ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 4(90)/2012

Transkrypt

1 ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW (90)/0 Ewa Fudalj-Kosrzwa METODYKA SPORZĄDZANIA WSTĘPNEGO BIANSU ENERGETYCZNEGO SINIKA SPAINOWEGO NA PODSTAWIE POMIARU CIŚNIENIA W CYINDRZE. Wsę Slnkow salnowmu sawa sę szrg wymagań, kór słna on w mnjszym lub wększym sonu. Od go, o l dana konsrukcja slnka odowada wymaganom, zalży jgo rzydaność dla okrślongo zasosowana. Poza szczgólnym wymaganam, każdy slnk ownn słnać szrg ogólnych wymagań, kór można sformułować nasęująco: dawać możlw dużą moc rzy małj objęośc skokowj, małych wymarach zwnęrznych małj mas własnj, zużywać mał lośc alwa olju, ławo dososowywać sę do zman obcążna, dawać ławo uruchamać sę racować możlw jdnakowo w każdych warunkach amosfrycznych, możlw długo racować bz naraw rzglądów, będąc jdnoczśn anm w rodukcj, rosym w konsrukcj obsłudz, słnać obowązując normy ksloaacyjn. Wymnon wymagana sawan slnkom okrślają krunk badań, ch rodzaj cl, a akż drmnują wlkośc, kór nalży zmrzyć. Dokładną odowdź na yan, czy dany slnk odowada wymaganom konomcznośc zużyca alwa można uzyskać sorządzając całkowy blans nrgyczny slnka. Dysonując omaram cśnna w cylndrz slnka odczas jdngo cyklu racy można sorządzć blans częścowy dokonać wsęnj ocny aramrów slnka.. Blans nrgyczny Slnk cln, a węc slnk salnow, służą do rzwarzana nrg chmcznj alwa na nrgę mchanczną. Pracują wdług zamknęych obgów rmodynamcznych. Przmany nrg w urządznach racujących wdług obgów zamknęych są scharakryzowan srawnoścą slnków. W urządznach rzczywsych racujących wdług obgów zamknęych zachodzą sray mając różny charakr. W szczgólnośc mogą on mć charakr clny jak n.: nodwracalność yu clngo, arc, wymana cła. Wysęują równż sray yowo mchanczn: naęd mchanzmów omocnczych, sray arca mchanczngo w łożyskach urządzna. Wszysk sray są charakryzowan różnym wsółczynnkam, kór rzyjęo nazywać srawnoścam. Dla urządzń, kórych clm js oddawan nrg na zwnąrz, można rzdsawć schma sra rzkazywana nrg okazany na rys..[]. Procs dr nż. Ewa Fudalj-Kosrzwa - Polchnka Warszawska, Wydzał SMR, Insyu Pojazdów 7

2 rzwarzana nrg w urządznach rzczywsych ocna sę orównując ch racę z rzyjęym dalnym obgm wzorcowym. Enrga obrana Sray II zasady rmodynamk (sray wylou) Praca oryczna Sray cln (sray chłodzna) Praca wwnęrzna (ndykowana) Sray mchanczn Praca użyczna (fkywna) Rys.. Schma sra rzkazywana nrg w slnkach clnych W rzyadku slnka salnowgo wlkośc rzdsawon na rys.. oznaczają: nrga obrana - lość cła zawara w alw dosarczanym do slnka w czas jdngo obgu odowadająca jgo warośc oałowj, raca oryczna - raca, jaka zosałaby wyworzona, gdyby slnk racował zgodn z rzyjęym obgm wzorcowym, raca ndykowana raca wyworzona rzz zmnn cśnn rzczywśc dzałając w cylndrz w cągu jdngo cyklu roboczgo, raca użyczna raca, kóra moż być oddana rzz slnk na zwnąrz wykorzysana użyczn. Dla slnków racujących wdług obgu zamknęgo są sosowan są dwa sosoby okrślana srawnośc: A. Zgodny z normą PN 8/M 050, sosowany owszchn w rakyc slnkowj [], [], [], [5]. B. Zgodny z normą PN ISO 70-:007, uzułnony o wlkośc rmodynamczn [6]... Srawnośc wdług A a) Srawność oryczna η Js o srawność uwzględnająca konczność oddawana cła w obgu zamknęym, zgodn z drugą zasadą rmodynamk. Srawność oryczna js marą sra cła oddawango dolnmu źródłu; odowdnkm ych sra w slnku rzczywsym są sray wylou. b) Srawność ndykowana η (wwnęrzna) 7

