ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

Podobne dokumenty
Mechanika i Budowa Maszyn Studia pierwszego stopnia

TEMAT: PARAMETRY PRACY I CHARAKTERYSTYKI SILNIKA TŁOKOWEGO

Rok akademicki: 2014/2015 Kod: STC TP-s Punkty ECTS: 3. Kierunek: Technologia Chemiczna Specjalność: Technologia paliw

Karta (sylabus) przedmiotu

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Wpływ rodzaju paliwa gazowego oraz warunków w procesu spalania na parametry pracy silnika spalinowego mchp

Rok akademicki: 2014/2015 Kod: SEN EW-s Punkty ECTS: 5. Kierunek: Energetyka Specjalność: Energetyka wodorowa

Pytania na egzamin dyplomowy specjalność SiC

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

ELASTYCZNOŚĆ SILNIKA ANDORIA 4CTI90

PL B1. POLITECHNIKA POZNAŃSKA, Poznań, PL BUP 05/18. WOJCIECH SAWCZUK, Bogucin, PL MAŁGORZATA ORCZYK, Poznań, PL

ELASTYCZNOŚĆ WSPÓŁCZESNYCH SILNIKÓW O ZAPŁONIE ISKROWYM

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

Silniki tłokowe. Dr inŝ. Robert JAKUBOWSKI

Przy prawidłowej pracy silnika zapłon mieszaniny paliwowo-powietrznej następuje od iskry pomiędzy elektrodami świecy zapłonowej.

POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY PROJEKT DYPLOMOWY INŻYNIERSKI

Charakterystyki prędkościowe silników spalinowych

PORÓWNANIE WYKRESU INDYKATOROWEGO I TEORETYCZNEGO - PRZYKŁADOWY TOK OBLICZEŃ

Rok akademicki: 2030/2031 Kod: SEN US-s Punkty ECTS: 5. Kierunek: Energetyka Specjalność: Urządzenia, sieci i systemy elektroenergetyczne

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(88)/2012

Moment obrotowy i moc silnika a jego obciążenie (4)

Wymagania edukacyjne Technologia napraw zespołów i podzespołów mechanicznych pojazdów samochodowych

SYMULACYJNE BADANIE ELASTYCZNOŚCI SILNIKÓW FIRMY MAN

PL B1. OSTROWSKI LESZEK, Gdańsk-Wrzeszcz, PL OSTROWSKI STANISŁAW, Gdańsk-Wrzeszcz, PL BUP 26/10

1. Wprowadzenie. 2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych. 3. Paliwa stosowane do zasilania silników

Kongres Innowacji Polskich KRAKÓW

Straty mechaniczne tłokowych silników spalinowych

INNOWACYJNY SILNIK z aktywną komorą spalania

WPŁ YW PARAMETRÓW KONSTRUKCYJNYCH ROZPYLACZY NA W Ł A Ś CIWOŚ CI U Ż YTECZNE SILNIKA ZASILANEGO PALIWEM LOTNICZYM

(wersja anglojęzyczna): CONSTRUCTION AND EXPLOITATION OF COMBUSTION ENGINES

ZESZYTY NAUKOWE NR 10(82) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE

Analiza drgań skrętnych wału śmigłowego silnika lotniczego PZL-200 podczas pracy z zapłonem awaryjnym

Rys. 2. Kolejne etapy pracy łopatek kierownicy turbiny (opis w tekście) Fig. 2. Successive stages of guide apparatus blades running

Tomasz P. Olejnik, Michał Głogowski Politechnika Łódzka

Teoretyczne aspekty koncepcji downsizingu silników spalinowych

Teoria termodynamiczna zmiennych prędkości cząsteczek gazu (uzupełniona).

