlospojky od firmy SWAGELOK: 1 – Výstupní rychlospojka; 2 – Vstupní rychlospojka

(26)

Obr. 1.7.5 Rychlospojky firmy SWAGELOK namontované na propojovací hadice

Při samotné zástavbě měřícího přístroje do palivové soustavy byl nejdříve přístroj usazen do stojanu obr. 1.7.6. Po usazení došlo k samotnému propojení měřícího přístroje nejdříve s palivovým systémem měřeného motoru a poté s palivovým systémem palivové nádrže obr. 1.7.7.

(27)

Obr. 1.7.7 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.

(28)

Obr . 1.8.1 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

(29)

Obr. 1.8.1 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. 1.8.2 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)

(30)

Obr. 1.8.3 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. 1.8.4 Schéma zapojení měřiče spotřeby k vznětovému motoru se vstřikovacím

(31)

Přívodní vedení paliva k čerpadlu může být připojeno přímo ke vstřikovacímu čerpadlu.

Obr. 1.8.5 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. 1.8.6 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)

(32)

2.2.2 Měření a vyhodnocení dat

Měření bylo provedeno na vznětovém přeplňovaném naftovém motoru značky DAEWOO AVIA o zdvihovém objemu 3,92 dm³ 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:

K x x

ⁱ

K i 1

Σ

=

₍₅₎

( )

(

¹

)

1

2

−

=

∑

=

K K

x x s

K

i i

(6)

60 2 n

M M

P

_e _t _t

⋅ ⋅

⋅

=

⋅

= π

ω

_. ₍₇₎

Jako měřící médium byla použita motorová nafta o měrné hmotnosti 840 ⋅ ⁻3

= kg m

ρ . Abychom mohli ze vzorce (1) správně vypočíst měrnou spotřebu

(33)

Touto úpravou získáme spotřebu paliva v [g⋅ h⁻¹]. Dosazením rovnic (7) a (8) do (1) získáme

n M

m P

m M

t

p p e

h p

pe

⋅ ⋅

⋅

= ⋅

⋅

= π

ρ 30

10

³

/ .

xi [l⋅ h⁻¹] odečtené z PLU 401/108

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⁻¹]

Tab. 1 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot při volnoběhu

n = 830 min

⁻¹

(34)

xi [l⋅ h⁻¹] při M_t =50Nm x_i [l⋅ h⁻¹] při M_t =100Nm

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

(35)

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⁻¹] x = 7,449 [l⋅ h⁻¹]

Tab. 3 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot při

n = 1304 min

⁻¹

(36)

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

(37)

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⁻¹] x = 20,3812 [l⋅ h⁻¹]

n = 1304 min

⁻¹

(38)

xi [l⋅ h⁻¹] při M_t =100Nm x_i [l⋅ h⁻¹] při M_t =200Nm x_i [l⋅ h⁻¹] při M_t =300Nm

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

(39)

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⁻¹] x = 23,1038 [l⋅ h⁻¹]

n = 1600 min

⁻¹

(40)

min 1

2000 ⁻

=

n n=2400min⁻¹

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

(41)

[ ]

[

Nm

]

M n

t

min⁻1

50 100 150 200 250 300 350 400 450 510 550

Pe [kW] 6,8 13,7 20,5 27,3 34,1 40,9 47,8 - - - 75,1

1304

mpe

[g/kWh] 388,9 277,9 248,7 229,1 228,7 226,8 226,5 - - - 227,9

Pe [kW] - 16,8 - 33,5 - 50,3 - 67,0 - 85,5 -

1600

mpe

[g/kWh] - 293,4 - 234,8 - 227,5 - 223,2 - 227,1 -

Pe [kW] - - - 94,3 - -

2000

mpe

[g/kWh] - - - 220,4 - -

Pe [kW] - - - - 62,8 - - - -

2400

mpe

[g/kWh] - - - - 244,9 - - - -

Tab. 9 Tabulka vypočtených hodnot jmenovitého výkonu a měrné spotřeby paliva pro dané otáčky a zatížení

(42)

0 100 200 300 400 500 600

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600

n [min^-1]

Mt [Nm], mpe [g/kWh]

0 18 36 54 72 90 108

Pe [kW]

měrná spotřeba paliva točivý moment efektivní výkon

Graf 1 Rychlostní(otáčková) charakteristika měřeného motoru pomocí měřiče spotřeby paliva

200 250 300 350 400 450

0 100 200 300 400 500 600

M_t [Nm]

mpe [g/kWh]

1 2

(43)

Mt [Nm] 50 100 150 200 250 300 350 550 t [s] 93,845 93,444 93,444 93,455 93,504 93,855 93,445 93,454

m [g] 70 94 134 162 200 239 277 440

mpe

[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 n=1304min⁻¹ a dané zatížení