3 Ta srawność uwzględna sray yu clngo owsając rzy ralzacj obgu wzorcowgo w cylndrz slnka rzczywsgo, a zam sray wywołan różncą właścwośc rzczywsgo czynnka roboczgo w sosunku do gazów doskonałych (zmnność cła właścwgo dysocjacja roduków salana), nwłaścwym rocsm salana, chłodznm oraz sray wywołan dławnm odczas rzływów zwązanych z wymaną ładunku. c) Srawność clna η c c Srawność clna całkowc charakryzuj obg rzczywsy slnka, j, uwzględna wszysk sray cln. Można ją zasać równż ak: c d) Srawność mchanczna η m m Uwzględna sray yu mchanczngo. Srawność mchanczna js marą sra sowodowanych arcm w mchanzmach slnka, ooram bzwładnośc koncznoścą naędu mchanzmów omocnczych. ) Srawność użyczna η o o Ta srawność charakryzuj cały rocs rzwarzana nrg można ją równż zasać nasęująco: o m m m lub o c m.. Srawnośc wdług B a) Srawność ndykowana η Srawność ndykowana - sosunk mocy ndykowanj do lośc cła dosarczongo do slnka w alw dorowadzanym do slnka w jdnosc czasu. Całkowc charakryzuj obg rzczywsy slnka, j, uwzględna wszysk sray cln. 75

4 N gdz: N [kw] moc ndykowana slnka, kj - lość cła zawara w alw dosarczanym do slnka w jdnosc czasu. s Można ją równż zasać nasęująco: b) Srawność mchanczna η m Srawność mchanczna sosunk mocy użycznj slnka do mocy ndykowanj. Można ją równż zasać nasęująco: N m N m c) Srawność ogólna η o Srawność ogólna sosunk mocy użycznj slnka do lośc cła zawargo w alw dosarczanym do slnka w jdnosc czasu. Można ją zasać równż nasęująco: lub N o o o m Rzczywsy wykrs cyklu roboczgo slnka, zwany ooczn wykrsm ndykaorowym zamknęym, rzdsawający zmanę cśnna w cylndrz w cągu jdngo cyklu roboczgo w zalżnośc od chwlowj warośc objęośc cylndra, można orównać z obgm orycznym. Obg oryczny charakryzuj srawność oryczna η. 76

5 d) Srawność oryczna η ) Soń wyłnna wykrsu obgu oryczngo ξ Rozbżność omędzy wykrsm rzczywsym a orycznym okrśla sę za omocą sona wyłnna wykrsu obgu oryczngo wykrsm rzczywsym ξ : Tn wskaźnk uwzględna sray yu clngo owsając rzy ralzacj obgu wzorcowgo w cylndrz slnka (js odowdnkm srawnośc ndykowanj η zdfnowanj w unkc..). Iloczyn srawnośc orycznj η sona wyłnna ξ js równy srawnośc ndykowanj slnka: Uwzględnając owyższą zalżność w zas srawnośc użycznj orzymuj sę: o m m. Sorządzn blansu nrgyczngo Prznowana modyka sorządzana wsęngo blansu nrgyczngo slnka salnowgo js oara na schmac rzkazywana nrg w slnkach clnych rzdsawonym na rys.. Dan nzbędn do sorządzna blansu są nasęując: rzbg cśnna dzałającgo w cylndrz w cągu jdngo cyklu roboczgo w zalżnośc od kąa obrou wału korbowgo, aramry racy slnka odczas wyznaczana rzbgu cśnna: - moc slnka, - rędkość obroowa, - zużyc alwa jgo warość oałowa, wymary gomryczn: - śrdnca cylndra, - skok łoka, - długość korbowodu, aramry slnka: - soń srężana, - lczba cylndrów. 77