Technika Samochodowa

NIERÓWNOMIERNOŚĆ NAPEŁNIANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI

OKREŚLENIE WPŁYWU WYŁĄCZANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI NA ZMIANY SYGNAŁU WIBROAKUSTYCZNEGO SILNIKA

PL B1. POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL BUP 01/18. WIESŁAW FIEBIG, Wrocław, PL WUP 08/18 RZECZPOSPOLITA POLSKA

ANALiZA WPŁYWU PARAMETRÓW SAMOLOTU NA POZiOM HAŁASU MiERZONEGO WEDŁUG PRZEPiSÓW FAR 36 APPENDiX G

ANALIZA CZĘSTOTLIWOŚCIOWA DRGAŃ CZYNNIKA ROBOCZEGO W UKŁADZIE DOLOTOWYM SILNIKA ZI

KONCEPCJA WERYFIKACJI DOŚWIADCZALNEJ ZAMODELOWANYCH OBCIĄŻEŃ CIEPLNYCH WYBRANYCH ELEMENTÓW KOMORY SPALANIA DOŁADOWANEGO SILNIKA Z ZAPŁONEM SAMOCZYNNYM

1. Wprowadzenie 1.1. Krótka historia rozwoju silników spalinowych

Transport I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny) studia niestacjonarne (stacjonarne / niestacjonarne)

przedmiot podstawowy przedmiot obowiązkowy język polski piąty semestr zimowy nie

2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych

Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2012/2013. Forma studiów: Stacjonarne Kod kierunku: 06.

Klasyfikacja systemów rozrządu silników spalinowych. Opracował: Robert Urbanik Zespół Szkół Mechanicznych w Opolu

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(88)/2012

Temat: Wpływ właściwości paliwa na trwałość wtryskiwaczy silników jachtów motorowych

Właściwy silnik do każdego zastosowania _BlueEfficiencyPower_Polnisch_Schrift_in_Pfade.indd :55:33

Laboratorium z Konwersji Energii SILNIK SPALINOWY

PORÓWNANIE OBCI E UKŁADÓW KORBOWYCH W RÓ NYCH TYPACH SILNIKÓW TŁOKOWYCH

PORÓWNANIE ELASTYCZNOŚCI SILNIKÓW COMMON RAIL I TDI

Wykaz ważniejszych oznaczeń i skrótów Wprowadzenie... 13

ZESZYTY NAUKOWE NR 5(77) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE. Wyznaczanie granicznej intensywności przedmuchów w czasie rozruchu

WPŁYW DOŁADOWANIA SILNIKA O ZAPŁONIE ISKROWYM NA EMISJĘ ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH SPALIN Z POJAZDU W WARUNKACH RZECZYWISTEJ EKSPLOATACJI

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 3(89)/2012

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2015/2016

THE THERMODYNAMIC CYCLES FOR THE DOUBLE PISTONS INTERNAL COMBUSTION ENGINE OBIEGI PRACY DWUTŁOKOWEGO SILNIKA SPALINOWEGO

Zadania i funkcje skrzyń biegów. Opracował: Robert Urbanik Zespół Szkół Mechanicznych w Opolu

INDICATING OF AN ENGINE FUELLED WITH CNG

WPŁYW RODZAJU PALIWA NA WYBRANE PARAMETRY PROCESU SPALANIA W SILNIKU O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM

POMIARY OPORÓW WEWNĘ TRZNYCH SILNIKA SPALINOWEGO

AKADEMIA MORSKA w GDYNI WYDZIAŁ MECHANICZNY

Temat ćwiczenia. Pomiary otworów na przykładzie tulei cylindrowej

SZKOŁA POLICEALNA dla dorosłych

MODEL SAMOCHODOWEGO SILNIKA ZASILANEGO WODOREM

MODELOWANIE NUMERYCZNE PROCESU NAPEŁNIANIA CYLINDRA SILNIKA ZI

Wyszczególnienie parametrów Jedn. Wartości graniczne Temperatura odparowania t o C od 30 do +5 Temperatura skraplania t k C od +20 do +40

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ 2014 Seria: TRANSPORT z. 82 Nr kol. 1903

Charakterystyka rozruchowej prędkości obrotowej silnika o zapłonie samoczynnym

Analiza kosztów eksploatacji pojazdów komunikacji miejskiej na przykładzie Miejskiego Przedsiębiorstwa Komunikacyjnego w Lublinie

WPŁYW KĄTA WYPRZEDZENIA WTRYSKU NA JEDNOSTKOWE ZUŻYCIE PALIWA ORAZ NA EMISJĘ SUBSTANCJI TOKSYCZNYCH W SILNIKU ZS ZASILANYM OLEJEM RZEPAKOWYM

Spalanie detonacyjne - czy to się opłaca?