Mt [Nm] 100 200 300 400 510

t [s] 93,495 93,505 93,454 93,455 93,444

m [g] 128 201 296 387 500

mpe [g/kWh] 294,2 230,9 226,8 222,4 225,4

Tab. 11 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot z digitální váhy pro n=1600min⁻¹ a dané zatížení

Mt [Nm] 450

t [s] 93,855

m [g] 536

mpe [g/kWh] 218,1

Tab. 12 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot z digitální váhy pro n=²⁰⁰⁰^min⁻¹ a dané zatížení

Mt [Nm] 250

t [s] 93,454

m [g] 397

mpe [g/kWh] 243,4

Tab. 13 Tabulka naměřených a vypočtených hodnot z digitální váhy pro n=²⁴⁰⁰^min⁻¹ a dané zatížení

(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 mp [l⋅ h⁻¹]se směrodatnou odchylkou střední hodnoty a chybami přístrojů.

Měřič spotřeby PLU 401/108

[ ]

[

^min⁻¹

]

n Nm M_t

830 1304 1600 2000 2400

0 ⁰^,⁹²^±⁰^,⁰² ²⁴^,⁷³^±⁰^,⁰² ¹⁸^,³²^±⁰^,⁰²

50 ³^,¹⁶^±⁰^,⁰³

100 ⁴^,⁵²^±⁰^,⁰² ⁵^,⁸⁵^±⁰^,⁰²

150 ⁶^,⁰⁶^±⁰^,⁰²

200 ¹¹^,⁰⁶^±⁰^,⁰³ ⁹^,³⁷^±⁰^,⁰²

250 ⁹^,²⁹^±⁰^,⁰²

300 ¹¹^,⁰⁶^±⁰^,⁰³ ¹³^,⁶¹^±⁰^,⁰²

350 ¹²^,⁸⁹^±⁰^,⁰²

400 ¹⁷^,⁸¹^±⁰^,⁰²

450

510 ²³^,¹¹^±⁰^,⁰²

550 ²⁰^,³⁸^±⁰^,⁰²

(45)

Digitální váhy

[ ]

[

^min⁻¹

]

n Nm

M_t 830 1304 1600 2000 2400

0 ⁰^,⁹⁶³^±⁰^,⁰⁰¹ ²⁴^,⁴⁷⁶^±⁰^,⁰⁰¹ ¹⁸^,²⁰⁶^±⁰^,⁰⁰¹

50 ³^,¹⁹⁷^±⁰^,⁰⁰¹

100 ⁴^,³¹¹^±⁰^,⁰⁰¹ ⁵^,⁸⁶⁷^±⁰^,⁰⁰¹

150 ⁶^,¹⁴⁶^±⁰^,⁰⁰¹

200 ⁷^,⁴²⁹^±⁰^,⁰⁰¹ ⁹^,²¹³^±⁰^,⁰⁰¹

250 ⁹^,¹⁶⁷^±⁰^,⁰⁰¹

300 ¹⁰^,⁹¹⁴^±⁰^,⁰⁰¹ ¹³^,⁵⁷⁴^±⁰^,⁰⁰¹

350 ¹²^,⁷⁰⁴^±⁰^,⁰⁰¹

400 ¹⁷^,⁷⁴⁷^±⁰^,⁰⁰¹

450

510 ²²^,⁹³²^±⁰^,⁰⁰¹

550 ²⁰^,¹⁷⁸^±⁰^,⁰⁰¹

(46)

0 100 200 300 400 500 600

1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600

n [min^-1] Mt [Nm], mpe [g/kWh]

0 18 36 54 72 90 108

Pe [kW]

měrná spotřeba paliva točivý moment efektivní výkon

Graf 3 Rychlostní (otáčková) charakteristika měřeného motoru pomocí digitálních vah

200 220 240 260 280 300

0 100 200 300 400 500 600

M [Nm]

mpe [g/kWh]

1 2

(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.

(48)

Seznam použité literatury

1. Vémola, A.: Diagnostika automobilů II, Littera Brno 2006

2. Vlk, F.: Zkoušení a diagnostika motorových vozidel, vlk Brno 2001 3. Vlk, F.: Dynamika motorových vozidel, vlk Brno 2005

4. Pošta, J. a kol.: Opravárenství a diagnostika III, INFORMATORIUM Praha 2003

5. http://www.ksd.vslib.cz/studenti/texty/VOZMOT.pdf 6. http://www.avlcechy.cz/list-spotreba.html

7. Dokumentace ke spotřeboměru Pierburg PLU 401/108