Wpływ zmiany geometrycznego stopnia sprania na rzeczywisty stopie sprania

Transkrypt

1 ARCHIWUM MOTORYZACJI 2, pp (2007) Wpływ zmiany geometrycznego stopnia sprania na rzeczywisty stopie sprania KAROL FRANCISZEK ABRAMEK W referacie przedstawiono analiz wpływu zbyt pónego zamnicia zaworu dolotowego oraz zmiany geometrycznego stopnia sprania na rzeczywisty stopie sprania podczas rozruchu na przyładzie silnia SB-3.. Przedstawione rozwaania teoretyczne dotycz onstrucji silniów bez regulacji faz rozrzdu.. Wstp W oresie zimowym w ujemnych temperaturach otoczenia mog wystpi pewne trudnoci w uruchamianiu silnia o zapłonie samoczynnym. Potencjalny uytowni moe zaobserwowa to, jao onieczno wydłuonego czasu wymaganego do rozruchu silnia. Nie analizujc wpływu innych czynniów, w onstrucjach silniów starszego typu, gdzie nie ma regulacji faz rozrzdu silnia, zbyt póne zamnicie zaworu dolotowego moe powodowa cofanie si czynnia z przestrzeni roboczej do oletora sscego, a tym samym zmniejszenie iloci wieego czynnia dostajcego si do przestrzeni roboczej. W przypadu silniów o duych przebiegach esploatacyjnych, wystpuje tae wzmoone zjawiso przedmuchów gazów do srzyni orbowej. Te dwa czynnii maj na tyle duy wpływ, by uniemoliwi rozruch silnia w temperaturach poniej 0ºC. Straty czynnia roboczego z cylindra s zjawisiem nieorzystnym. Wpływaj one na spade mocy silnia, wisze zuycie paliwa i oleju smarujcego, trudnoci w rozruchu oraz saenie rodowisa produtami niezupełnego spalania. Przy zuytym silniu, dla tórego warto natenia przedmuchów jest znaczna, pocztowa temperatura procesu sprania w czasie rozruchu moe by nawet nisza od temperatury otoczenia wsute ochłodzenia si ładunu od ciane cylindra, głowicy i dena tłoa []. Obnienie temperatury ciane nastpujce w poprzednim suwie rozprania, wywołane jest zjawisiem rozprania zmniejszonej o straty przedmuchów iloci czynnia do cinie niszych od cinienia otoczenia, czemu towarzyszy znaczny spade temperatury. Przy małych prdociach obrotowych wystpujcych podczas rozruchu silnia, proces sprania rozpoczyna si po zamniciu zaworu dolotowego, co nastpuje w chwili, gdy tło przebył ju pewn drog w ierunu GMP. Tym samym rzeczywista objto nad tłoiem w chwili zamnicia zaworu jest mniejsza od

2 36 K.F. Abrame pojemnoci soowej cylindra, co ma decydujce znaczenie w czasie rozruchu silnia, szczególnie w nisich temperaturach otoczenia [2]. 2. Badania przedmuchów gazów podczas rozruchu Pomiary strat czynnia w postaci przedmuchów gazów do srzyni orbowej sporzdzono dla badawczego, jednocylindrowego silnia SB-3.. Silni SB-3. jest jednocylindrow wersj silnia SW-680. Wymiary główne silnia wynosz: rednica cylindra 27 mm, so tłoa 46 mm. Pomidzy ołnierzem cylindra i adłuba znajduj si wymienne podładi o zmiennej gruboci, umoliwiajce zmian geometrycznego stopnia sprania w zaresie od 3,75 do 7,75 co przedstawiono w tabeli. Tabela. Wpływ zmiany gruboci podładi pod głowic silnia SB-3. na geometryczny stopie sprania. Table. Impact of changes the thicness washer under SB-3. engine head on geometric compression ratio. Grubo podładi g [mm] Geometryczny stopie sprania ε 7,65 3,75 7,22 4,25 6,82 4,75 6,45 5,25 6,0 5,75 5,77 6,25 5,47 6,75 5,9 7,25 4,92 7,75 Pomiary przedmuchów wyonywane były dla prdoci rozruchowej. Listwa zbata pompy wtrysowej była w pozycji stop. To spowodowało wydłuenie czasu rozruchu. Badania przeprowadzono dla silnia ciepłego (temperatura oleju smarujcego 70 C). Na rysunu przedstawiono wynii bada przedmuchów dla prdoci rozruchowej n roz = 87 min - silnia SB-3. w funcji zmiany geometrycznego stopnia sprania.

3 Wpływ zmiany geometrycznego stopnia sprania na rzeczywisty stopie sprania 37 Q [m 3 /s] ,5 9 8,5 8 7,5 7 6, stopie sprania Rys.. Wpływ stopnia sprania na wielo przedmuchów do srzyni orbowej silnia SB-3. dla prdoci rozruchowej. Fig.. The impact of compression ratio on blow-by in the crancase of SB-3. engine for starting speed. 3. Obliczenia rzeczywistego stopnia sprania Geometryczny stopie sprania orelany jest jao wielo teoretyczna: = gdzie: s pojemno soowa cylindra, objto omory sprania. + s () Proces sprania rozpoczyna si po zamniciu zaworu sscego, co nastpuje w chwili, gdy tło przebył ju pewn drog x r. Na rysunu 2 przedstawiono schemat wyznaczenia drogi x r.