Rozrusznik. Elektrotechnika w środkach transportu 85

IDENTIFICATION OF NUMERICAL MODEL AND COMPUTER PROGRAM OF SI ENGINE WITH EGR

OPTYMALIZACJA MODELU PROCESU WYBIEGU TRZYCYLINDROWEGO SILNIKA WYSOKOPRĘśNEGO Z WTRYSKIEM BEZPOŚREDNIM

Wydział Mechaniczny. INSTYTUT EKSPLOATACJI POJAZDÓW I MASZYN tel.

WYBRANE PROBLEMY STOSOWANIA BIOPALIW DO ZASILANIA SILNIKÓW Z ZAPŁONEM SAMOCZYNNYM

OBLICZENIA NUMERYCZNE TRWAŁOŚCI UKŁADU KORBOWO-TŁOKOWEGO SILNIKA SPALINOWEGO

PL B1. GULAK JAN, Kielce, PL BUP 13/07. JAN GULAK, Kielce, PL WUP 12/10. rzecz. pat. Fietko-Basa Sylwia

PROBLEMATYKA WYMIANY ŁADUNKU W CYLINDRACH LOTNICZEGO SILNIKA TŁOKOWEGO

Journal of KONES Internal Combustion Engines 2002 No. 3 4 ISSN

BADANIE SPRĘŻARKI TŁOKOWEJ.

NAPRAWA. 1) lokalizuje uszkodzenia zespołów i podzespołów pojazdów samochodowych na podstawie pomiarów i wyników badań diagnostycznych;

ANALIZA PORÓWNAWCZA ZUŻYCIA I KOSZTÓW ENERGII DLA BUDYNKU JEDNORODZINNEGO W SŁUBICACH I FRANKFURCIE NAD ODRĄ

Mechanika i Budowa Maszyn II stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

WPŁYW ZASILANIA SILNIKA PERKINS 1104C BIOETANOLEM NA EKONOMICZNE I ENERGETYCZNE WSKAŹNIKI JEGO PRACY

FUNCTIONAL AGRIMOTOR TESTING SUPPLIED BY THE VEGETABLE ORIGIN FUELS BADANIE FUNKCJONALNE SILNIKA ROLNICZEGO ZASILANEGO PALIWAMI POCHODZENIA ROŚLINNEGO

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Mechanika i Budowa Maszyn Studia drugiego stopnia specjalność Samochody i Ciągniki

Modele teoretyczne i matematyczne momentu strat mechanicznych w pompie stosowanej w napędzie hydrostatycznym

ANALIZA ENERGOCHŁONNOŚCI RUCHU TROLEJBUSÓW

INSTRUKCJE DO ZAJĘĆ LABORATORYJNYCH SILNIKI SPALINOWE I PALIWA

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych. Układy rewersyjne

Biogas buses of Scania

Pojazdy rolnicze. W rolnictwie znajdują zastosowanie następujące pojazdy:

Transkrypt:

