Silniki spalinowe Teoria

Transkrypt

1 Silniki palinowe eoia D inż. Stefan Kluj

2 Zaada działania

3 Założenia obiegu teoetycznego tała ilość czynnika palanie zatąpione dopowadzeniem ciepła pzy tałej objętości i pzy tałym ciśnieniu wydech zatąpiony odpowadzeniem ciepła pzy tałej objętości pężanie i ozpężanie ą adiabatyczne tzn. bez wymiany ciepła z otoczeniem

4 Wkaźniki obiegu ekonomiczność czyli pawność teoetyczna efektywność czyli śednie ciśnienie teoetyczne V V L V L p t t t ) ( Q Q Q Q Q Q Q P V t η

5 Obieg Sabathe

6 Dodatkowe wkaźniki obiegu (cz. ) wpółczynnik pzyotu objętości pzy tałym ciśnieniu lub topień wtępnego ozpężania ρ V V wpółczynnik pzyotu ciśnienia pzy tałej objętości ϕ p p 3

7 Dodatkowe wkaźniki obiegu (cz. ) topień pężania ε V V topień ozpężania lub topień natępnego ozpężania δ V V 5

8 Obieg Otto

9 Obieg Diela

10 Poównanie pawności obiegów (cz. a) ZASADA PORÓWNYWANIA Q O Q S Q D η to Q Q Q o o o Q Q o η t Q Q η td Q D Q

11 Poównanie pawności obiegów (cz. b) Ponieważ Q > Q > Q D o Dlatego η > η > to t η td

12 Poównanie pawności obiegów (cz. )

13 Poównanie efektywności obiegów

14 Obiegi zeczywite - Poównanie z teoetycznymi a. nie jet już obiegiem zamkniętym bo natępuje wydech b. w celu palania dopowadza ię okeśloną ilość paliwa, któe może być palone w óżny poób c. pzemiany pężania i ozpężania ą nieodwacalne d. w cylindze pozotaje pewna ilość gazów, któe podgzewają świeży ładunek e. uwzględnia ię taty wynikłe z opoów pzetłaczania czynnika

15 V e V S ( h ) w ε e V e V V K K Obieg zeczywity ilnika -

16 Obieg zeczywity ilnika -

17 Kołowy wyke ozządu -

18 Kołowy wyke ozządu - Silnik nie doładowany Silnik doładowany α α α α PD KD PW KW α α α α PD KD PW KW α PW α KW kąt pzekycia zawoów

19 Staty obiegu zeczywitego

20 Napełnianie cz. Paamety powietza a. pzed cylindem: p d, d, m d, d lub p 0, 0, m 0, 0 b. w cylindze: p l, l, m l, l p l p, l d Ilość powietza, któa mogła by ię zmieścić w cylindze pzy paametach: p d i d (lub p 0 i 0 ) m V ρ d V pd R d m V ρ Paamety ezty palin pozotających w cylindze: p,, m, o V pd R o

21 Napełnianie cz. Wpółczynnik ezty palin γ 0,05 0, γ m m l Wpółczynnik napełnienia cylinda η v 0,75 0,90 η v m m l η Dla - zamiat ε wtawia ię ε e wówcza η v odnoi ię do V e, albo też, oblicza ię η η σ v v v ε ε p p d l d γ ( ) w odnieione do V

22 Napełnianie cz. 3 Czynniki ekploatacyjne wpływające na wpółczynnik napełnienia cylinda p d - η v ε - η v d - η v p - η v γ - η v - η v n - makimum pzy okeślonej pędkości obotowej (zazwyczaj znamionowej)

23 Spężanie cz. Paamety na początku pężania : p,, ρ, V, m, Paamety na końcu pężania: p,, ρ, V, m m,, p p ε n, ε n- Śedni wykładnik politopy pężania: n,35, lepze chłodzenie goze chłodzenie

24 Spężanie cz.

25 Spężanie cz. 3 Wykładnik politopy pężania n ośnie gdy: maleje intenywność chłodzenia tzn. np. tounek powiezchni cylinda do objętości (F c / V) ośnie pędkość obotowa ilnika ośnie obciążenie ilnika bo ośnie śednia tempeatua cyklu maleje d bo kótzy cza pzekazywania ciepła do ścianek

