munkapont fogalma

A traktormotor adott üzeme a munkaponttal jellemezhető. A munkapont a motor üzemi főparamétereivel – azaz a főtengely fordulatszám (n [1/min]), a kifejtett nyomaték (M [Nm]) és a fajlagos hajtóanyag-fogyasztás (bt [g/kWh]) értékeivel – írható le. Ezekből a paraméterekből több más jellemző érték is kiszámítható, mint például a motor teljesítménye (P [kW]), az órás hajtóanyag-fogyasztás (Bt [kg/h]) stb.

Munkapont felvétele

A traktormotor lehetséges munkapontjait méréssel lehet meghatározni. A motor gyári adatainak meghatározását és a környezetvédelmi hatósági vizsgálatokat fékpadra szerelt motoron laboratóriumi körülmények között általában stacioner állapotban végzik (1. kép). A dízelmotor egész működési tartományára vonatkozó munkapontjainak és egyéb jellemzőinek felvétele során a változtatható terhelést a fékpad szolgáltatja. A motor kiszerelés nélkül is vizsgálható, a traktor erőleadó tengelyén (TLT-n) keresztül úgynevezett mobil fékberendezés segítségével (2. kép). A munkapontok adatait mérőberendezésekkel határozzák meg, az adatok gyűjtését és kiértékelését számítógéppel végzik.
A dízelmotor mezőgazdasági erőgépben dinamikus terhelésváltozásoknak van kitéve, ennek szimulálására újabban instacioner fékpadi vizsgálatokat végeznek (1. ábra). Ennek célja, hogy a motor tulajdonságainak (munkapontjainak, paramétereinek) jellemzését a folyamatosan váltózó terhelések hatására, dinamikusan határozzák meg. Az összefüggő nagyszámú adatokat mátrix alakzatban és háromdimenziós jelleggörbében, felületek formájában ábrázolva dolgozzák fel.

Motor jelleggörbék

A méréssel meghatározott munkapontok és egyéb jellemzők változását és ezek egymáshoz való viszonyát diagramban ábrázolják. Ezek a diagrammok az ún. motor jelleggörbék.
A motor jelleggörbék rendeltetése:
a motorok képességeinek és gazdaságossági tulajdonságainak bemutatása,
lehetővé teszik különböző motortípusok összehasonlítását és így lehetőség nyílik azok kritikai értékelésére,
segítségükkel elvégezhető a motorok beszabályozása az üzemeltetési viszonyoknak és a környezetszennyezési előírásoknak megfelelően.

A legtöbbször síkban ábrázolt jelleggörbéket három csoportba szokás sorolni:
fő jelleggörbék (fordulatszám és a terhelési jelleggörbe),
szabályozási jelleggörbék (pl. porlasztási, előbefecskendezési, töltés-beállítási jelleggörbe stb.),
üzemi jelleggörbék (pl. fordulatszám /terhelési/ jelleggörbe, regulátoros jelleggörbe, kagylódiagram stb.).

A traktor dízelmotorok stacioner fékpadi vizsgálatánál az ún. rögzített, paraméteres módszert alkalmazzák. Ennek lényege, hogy a független változót pl. a fordulatszám (n), a terhelő nyomaték (M) más néven a terhelés, az óránkénti hajtóanyag fogyasztás (Bt) stb. közül a mérés során valamelyiket rögzítik, és ez alapján vizsgálják a motor egyéb jellemzőinek változását (a függőváltozókat). A számszerű értékek táblázatban, illetve síkban (kétdimenziós) jelleggörbében rögzítik.

Traktor dízelmotor üzemi jelleggörbéi

A motor üzemi tulajdonságait, munkapontjait bemutató diagramokat üzemi jelleggörbéknek nevezik. A legfontosabb üzemi tulajdonságok alatt a motor fordulatszámának, nyomatékának, hajtóanyag fogyasztásának, teljesítményének alakulását értjük különböző motorbeállítások és környezeti feltételek mellett. A traktormotor üzeme legegyszerűbben a fordulatszám (terhelési) jelleggörbe, regulátoros jelleggörbe, kagylódiagram alapján tekinthető át.