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013 Piotr Szczęsny 1, Konrad Suprowicz 2 OCENA ROZWOJU SILNIKÓW SPALINOWYCH W OPARCIU O ANALIZĘ WSKAŹNIKÓW PORÓWNAWCZYCH 1. Wprowadzenie Konstrukcje silników spalinowych podlegają ciągłemu rozwojowi. Maksymalne wartości mocy i momentu limitowane są granicznymi obciążeniami cieplnymi oraz mechanicznymi. Wymusza to stosowanie coraz wytrzymalszych, odporniejszych na wysokie temperatury materiałów konstrukcyjnych. Największy wpływ na osiągi mają modyfikacje układów dolotowego, rozrządu oraz zasilania. Obecnie wzrost mocy i momentu uzyskuje się głównie poprzez zwiększenie średniego ciśnienia efektywnego. W pracy przedstawiono analizę statystyczną wskaźników porównawczych oraz parametrów konstrukcyjnych, reprezentatywnych grup silników pojazdów osobowych, produkowanych w kolejnych dziesięcioleciach w latach 1950-2011. Przygotowano bazę danych niezbędnych parametrów ponad 200 silników zarówno o ZI jak i ZS. Do analiz wykorzystano zestaw 8 zdefiniowanych wskaźników porównawczych i konstrukcyjnych, istotnych ze względu na obciążenia cieplne i mechaniczne porównywanych silników. 2. Podstawy teoretyczne Duże moce jednostkowe współczesnych silników spalinowych powodują wzrost ich obciążeń. Obciążenia mechaniczne tłokowych silników spalinowych powodowane są głównie przez: siły gazowe powstałe w wyniku spalania mieszanki paliwowo powietrznej, zależne od ciśnienia indykowanego wytworzonego w cylindrze, siły bezwładności, powstałe w wyniku ruchu elementów układu korbowotłokowego, które zależą od zmian prędkości kątowej wału korbowego, masy ruchomych części i specyfiki konstrukcyjnej silnika [1,2,7]. Osiągi współczesnych silników spalinowych są limitowane głównie przez obciążenia cieplne, które można wyznaczać przez ilość wywiązywanego ciepła dla silnika jako całości lub lokalnie, wyrażając obciążenia cieplne poprzez temperaturę poszczególnych elementów[3,4,5,6]. 1 dr inż. Piotr Szczęsny - Politechnika Lubelska, Instytut Transportu, Silników Spalinowych i Ekologii 2 mgr inż. Konrad Suprowicz - Lubelskie Centrum Rzeczoznawców Motoryzacyjnych sp. z o.o. 119

Tabela 1. Wskaźniki porównawcze zastosowane do obliczeń. Wskaźnik (parametr) formuła jednostka wymiary główne S/D [-] stopień sprężania [-] średnia prędkość tłoka cśr = 2 S n m/s współczynnik elastyczności E [-] masa jednostkowa G N = Gs/Ne kg/kw objętościowy wskaźnik mocy N V = Ne/Vss kw/dm3 tłokowy wskaźnik mocy N F = Ne/i Ft kw/cm2 skorygowany tłokowy wskaźnik mocy N FK = N F /(S/D)0,5 kw/cm2 Zestawione w tabeli 1 wskaźniki i parametry zostały wykorzystane do wyznaczenia parametrów i wskaźników porównawczych, użytych w późniejszej analizie statystycznej. Tabela 2. Główne wskaźniki silnika Karla Benza (1886) Wskaźnik wartość jednostka wymiary główne S/D 150/130 [-] stopień sprężania 2,7 [-] Rys. 1. Benz Patent-Motorwagen (1886) średnia prędkość tłoka 2,5 m/s objętościowy wskaźnik mocy 1,1 kw/dm 3 tłokowy wskaźnik mocy 0,0166 kw/cm 2 skorygowany tłokowy wskaźnik mocy 0,0155 kw/cm 2 120

Dla lepszego zobrazowania postępu i rozwoju jaki dokonał się w dziedzinie samochodowych silników spalinowych, w tabeli 2 pokazano wybrane wskaźniki jednego z pierwszych silników samochodowych Karla Benza z 1886r., a w tabeli 3 współczesnego, znacznie wysilonego silnika VW Golf 1,4 TSI. Tabela 3. Główne wskaźniki silnika VW Golf 1,4 TSI (2005) Wskaźnik wartość jednostka wymiary główne S/D 75,6/76,5 [-] stopień sprężania 10 [-] średnia prędkość tłoka 17,64 m/s objętościowy wskaźnik mocy 90 kw/dm 3 tłokowy wskaźnik mocy 0,680 kw/cm 2 skorygowany tłokowy wskaźnik mocy 0,684 kw/cm 2 Rys. 2. Silnik VW Golf 1,4 TSI (2005) 3. Analiza statystyczna Na kolejnych wykresach (Rys.3-10) przedstawiono opracowanie graficzne średnich wskaźników i parametrów reprezentatywnych grup silników, dla kolejnych dziesięcioleci poczynając od roku 1940. * silniki wolnossące,** silniki doładowane Rys. 3. Średnie wartości S/D 121