26 Spężanie cz. Paamety końca pężania Silnik niedoładowany doładowany p k [Pa] 3,5 5,0 5,0 0,0 Stopnie pężania Niedoładowany wolnoobotowy 3 śednioobotowy 5 zybkoobotowy 5 8 Doładowany 3 k [K]

27 Pzeciętny kład paliwa c 0,8 0,88 h 0, 0, 0,0005 0,035 o 0, ,03

28 Właściwości paliw cz. Gętość pzy 0 C nie jet pecjalnie itotną cechą i wyóżnikiem, ponieważ nawet badzo dobe oleje mogą mieć gętość powyżej 0,9 Jedn. Olej napędowy Ga oil Dieel oil Light fuel oil Olej opałowy edium fuel oil Heavy fuel oil kg/dm 3 0,8-0,8 0,8 0,8-0,88 0,88 0,88-0,90 0,90 0,90-0,9 0,9 0,9-0,99 0,99

29 Właściwości paliw cz. Lepkość pzy 38 C jet badzo ważnym paametem bo okeśla podatność paliwa do tanpotu i palania. Paliwa o dużej lepkości muzą być podgzewane do tanpotu i palania, zaś tempeatua podgzania wynika z lepkości paliwa w tempeatuze odnieienia i lepkości jaką mui mieć ono pzed pompą paliwową. Wynoi ona zwykle: RI (tj.,,5ºe) ilniki wolnoobotowe RI (tj.,7,ºe) ilniki śednio i zybkoobotowe Jedn. Olej napędowy Ga oil Dieel oil Light fuel oil Olej opałowy edium fuel oil Heavy fuel oil RI

30 Właściwości paliw cz. 3 Zawatość iaki jet badzo ważnym paametem, gdyż powtające w czaie palania związki iaki twozą z wodą, zawatą w powietzu, kwa iakowy powodujący intenywną koozję tzw. nikotempeatuową powiezchni omywanych pzez gazy palinowe. Koozję tę można częściowo zneutalizować pzez toowanie olejów cylindowych ze pecjalnymi dodatkami alkalicznymi (tzw. wyoka liczba BN) Jedn. Olej napędowy Ga oil Dieel oil Light fuel oil Olej opałowy edium fuel oil Heavy fuel oil % 0-0,50,5 0,5- -,5,

31 Właściwości paliw cz. Zawatość pozotałości tałych (liczba Conadona) wkazuje na kłonność paliwa do twozenia tałych pozotałości podcza palania, co pzyja uzkodzeniom końcówek wtykiwaczy, pieścieni tłokowych itp Jedn. Olej napędowy Ga oil Dieel oil Light fuel oil Olej opałowy edium fuel oil Heavy fuel oil % 0-0,050,05 0,05-0,5 0,5 0,

32 Właściwości paliw cz. 5 Zawatość popiołu jet itotna bowiem działa on jako ścieniwo na pieścienie tłokowe, tuleje i zawoy, pzyja też ich wypalaniu zwłazcza, gdy wytępuje w nim duża zawatość wanadu i odu (tzw. koozja wyokotempeatuowa powyżej 600ºC); Jedn. Olej napędowy Ga oil Dieel oil Light fuel oil Olej opałowy edium fuel oil Heavy fuel oil % 0-0,0050,005 0,005-0,0 0,0 0,0-0,0 0,0 0,0-0,05 0,05 0,05-0, 0,

33 Właściwości paliw cz. 6 Liczba cetanowa okeśla zdolność paliwa do amozapłonu (patz zwłoka zapłonu). Silniki o n<00 ob./ min. ą na nią mało ważliwe, ale dla n> 00 ob./ min. LC 0 jet abolutnie niezbędna. LO 0 LC -zależność pzybliżona Jedn. Olej napędowy Ga oil Dieel oil Light fuel oil Olej opałowy edium fuel oil Heavy fuel oil

34 Właściwości paliw cz. 7 Watość opałowa nie zmienia ię zbytnio w zależności od odzaju paliwa Jedn. Olej napędowy Ga oil Dieel oil Light fuel oil Olej opałowy edium fuel oil Heavy fuel oil J/kg,7 3,,70,86,5

