Silniki tłokowe. Dr inŝ. Robert JAKUBOWSKI

Transkrypt

1 Silniki tłokowe Dr inŝ. Robert JAKUBOWSKI

2 Podstawowe typy silnika tłokowego ze względu na zasadę działania Silnik czterosuwowy Silnik dwusuwowy Silnik z wirującym tłokiem silnik Wankla

3 Zasada pracy silnika czterosuwowego

4 Zasada pracy silnika czterosuwowego

5 Zasada pracy silnika dwusuwowego SUW W DÓŁ SUW W GÓRĘ

6 Zasada pracy silnika dwusuwowego

7 Zasada pracy silnika dwusuwowego dwusuw.gif

8 Przepłukiwanie cylindra

9 Nowe koncepcje silnika dwusuwowego

10 Zasada pracy silnika Wankla

11 Zasada pracy silnika Wankla

12 Silniki tłokowe Obieg silnika tłokowego V 2 1 V s V V V = V V ε = V V objętość maksymalna - objętość minimalna - objętość skokowa - stopień spręŝania

13 Obiegi teoretyczne silnika tłokowego Obieg Otto Obieg Otto p izentropowe spreŝanie 2-3 izochoryczne doprowadzenie ciepła 3-4 izentropowe rozpręŝanie 4-1 izochoryczne odprowadzenie ciepła PrzybliŜony model pracy silnika o zapłonie iskrowym V

14 Obiegi teoretyczne silnika tłokowego Obieg Diesla Obieg Diesla p izentropowe spreŝanie 2-3 izobaryczne doprowadzenie ciepła 3-4 izentropowe rozpręŝanie 4-1 izochoryczne odprowadzenie ciepła 4 1 V PrzybliŜony model pracy wolnossącego silnika o zapłonie samoczynnym

15 Obiegi teoretyczne silnika tłokowego Obieg Sabathe Obieg Sabathe p izentropowe spreŝanie 2-3 izobaryczne doprowadzenie ciepła 3-4 izochoryczne doprowadzenie ciepła 4-5 izentropowe rozpręŝanie izochoryczne odprowadzenie ciepła 5 1 V PrzybliŜony model pracy współczesnych silników o zapłonie samoczynnym

16 Praca obiegu i sprawność cieplna obiegu silnika p 3 4 PRACA OBIEGU lob = qdop qodp 2 l ob CEPŁO DOPROWADZONE ( ) ( ) q = q + q = c T T + c T T dop v 3 2 p 4 3 SPRAWNOŚĆ CIEPLNA OBIEGU η = c l q ob dop q = 1 q odp dop 5 1 V CEPŁO ODPROWADZONE odp ( ) q = q = c T T 5 1 v 5 1 Sprawność obiegu jest tym większa im większa jest praca obiegu uzyskiwanego z tej samej ilości doprowadzonego ciepła

17 Określanie parametrów uŝytkowych na podstawie analizy obiegu silnika ŚREDNIE CIŚNIENIE OBIEGU psr = Lob Vs = lob vs p 3 4 MAKSYMALNE CIŚNIENIE OBIEGU k p = λ p = λ p ε 3 p 2 p 1 q q λ = p 1 1 c T + = + v v k 1 v 2 cvtaε 2 p sr V MAKSYMALNA TEMPERATURA OBIEGU k 1 T4 = Tε 1 λpρ qp qp ρ = + 1 = + 1 c T c T ε λ k 1 p 3 p a p

18 Analiza obiegu silnika porównawczego Najkorzystniej pracę obiegu silnika moŝna podnosić poprzez zwiększanie ilości ciepła dostarczonego w procesie izochorycznym a następnie w procesie izobarycznym Na podnoszenie sprawności cieplnej silnika (zmniejszanie zuŝycia paliwa) wpływa podnoszenie stopnia spręŝania w silniku Stosunkowo niekorzystny wpływ na sprawności cieplną obiegu ma zwiększanie pracy obiegu poprzez izobaryczne doprowadzanie ciepła

19 Obieg silnika tłokowego czterosuwowego niedoładowanego p p 2 3 I 1-2 spręŝanie z inicjacją procesu spalania 2-3 spalanie 3-4 suw pracy OZW-ZZW usuwanie produktów spalania z komory cylindra OZD-ZZD napełniane cylindra świeŝym ładunkiem + OZW 4 1 V Praca indykowana L = pdv = A a a i i p v Ciśnienie indykowane p i pdv = = V Moc indykowana P = i L n i 2 Moc efektywna s L V i s n[ obr / s] pa OZD ZZW ZZD 1 P = P P i str Moment obrotowy GMP DMP V Mo = P ω

20 Metody doładowania silnika

21 Obieg silnika tłokowego czterosuwowego doładowanego mechanicznie p spręŝanie z inicjacją procesu spalania 2-3 spalanie 3-4 suw pracy OZW-ZZW usuwanie produktów spalania z komory cylindra OZD-ZZD napełniane cylindra świeŝym ładunkiem przy ciśnieniu wyŝszym od atmosferycznego 2 Z + pa p OZW 4 1 V OZD ZZD + 1 pa ZZW GMP DMP V