6 .. Przykład sorządzana blansu Modyka sorządzana blansu zosan rzdsawona na rzykładz wolnossącgo slnka o załon samoczynnym Prkns 0C-, o nasęujących danych: moc maksymalna: N N = 60, kw, rędkość obroowa mocy maksymalnj: n N = 00 obr/mn, objęość skokowa slnka: V SS =, dm, lczba cylndrów : =, soń srężana : ε = 9,, śrdnca cylndra : D = 05 mm, skok łoka : S = 7 mm, długość korbowodu: l =,77 mm. Przbg cśnna dzałającgo w cylndrz w cągu jdngo cyklu roboczgo w zalżnośc od kąa obrou wału korbowgo zosał zarjsrowany rzy rędkośc obroowj wału korbowgo slnka n = 000 obr/mn. Paramry racy slnka były nasęując: moc fkywna N =, kw, godznow zużyc alwa G = 6,56 kg/h. Warość oałowa alwa wynos W u =, MJ/kg. Zmrzony rzbg cśnna js rzdsawony na rys.. w osac owargo wykrsu ndykaorowgo. Rys.. Owary wykrs ndykaorowy...wyznaczn składnków blansu lość cła zawara w alw dosarczanym do slnka w czas jdngo obgu Po odsawnu warośc: orzymuj sę: G W u 60 n G = 6,56 kg/h, W u =, MJ/kg, n = 000 obr/mn, τ =, =, = 6 J 78

7 raca ndykowana Wyznaczn racy ndykowanj wymaga sorządzna zamknęgo wykrsu ndykaorowgo rzdsawającgo rzbg cśnna dzałającgo w cylndrz w cągu jdngo cyklu roboczgo w zalżnośc od chwlowj objęośc cylndra. Warość chwlowj objęośc cylndra zalży od ołożna łoka w cylndrz slnka, a węc od kąa obrou wału korbowgo α. Wyznacza sę ją z nasęującj zalżnośc: D V V k r cos sn k k gdz: V V s k - objęość komory salana, s D V s S - objęość skokowa jdngo cylndra, r k - wsółczynnk korbowodu, l s soń srężana, D śrdnca cylndra, S skok łoka, r = S/ romń wykorbna, l długość korbowodu. Zamknęy wykrs ndykaorowy js rzdsawony na rys.. Oblczna wykrsy zosały wykonan rzy użycu rogramu Excl. Rys.. Zamknęy wykrs ndykaorowy Praca ndykowana js sumą rac wykonanych w oszczgólnych suwach, uwzględnającą znak sumowanych rac. d sr rozr w gdz: d raca absoluna w suw dolou, sr raca absoluna w suw srężana, rozr raca absoluna w suw rozrężana, 79

8 w raca absoluna w suw wylou. Warość racy ndykowanj można wyznaczyć rzz grafczn scałkowan zamknęgo wykrsu ndykaorowgo. Praca ndykowana wyznaczona na odsaw wykrsu okazango na rys. wynos: raca oryczna = 06 J Wyznaczn racy orycznj wymaga okrślna obgu wzorcowgo. Moż o być jdn z znanych slnkowych obgów orycznych, a manowc: obg Oa (rys. ), Dsla (rys. 5) lub Sabahgo (rys.6). T V=cons.. b a V k V s V a V=cons.. b S Rys.. Obg Oa T =cons. b a a Vk Vs V Rys. 5. Obg Dsla V=cons. b S a T V=cons.. =cons.. a b a Vk Vs V a b V=cons.. c S Rys.6. Obg Sabah O wyborz obgu oryczngo rzsądzła oblczona warość cśnna czynnka roboczgo o zakończnu rocsu srężana (unk na rys.,5,6) oraz cło zawar w alw dosarczanym do slnka w czas jdngo obgu. Oblczna zosały wykonan rzy nasęujących założnach: czynnkm roboczym w wzorcowym obgu orycznym js owrz rakowan jako gaz doskonały o nasęujących aramrach: sała gazowa R= 87 [J/(kg K)], wykładnk znroy k =c /c v =,, aramry ocząkow rocsu srężana: = 0, MPa, T = K, 80