Rys. 4. Średni stopień sprężania Rys. 5. Średnia prędkość tłoka 122

Rys. 6. Współczynnik elastyczności całkowitej Rys. 7. Masa jednostkowa 123

Rys. 8. Objętościowy wskaźnik mocy Rys. 9. Tłokowy wskaźnik mocy 124

Rys. 10. Skorygowany tłokowy wskaźnik mocy Jak wynika z analiz zamieszczonych wskaźników i parametrów porównawczych, w okresie ostatnich siedemdziesięciu lat dokonał się znaczny postęp w konstrukcji silników spalinowych do pojazdów samochodowych, którego efektem jest istotna poprawa wskaźników jednostkowych, pozwalająca osiągać wyższą wydajność energetyczną i tym samym lepsze własności ekologiczne współczesnych jednostek napędowych. 4. Podsumowanie Konstrukcje silników spalinowych, zarówno ZI jak i ZS, są coraz bardziej wysilone. Najnowsze silniki ZI osiągają średnią wartość objętościowego wskaźnika mocy na poziomie 70 kw/dm 3, a silniki ZS 62 kw/dm 3. Obciążenia cieplne silników ZI są większe niż silników ZS. Dla najnowszych silników ZI średnie wartości tłokowych wskaźników mocy wynoszą: N F = 0,61 kw/cm 2, N FK =0,59 kw/cm 2 i odpowiednio dla ZS: N F =0,56 kw/cm 2, N FK =0,53 kw/cm 2. Najbardziej wysilone są obecnie silniki doładowane o ZI. Średnia wartość średniej prędkości tłoka dla współczesnych konstrukcji silników ZI wynosi 16,8 m/s i jest większa niż w przypadku silników ZS, dla których obecnie wynosi 11,9 m/s. W przeszłości, wraz z rozwojem konstrukcji silników zmniejszano skok tłoka, zmniejszając wartość stosunku S/D. Możliwe było zwiększenie prędkości obrotowej wału korbowego, a tym samym uzyskanie większej mocy, bez zmniejszania trwałości silnika. Obecnie panuje tendencja do ponownego zwiększania stosunku S/D. Literatura: [1] Wajand J., Werner J.: Silniki spalinowe małej i średniej mocy. WNT, Warszawa 1983, [2] Kozaczewski W.: Konstrukcja grupy tłokowo- cylindrowej silników spalinowych.wkił, Warszawa 2004, 125

[3] Wisniewski S.: Obciążenia cieplne silników tłokowych. WKiŁ, Warszawa 1972, [4] Rychter T., Teodorczyk A.: Teoria silników tłokowych. WKiŁ, Warszawa 2006, [5] Kowalewicz A.: Systemy spalania szybkoobrotowych tłokowych silników spalinowych.wkił, Warszawa 1980, [6] Wisłocki K.: Systemy doładowania szybkoobrotowych silników spalinowych.wkił, Warszawa 1990, [7] Luft S.: Podstawy budowy silników. WKiŁ, Warszawa 2003. Streszczenie W pracy przedstawiono analizę statystyczną wskaźników porównawczych oraz parametrów konstrukcyjnych, reprezentatywnych grup silników pojazdów osobowych, produkowanych w kolejnych dziesięcioleciach w latach 1950-2011. Przygotowano bazę danych niezbędnych parametrów ponad 200 silników zarówno o ZI jak i ZS. Do analiz wykorzystano zestaw 8 zdefiniowanych wskaźników porównawczych i konstrukcyjnych, istotnych ze względu na obciążenia cieplne i mechaniczne porównywanych silników. Słowa kluczowe: silniki spalinowe, wskaźniki porównawcze, analiza statystyczna ESTIMATION OF THE DEVELOPMENT OF COMBUSTION ENGINES IN SUPPORT ABOUT COMPARATIVE COEFFICIENTS ANALYSIS Abstract The paper presents the statistical analysis of comparative coefficients and constructional parameters of representative groups of engines of personal vehicles, produced in next decades in years 1950-2011. The base of data of indispensable parameters over 200 engines both about SI how and CI was prepared. To analyses were used the set of 8 defined comparative and constructional coefficients, important with regard on thermal and mechanical loads of compared engines. Keywords: combustion engines, comparative coefficients, statistical analysis 126