Fordulatszám jelleggörbe

A belsőégésű motorokat jellemző karakterisztikák közül az egyik legfontosabb a fordulatszám jelleggörbe (2. ábra). Ez a görbe bemutatja a forgatónyomaték, a motorteljesítmény, az órán­kénti hajtóanyag-fogyasztás, a fajlagos hajtóanyag-fogyasztás, és a különböző kiegészítő paraméterek (kipufogógáz-, hűtővíz-, olajhőmérséklettel stb.) változását a motorfordulatszám függvényében. A mérés során a rögzített paraméter a hajtóanyag-fogyasztás (gázkar állása), míg a fékpad terhelésének szabályozásával változtatják a motor fordulatszámát.
A valóságos motorok esetén – a tömítetlenségi, áramlási, termikus, mechanikai stb. veszteségek miatt – állandó gázkar állás mellett, a fordulatszám függvényében változik a befecskendezett hajtóanyag és az égéstérbe jutó levegő mennyisége is, ezért az elméleti veszteségmentes motorhoz képest, a 2. ábrán látató jelleggel, a lineáristól eltérő módon alakulnak a paramétereket ábrázoló görbék.
A fordulatszám jelleggörbe értékelése felvilágosítást nyújt a vizsgált motor teljesítőképességéről és gazdaságosságáról.

Regulátoros jelleggörbe

A regulátoros jelleggörbe a dízelmotor leszabályozott fordulatszám jelleggörbéje (3. ábra). A mechanikus hajtóanyag ellátó rendszerrel rendelkező motoroknál a hajtóanyag elvételt és ez által a fordulatszámot az adagolószivattyú röpsúlyos regulátora szabályozza le, innen ered a jelleggörbe elnevezése. Természetesen elektronikus vezérléssel is működtethető a motor regulátoros jelleggörbének megfelelően. A leszabályozás fordulatszáma traktormotor típustól függően 1800-2600 1/min érték körüli. A regulátoros jelleggörbe alkalmas arra, hogy segítségével ellenőrizzék a motorok beállítását, állapotát, vagy a sorozatban gyártott motorok­nál a gyártó által megadott teljesítmény és fogyasztási adatok teljesítését.
A regulátoros jelleggörbén három rész különíthető el: szabályozott (regulátoros), stabil és labilis tartományokat (3. ábra).
A szabályozott tartomány két feladatott lát el, egyrészt biztosítja a beállított maximális motor fordulatszámot, másrész a terhelés nagymértékű ingadozása ellenére is közel állandó fordulatszámot tart a motor, állandó sebességgel halad a traktor.
A motor terhelésének növekedésével a munkapont átcsúszik a stabil tartományba. A maximális teljesítményen túl a motor fordulatszáma jelentős mértékben csökkenni fog. A csökkenő fordulatszámhoz viszont növekvő nyomaték tartozik, tehát a motor fel tudja venni stabilan a megnőtt terhelést, nem fog leállni mindaddig, ameddig a fordulatszám csökkenése el nem éri a maximális nyomatékhoz tartozó értéket (a labilis tartomány kezdetét).
A labilis tartományban már kis terhelés ingadozására is nagyon lecsökken a motor fordulatszáma, sőt a motor hirtelen le is állhat, lefulladhat. A labilis fordulatszám tartományból a terhelés gyors elvételével lehet a stabil, vagy a szabályozott tartományba visszakerülni.

Dízelmotor kagylódiagramja

A motor egész működési tartományáról és az üzemeltetés gazdaságosságáról átfogó képet az úgynevezett kagylódiagram szolgáltat (4. ábra). A diagram vízszintes tengelyén a fordulatszám, a függőleges tengelyén a motor nyomatékának (és/vagy effektív középnyomásának) értékei szerepelnek, a motor azonos teljesítményű munkapontjait ebben a koordináta rendszerben hiperbolák ábrázolják. Ez a diagram a motor teljes működéséi tartományában minden gázkar álláshoz tartozó fajlagos hajtóanyag-fogyasztás (bt) adatait is megjeleníti és az azonos értékeket összekötő pontok vonala a kagyló erezetéhez hasonló, innen származik a diagram elnevezése.

Üzemeltetés mechanikus szabályozású hajtóanyag-ellátó rendszerrel

A mechanikus szabályozású hajtóanyag-befecskendező rendszerrel rendelkező traktorok motorjai a regulátoros jelleggörbe szabályozót szakaszán üzemelnek. A traktoros szakértelme alapján választ sebességi fokozatott és gázkar állást (töltést). Minden gázkar álláshoz tartozik egy-egy regulátoros ág. A legnagyobb gázadás esetén érhető el a munkagéphez szükséges legnagyobb vontatási teljesítmény. A traktormotor működése a regulátoros jelleggörbe alapján a terhelések által meghatározott munkapontokban valósul meg. Például szántáskor teljes gáz adás esetén a motor aktuális munkapontja a szabályozott ágon a terhelést jelentő görbe metszés pontjánál alakul ki (5. ábra). Az ekefejek számának változtatásával növelhető a motor leterhelése és gazdaságos üzemeltetése. A gazdaságos üzemeltetéshez nagy gyakorlat szükséges, mert túlterhelés esetén a motor leáll, kis terhelés esetén viszont a motor fajlagos hajtóanyag fogyasztása nagyon megnő.

