Oktánszám mérőmotor

A BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Jendrassik György Hőtechnikai Laboratóriumában megtalálható egy úgynevezett oktánszám mérőmotor is.

A motort a BASF cég gyártotta 1964-ben, rajta elvégezhetők a motorbenzinek szabvány szerinti oktánszám-meghatározásához szükséges vizsgálatok. A vizsgálandó benzin kopogásintenzitását hasonlítjuk össze állandó kompresszióviszony mellet kettő darab referencia-tüzelőanyag hasonló értékével, különböző légfelesleg-tényezők mellett.

 

bmelab_16_01.jpg

 

A mérés kiértékelés módszere

A berendezés két fő részből áll: maga a belsőégésű motor illetve a fékező szinkron motort és a mérés elvégzéséhez szükséges elektronikai berendezéseket magában foglaló egység.

A motor egy álló, egyhengeres 332 cm3-es lökettérfogatú, négyütemű, vízhűtéses Otto-motor. A mérések reprodukálhatósága érdekében a berendezést állandó hőmérsékletet biztosító, két részből álló egység hűti: a primer kör desztillált vízzel töltött, benne a közeg a normál üzem során forrásban van, a hőcserélő szekunder oldala pedig a vízhálózatra van csatlakoztatva.

A villanymotor szolgál az Otto-motor indítására, majd a működés során azt fékezi, a fordulatszámot a mérési eljárás által megkövetelt fordulatszámon tartja. A két egység a benzinmotor lendkerekén keresztül ékszíjjal van kényszerkapcsolatban.

Az oktánszámmérés lebonyolításához bizonyos működési paramétereket meghatározott értékeken kell tartanunk, ezeket az Otto-motor speciális részegységei segítik.

Első és legfontosabb ezek közül, hogy a mérés során változtathassuk a kompresszióviszonyt. Ehhez a hengert és hengerfejet magában foglaló egység speciális kialakítása szükséges, hogy a dugattyú állandó lökete mellett változtathassuk a kompressziótérfogatot. A henger külső felületén lévő mozgatómenet egy csigával áll kapcsolatban, így egy kézikerék segítségével a csigát forgatva a kényszerpályán mozgó hengert emelhetjük, illetve süllyeszthetjük. Mindezek révén a kompresszióviszony (ε) 4-11 értékek között tetszőlegesen megválasztható és a beállított érték a motor oldalán, egy tárcsán kerül kijelzésre.

A motor szerves része egy speciális keverékképző egység is. Ez három tüzelőanyag-tartályból áll, ezek a mérendő benzint és az annál magasabb illetve alacsonyabb oktánszámú referencia-tüzelőanyagokat tartalmazzák. A légfeleslegtényezőt szintén itt, sajátos módon változtatjuk. Az üzemanyagok a tartályokból egy furaton át egy úszóházba jutnak. Itt állandó folyadékszintet lehet beállítani, ugyanis az úszó lezárja a furatot, az aktuális szint pedig az úszóház oldalán lévő mm beosztású skálán követhető. Mindezek mellett a motor állandó levegőmennyiséget szív be, a keverék pedig egy porlasztóban jön létre. Ide az üzemanyagok egy háromállású csapon keresztül jutnak, így választhatjuk ki, hogy a motor mivel üzemeljen. Belátható, hogy minél magasabb a folyadékszint az úszóházban, annál nagyobb hidrosztatikai nyomás ébred a porlasztó fúvókájánál, s a létrejövő tüzelőanyag-levegő keverék annál dúsabb lesz. Ugyan ez igaz fordítva is, alacsonyabb folyadékszint szegényebb keveréket eredményez.

 

bmelab_16_02.gif
Az oktánszámmérő motor szívó rendszere

 

A már említett állandó hűtővízköri hőmérséklet mellett meghatározott értéken kell tartanunk a beszívott levegő hőmérsékletét is. Erre a célra is a keverékképző egység szolgál, ahol a levegőt egy villamos fűtőszállal melegítjük, amit egy termosztát kapcsol ki-be, hőmérsékletét a megkívánt 52 °C-os értéken tartva.

A kopogásos égés vizsgálatához szükségünk van még egy kopogásmérő egységre is. Ez egy, a hengerfejbe épített magnetostrikciós jeladóból, erősítőből és a kopogásmérőből áll.

A magnetostrikciós kopogásmérő tulajdonképpen egy membránhoz csatlakozó induktív adó. Az induktív jeladó működése a magnetoelasztikus törvényen alapul. Egy felmágnesezett nikkelrúd változtatja meg nyomás hatására a mágneses permeabilitását, ezzel pedig a mágneses fluxus nagyságát. A rúd körüli tekercsben a fluxussal arányos néhány száz mV-os feszültség jön létre. Mivel a fluxus változása arányos a hengertérben uralkodó nyomás időbeli változásával, a jeladó által kiadott feszültségjel jó közelítéssel egyenlő a kopogásintenzitással.

A jeladóból kijövő jelről a normál égésből származó komponenseket az elektronika leválasztja. A második fokozaton a kopogásra jellemző jel erősítőn, illetve egy egyenirányítón megy át, majd a kopogásmérőbe jutva, a berendezés kezelőfelületén lévő, 0-tól 100-ig terjedő, dimenzió nélküli skálán kerül kijelzésre, mint kopogásintenzitás.

A kapott értékek alapján, a referenciák ismert oktánszáma segítségével, lineáris interpolációval határozzuk meg a vizsgált benzin oktánszámát.

A laboratóriumi fejlesztések eredményeként indikálórendszert építettünk ki a berendezésen. Így megvalósítható az Otto-motor működtetése során az indikátor-diagrammok felvétele, illetve egy szoftver segítségével különböző kopogásmérő számokat határozhatunk meg, s ezen jellemzők összehasonlítására, validációjára is mód nyílik.

További fejlesztések során a motort elláttuk füstgáz-mintavevő hellyel, így könnyen mérhető az egyes tüzelőanyagok NOx, CO, CO2 és THC emisszója a légfelesleg-tényező függvényében.

 

bmelab_16_03.gif
 
Összeállította: Damjanovits Viktor