4 38 K.F. Abrame L+ r 2r L xr β r r α r Rys. 2. Sposób wyznaczenia drogi x r przebytej przez tło do chwili zamnicia zaworu dolotowego: L-długo orbowodu, r-promie wyorbienia, r t obrotu wału orbowego mierzony od połoenia odpowiadajcemu DMP do połoenia odpowiadajcemu zamniciu zaworu dolotowego, r -t odchylenia orbowodu mierzony od osi cylindra do połoenia odpowiadajcemu zamniciu zaworu dolotowego. Fig. 2. The way of tracing of the x r distance covered by the piston until closing of the suction valve: L length of the cranshaft, R radius of the double cran, r the rotation angle of the cranshaft measured from the position equivalent to its DMP (bottom dead centre) to the position equivalent to closing of the suction valve, r the angle of the cranshaft deflection measured from the cylinder axis to the position equivalent to closing of the suction valve. Drog x r przebyt przez tło od DMP przy otwartym zaworze sscym mona wyznaczy analizujc połoenie mechanizmu uładu orbowego do chwili zamnicia zaworu sscego. Długo drogi tłoa od DMP do połoenia odpowiadajcego zamniciu zaworu dolotowego mona zapisa równaniem:

5 Wpływ zmiany geometrycznego stopnia sprania na rzeczywisty stopie sprania 39 2 (2) 2 λ x r = r ( + cosα r ) + ( λ α r ) 2 sin 2 gdzie: r promie wyorbienia, r t obrotu wału orbowego mierzony od połoenia odpowiadajcego DMP do połoenia odpowiadajcego zamniciu zaworu dolotowego ( r = 57º), wsani długoci orbowodu. W czasie rozruchu wzgldna energia inetyczna czynnia w przewodzie dolotowym jest na tyle mała, e zbyt póne zamnicie zaworu dolotowego moe powodowa cofanie si czynnia z przestrzeni roboczej silnia ponownie do przewodu dolotowego. Dlatego rzeczywista ilo czynnia znajdujca si nad tłoiem w objtoci sr w chwili zamnicia zaworu, jest mniejsza od iloci czynnia znajdujcej si teoretycznie w objtoci wyznaczonej pojemnoci soow cylindra s. Rónic mona przedstawi za pomoc współczynnia wzgldnego zmniejszenia objtoci z ore- lonego zalenoci: z = sr x =- r r s 2 + cosα r + λ 2 sin 2 α r 2 = ( ) ( ) λ (3) Poniewa rzeczywista objto czynnia zamnita nad tłoiem sr w chwili rozpoczcia procesu sprania w czasie rozruchu jest mniejsza od geometrycznej objtoci soowej jednego cylindra s, mniejszy jest równie stopie sprania w czasie rozruchu r : r = + sr = z + s (4) 4. Wynii oblicze rzeczywistego stopnia sprania Wynii oblicze rzeczywistego stopnia sprania dla silnia SB-3. przedstawiono na rysunu 3. Obliczenia doonano dla rónych geometrycznych stopni sprania ε w zaresie od 3,75 do 7,75. Naley zauway, e np. dla nominalnego stopnia spr- ania ε = 5,75, rzeczywisty stopie sprania podczas rozruchu zmniejszony jest do wartoci ooło ε r = 3,05. Jest to znaczna zmiana i przy małej prdoci obrotowej podczas rozruchu cz ładunu moe ponownie cofa si do przewodu dolotowego, co nieorzystnie wpłynie na rozruch silnia.

6 40 K.F. Abrame rzeczywisty stopie sprania r 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2,5 0,5 0 3,75 4,25 4,75 5,25 5,75 6,25 6,75 7,25 7,75 geometryczny stopie sprania Rys. 3. Wpływ zmiany geometrycznego stopnia sprania ε na rzeczywisty stopie sprania ε r. Fig. 3. Change of geometric compression ratioε on actual compression ratio ε r. Zmiana geometrycznego stopnia sprania o stał warto powoduje zmian rzeczywistego stopnia sprania w zalenoci liniowej. Kształt charaterystyi przedmuchów dla prdoci rozruchu w wyniu zmiany stopnia sprania, zmienia si według funcji wielomianowej. Obecnie w onstrucjach nowoczesnych silniów (z regulacj faz rozrzdu) wprowadza si wczeniejsze zamnicie zaworu dolotowego w fazie rozruchu silnia. Taie rozwizanie stosuje si w celu uninicia zmniejszenia rzeczywistego stopnia sprania, spowodowanego cofaniem si czynnia do przewodów dolotowych, Literatura [] TELATYSKI R.: Diagnozowanie zuycia silniów z zapłonem samoczynnym na podstawie pomiaru intensywnoci przedmuchów spalin do srzyni orbowej. Prace Nauowe Politechnii Szczecisiej nr 7. Wydawnictwo Politechnii Szczecisiej, Szczecin 99. [2] ABRAMEK K. F.: Effect of scavenging of gases to crancase on actual compression ratio during start-up. Problems of Applied Mechanics International Scientific Journal. Georgian Committee of The International Federation For The Promotion of Mechanism And Machine Science. Tbilisi Nr 2(9)/2005.

7 Wpływ zmiany geometrycznego stopnia sprania na rzeczywisty stopie sprania 4 Effect of change of geometric compression ratio on actual compression ratio S u m m a r y In this lecture there are shown analysis of change of geometric compression ratio on actual compression ratio on example of SB-3. engine. These methods refer of construction engines without regulation of timing angles.