Üzemeltetés elektronikus szabályozású rendszerrel

Az elmúlt évtizedekben nagy változások jellemezték a traktormotorok és a hajtóművek kialakítását. Általánossá vált a turbótöltő alkalmazása, nemcsak a teljesítmény növelése, hanem a jelleggörbék befolyásolására is. A dízelmotor hajtóanyag-ellátó rendszere forradalmi változáson ment keresztül, az ECU (Engine Control Unit) motorvezérlő elektronika és a közös nyomócsöves (Common Rail) befecskendezési berendezés alkalmazásával. A befecskendezett gázolaj mennyiségének nagypontosságú és gyors szabályozásával elérhetővé vált a maximális értékhez közeli teljesítmény és nyomatékszolgáltatás tartományának kiszélesítése, hajtóanyag-fogyasztás minimalizálása (6. ábra). A traktortechnikában megjelentek az „állandó teljesítményű”, „állandó nyomatékú”, „eco” motor elnevezések. Az elnevezések műszaki tartalmát az adja, hogy a motor szabályozását követő vezérlő program mellett, a több fokozatú terhelés alatt kapcsolható (Powershift), illetve a fokozatmentes CVT (Continuously Variable Transmission) sebességváltóval melyik tartományban üzemel legtöbbet a motor.
Az elektronikus motor (ECU) és az elektronikus TCU (Transmission Control Unit) erőátvitel vezérléssel, valamint a CVT fokozatmentes sebességváltóval ellátott traktor üzemének mai lehetőségeit a motor kagylódiagramja (4. ábra) alapján lehet legegyszerűbben összefoglalóan bemutatni.
A traktor elindulása után a kiválasztott haladási sebesség mellett a motor kis teljesítménnyel pl. 75kW/2200 1/min az „1” munkapontban üzemel. Ebben az „1” munkapontban a fajlagos hajtóanyag-fogyasztás 320 g/kWh, az órás fogyasztás 31 liter/h. A „Traktormenedzsment” észlelve a „1” munkapontot utasítást ad az ECU és a TCU vezérlő egységeknek, hogy a 75 kW teljesítménygörbén a munkapontot a „2” helyzetbe vigye (a motor fordulatszáma csökken, a befecskendezett hajtóanyag dózisa növekszik, a sebességváltó magasabb sebesség fokozatba kapcsol). A „2” munkapontban a fajlagos hajtóanyag-fogyasztás 215 g/kWh, az órás fogyasztás 20,6 liter/h, az „1” ponthoz képest 33 %-kal kevesebb! Ha a munkavégzéshez több teljesítményre van szükség, akkor az elektronika a „2” pontból a „3” pontba vezérli a motor, a fordulatszám és a fajlagos hajtóanyag-fogyasztás nem változik, a teljesítmény 120 kW-ra nő és természetesen növekszik az órás hajtóanyag-fogyasztás 33,1 liter/h értékre, amely 10 %-kal kevesebb, mintha 2200 f/min értéknél a szabályozási ágon üzemelne a motor. Ha további teljesítménynövekedésre van szükség, akkor az elektronika a „4” pontba vezérli a rendszer működését, ahol 140 kW teljesítmény mellett 230 g/kWh a fajlagos fogyasztás és 41,3 lit/h az órás fogyasztás értéke még itt is 4 %-kal kevesebb, mintha 2190 f/min értéknél a szabályozási ágon üzemelne a motor.
A bemutatott példa alapján belátható, hogy a CVT sebességváltóval ellátott traktor az elektronikus „Traktormenedzsment” segítségével, a megfelelő program kidolgozása után és alkalmazása esetén a motor hajtóanyag-fogyasztása az egyes munkapontokban 10-25 %-kal mérsékelhető. A modern traktorok esetében már van lehetősége a traktorosnak, hogy az elektronikusan automatizált erőátviteli rendszerrel igen gazdaságosan üzemeltesse az erőgépet változó jellegű terhelés esetén is.