35 Właściwości paliw cz. 8 empeatua amozapłonu ºC empeatua zapłonu minimum 65 ºC Zatoowanie Jedn. Olej napędowy Ga oil Dieel oil Light fuel oil Olej opałowy edium fuel oil Heavy fuel oil zybkoobotowe Śednioobotowe wolnoobotowe

36 eoetyczne zapotzebowanie powietza do palania 0 0, c h kmol kg powietza paliwa Dla pzeciętnego kładu paliwa 0 0,5 kmol kg powietza paliwa dla powietza 9 kg kmol kg powietza kg powietza µ p 8, 97 m0, 5 kmol powietza kg paliwa

37 Wpółczynnik nadmiau powietza pzy palaniu cz. Definicja: λ ml m g ml m p g 0 p 0 l Watości:,8, wolnoobotowe,6,0 śednioobotowe,5,8 zybkoobotowe Dawka paliwa na cykl: g p F tp S tp ρ p η tp k h η tp S k η tp tp h F tp f ρ ( n) p

38 Wpółczynnik nadmiau powietza pzy palaniu cz. Zależność λ od paametów pacy λ V k m0 3 tałt dla paliwa i ilnika η h v ρ η d tp Spadek λ pzy tałej natawie h może być wywołane pzez: -padek η v (np. goze pzepłukanie), -padek ρ d (np. goze chłodzenie powiezchni), ( n) ( η wplywa nieznacznie bo η f, zaś pzy h idem, n idem) tp tp

39 eoetyczny wpółczynnik pzemiany molekulanej Ilość powietza pzed palaniem odnieiona do kg paliwa l g l p kmol kg powietza paliwa Pzyot ilości gazów uzykanych ze palania h 0 kmol pal. l 3 kg paliwa eoetyczny wpółczynnik pzemiany molekulanej (zakłada obecność tylko czytego powietza w palaniu) µ t l l l

40 Rzeczywity wpółczynnik pzemiany molekulanej Rzeczywita ilość gazów pzed palaniem odnieiona do kg paliwa Rzeczywita ilość gazów po palaniu odnieiona do kg paliwa Rzeczywity wpółczynnik pzemiany molekulanej (uwzględnia obecność palin z popzedniego cyklu) ( ) l l γ ( ) t l l l γ µ t γ γ µ µ

41 Równanie palania cz. Potać ogólna (bilan enegii dla kg paliwa) U Q U L 3 pzed palaniem po palaniu

42 Równanie palania cz. Enegia wewnętzna pzed palaniem ( ) v l l v v v v l c U c c ale c c U γ λ λ γ α ; ; :. 0 0

43 Równanie palania cz. 3 Enegia wewnętzna po palaniu ( ) ( ) ( ) v l v c U ale c U 0 0 :. γ λ µ γ λ µ γ µ µ β

44 Równanie palania cz. Enegia dopowadzona w paliwie w czaie palania γ. Q ξ W d

45 Równanie palania cz. 5 Enegia (paca) użyteczna wytwozona w czaie palania ( )( ) R L R V p R V p p p ale V p V p L γ ϕ µ λ ϕ δ ; ; :

46 Równanie palania cz. 6 Potać zczegółowa ównania palania ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( ) ( ) K kmol J R c W R c R c W R c R R c W c R c W c p d v v d v v d v v d v 8,3 : / µ γ λ ξ ϕ µ γ λ ξ ϕ ϕ µ µ γ λ ξ γ λ γ ϕ µ λ γ λ µ ξ γ λ

47 Równanie palania cz. 7 Ciepło właściwe powietza na początku palania (pzy Vcont.) Ciepło właściwe czytych palin na końcu palania (pzy Vcont.) Ciepło właściwe miezaniny powietza i palin na końcu palania (pzy Vcont.) Ciepło właściwe miezaniny powietza i palin na końcu palania (pzy pcont.) K kmol J c v,5 97 K kmol J c v 3, ( ) ( )( ) ( ) ( ) obliczeniowa potać b a c K kmol J c c c v v v v 0,06,06 γ λ γ λ γ ( ) potać obliczeniowa b c c K kmol J R c c p v p

48 Równanie palania cz. 8 Potać obliczeniowa A B C 0 B B A AC K

49 Pzebieg palania cz.

50 Pzebieg palania cz.

51 Pzebieg palania cz. 3