22 Porównanie wykresów obiegu silnika Silnik bez doładowania Silnik doładowany

23 Obieg silnika dwusuwowego p spręŝanie z inicjacją procesu spalania 2-3 spalanie 3-4 suw pracy 4-1 przepłukiwanie cylindra Praca indykowana L = pdv = A a a i i p v Ciśnienie indykowane p i pdv L = = V V Moc indykowana P i i s = L n n[ obr / s] i s 2 pa GMP Z 4 1 DMP V Moc efektywna P = P P i str Moment obrotowy Mo = P ω

24 ZuŜycie paliwa ZUśYCIE PALIWA NA JEDEN CYKL PRACY SILNIKA m = Q η W pal dop spal u Wu η spal - wartość opałowa paliwa - sprawność cieplna procesu spalania SEKUNDOWE ZUśYCIE PALIWA mɺ = m n pal pal lub mɺ = m n pal pal 2 JEDNOSTKOWE ZUśYCIE PALIWA b =ɺ m P j pal

25 SILNIK CZTEROSUWOWY Wykres pracy obiegu silnika, a kąt obrotu wału korbowego Gdzie: V = V 2 GMP α 2 x = R + L Rcos L R Po wyłączeniu R i oznaczeniu przez ( sinα ) 2 λ = x = R 1 λ cosα λ sinα λ λ sin α 1 ( λ sinα ) 1 2 R L ( ) 2 Z dwumianu Newtona po odrzuceniu wyrazów o mniejszym znaczeniu oraz 2 1 cos 2α sin α = 2 λ x = R 1 cosα ( 1 cos 2α ) 4 Vs Vs λ V = V2 + x = V2 + 1 cosα ( 1 cos 2α ) 2R 2 4

26 OBIEG SILNIKA CZTEROSUWOWEGO PROCES SPALANIA Silnik z gaźnikiem lub wtryskiem do kolektora dolotowego I spalanie wstępne II spalanie właściwe III dopalanie T p I II III GMP Kąt OWK ZaleŜność temperatury i ciśnienia w funkcji kąta OWK

27 OBIEG SILNIKA CZTEROSUWOWEGO PROCES SPALANIA Silnik z wtryskiem do komory spalania I okres opóźnienia samozapłonu II okres powstawania rozprzestrzeniania się ognisk samozapłonu III okres spalania paliwa bezpośrednio po wyjściu z wtryskiwacza IV okres dopalania podczas suwu rozpręŝania (niepoŝądany) p okres wtrysku samoczynny zapłon początek wtrysku I II III IV GMP Kąt OWK ZaleŜność ciśnienia w funkcji kąta OWK

28 Fazy pracy rozrządu zapłon

29 Źle dobrany zapłon silnika zapłon zbyt wczesny zapłon opóźniony

30 Spalanie stukowe Lokalnie w silniku dochodzi do samozapłonu mieszanki, co powoduje lokalny impulsowy wzrost ciśnienia i temperatury. Proces ten jest niekontrolowany i niepoŝądany - występuje gdy paliwo ma zbyt małą liczbę oktanową, a stopień spręŝania jest zbyt duŝy.

31 Charakterystyka zewnętrzna silnika

32 Charakterystyka dławiona silnika

33 Współpraca silnik śmigło

34 P Dobór śmigła do silnika malne Śmigło norm Śmigło lekkie Śmigło cięŝkie n

35 Współpraca śmigła przestawianego z silnikiem β kąt nastawienia śmigła

36 Charakterystyka śmigłowa Moment obrotowy M o = C n 1 2 Moc P = C n 2 3 C1, C2 - stałe zaleŝne od śmigła i kątów ustawienia łopat

37 Charakterystyka silnika Asz 62

38 Charakterystyka ogólna silnika

39 Charakterystyka wysokościowa Przeliczanie parametrów pracy silnika na wysokości ,11 0,11 H H H T p P P p T = 0 H ,11 0,11 j j H H H b b p T p T =

40 Characterystyka wysokościowa silnika doładowanego Moc Silnik niedoładowany Moc przelotowa niezbędna na wysokości H N H Silnik doładowany H

41 Charakterystyka prędkościowa silnika W silnikach tłokowych przyrost prędkości lotu nieznacznie wpływa na moc silnika niedoładowanego powodując jej wzrost (dla V=400 km/h zwiększenie mocy wynosi ok. 6%), natomiast nie powoduje zmian mocy silnika doładowanego o stałym ciśnieniu ładowania w danym zakresie prędkości. Jednostkowe zuŝycie paliwa pozostaje przy tym na praktycznie stałym poziomie. Natomiast ciąg wytwarzany przez śmigło istotnie zaleŝy od prędkości zgodnie z zaleŝnością: K =η sm P V H Całkowity ciąg zespołu napędowego wyraŝa się zaleŝnością: K = Σ K + K gdzie: ciąg dodatkowy: K =ɺ mspalvspal Dla VH 500 km/h ciąg dodatkowy stanowi istotny udział w ciągu całkowitym zespołu napędowego w granicach % ciągu całkowitego silnika