9 maksymaln cśnn obgu ak jak na wykrs ndykaorowym, do obgu js dorowadzan cło równ cłu zawarmu w alw dosarczanym do slnka w czas jdngo obgu, objęość skokowa jdngo cylndra V s, objęość komory salana V k, soń srężana ε s ak jak w badanym slnku. Cśnn gazu o zakończnu rocsu srężana wynos: k V k V s 6, MPa V k Maksymaln cśnn ndykowan wynos max = 7,76 MPa. Js wększ od cśnna, co lmnuj obg Dsla. Wzros cśnna do warośc maksymalnj js w obgu orycznym wynkm zochoryczngo dorowadzna cła. Tak dorowadzoną lość cła oblcza sę nasęująco: gdz: M masa czynnka roboczgo v M c v ( T T ) 9, 5 J V M 0, 005kg R T c v cło właścw czynnka roboczgo rzy sałj objęośc mraura T : mraura T : c v R J 77, k 5 kg K V T 055K M R V T 00K M R Ilość cła dorowadzona do obgu zochoryczn js znaczn mnjsza od lośc cła zawarj w alw dosarczanym do slnka w czas jdngo obgu: v = 9,5 J < = 6 J Aby n sowodować wzrosu cśnna czynnka roboczgo do warośc wększj nż maksymaln cśnn ndykowan nalży nwykorzysan cło dorowadzć do obgu zobaryczn, co js możlw do zralzowana w orycznym obgu Sabah. I właśn n obg zosał wybrany jako obg wzorcowy. Pracę obgu oryczngo można wyznaczyć jako różncę lośc cła zawargo w alw dosarczanym do slnka w czas jdngo obgu cła w wyrowadzongo z obgu: w 8

10 Cło wyrowadzon z obgu oblcza sę nasęująco: w M c ( T T5) Tmraurę T 5 można wyznaczyć z zalżnośc: v V T 5 T V5 Czynnk roboczy osąga mraurę T w wynku zobaryczngo dorowadzna cła w lośc: rzy czym: k v J M c ( T T) sąd: T T 00K M c gdz: c cło właścw czynnka roboczgo rzy sałym cśnnu c J R cv 00, 5 kg K V max Vk T 00K M R M R Objęość V można oblczyć nasęująco: Cło wyrowadzon z obgu wynos: T T V k 0 m V V, T T w = 90 J Praca obgu wzorcowgo rzdsawongo na rys. 7 wynos zam: = 07 J 8

11 Rys.7. Wzorcowy obg Sabah raca użyczna Pracę użyczną można wyznaczyć z zalżnośc: N 9J gdz: N =, kw moc użyczna slnka, czas wykonana racy 60 0, s n = - lczba cylndrów, n = 000 obr/mn rędkość obroowa, rzy kórj slnk osągnął odaną moc Zsawn oblczonych składnków blansu nrgyczngo slnka js rzdsawon w osac wykrsu na rys. 8. = 6 J = 07 J = 06 J Sray wylou,% = 9 J Sray chłodzna,7% Sray mchanczn 5% Rys.8. Wykrs rzsawający blans nrgyczny badango slnka...wyznaczn srawnośc Srawnośc oblczon zgodn z dfncjam odanym w unkc..wynoszą: a) Srawność oryczna η 0,877 8

12 b) Srawność ndykowana η (wwnęrzna) 0,5 c) Srawność clna η c c 0,5 d) Srawność mchanczna η m ) Srawność użyczna η o m o 0,886 0, raura: [] Sanszwsk B.: Trmodynamka, PWN, Warszawa 978 [] Brnhard M., Dobrzyńsk S., oh E. Slnk samochodow. WKŁ, Warszawa 988 [] Nwarowsk K.: Tłokow slnk salnow. WKŁ, Warszawa 98 [] Wajand J.A., Wajand J.T.: Tłokow slnk salnow śrdno szybkoobroow. WNT, Warszawa 99 [5] Norma PN 8/M Slnk salnow łokow Podsawow wlkośc aramry - rmnologa [6] Norma PN ISO 70-:007 Slnk salnow łokow - Trmnologa- Część :Trmny doycząc konsrukcj racy slnka Srszczn W arykul są rzdsawon sosowan sosoby okrślana sra rzy rzman nrg w urządznach racujących wdług obgów zamknęych, do kórych nalży slnk salnowy. Zarznowana js modyka sorządzana wsęngo blansu nrgyczngo slnka salnowgo. Zamszczony js rzykład sorządzana blansu wraz z oblcznam. Słowa kluczow: slnk salnow, blans nrgyczny, srawnośc METHODOOGY OF OBTAINING THE INTRODUCTORY ENERGY BAANCE OF INTERNA COMBUSTION ENGINE ON THE BASIS OF PRESSURE MEASUREMENT IN THE CYINDER Summary In h arcl ald mhods of obanng h losss durng h nrgy changs n h machns workng n closd crculaons, o whch nrnal combuson ngn blongs, ar shown. Mhodology of drmnng h nroducory nrgy balanc of nrnal combuson ngn s rsnd. Examl of obanng h balanc oghr wh calculaons s nclosd. Kywords: nrnal combuson ngns, nrgy balanc, ffcncs 8