MOMENT OPORÓW RUCHU TŁOKOWEGO SILNIKA SPALINOWEGO RESISTANCE TORQUE OF THE PISTON COMBUSTION ENGINE

Podobne dokumenty
TEMAT: PARAMETRY PRACY I CHARAKTERYSTYKI SILNIKA TŁOKOWEGO

LABORATORIUM SILNIKÓW SPALINOWYCH

ANALIZA SYGNAŁÓW ROZRUCHU SILNIKA SPALINOWEGO

WPŁYW PRĘDKOŚCI OBROTOWEJ NA WŁAŚCIWOŚCI ROZRUCHOWE SILNIKÓW Z ZAPŁONEM SAMOCZYNNYM. Karol Franciszek Abramek

Charakterystyka rozruchowej prędkości obrotowej silnika o zapłonie samoczynnym

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

Silniki tłokowe. Dr inŝ. Robert JAKUBOWSKI

1. Wprowadzenie 1.1. Krótka historia rozwoju silników spalinowych

POMIARY OPORÓW WEWNĘ TRZNYCH SILNIKA SPALINOWEGO

OPTYMALIZACJA MODELU PROCESU WYBIEGU TRZYCYLINDROWEGO SILNIKA WYSOKOPRĘśNEGO Z WTRYSKIEM BEZPOŚREDNIM

NAPĘDZANIE WAŁU KORBOWEGO SILNIKA ROZRUSZNIKIEM ELEKTRYCZNYM I PNEUMATYCZNYM

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Mechaniczny Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu LABORATORIUM TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ

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

Moment obrotowy i moc silnika a jego obciążenie (4)

2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych

Wymagania edukacyjne Technologia napraw zespołów i podzespołów mechanicznych pojazdów samochodowych

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

This copy is for personal use only - distribution prohibited.

OCENA PORÓWNAWCZA ZUśYCIA PALIWA SILNIKA CIĄGNIKOWEGO ZASILANEGO BIOPALIWEM RZEPAKOWYM I OLEJEM NAPĘDOWYM

LABORATORIUM TECHNOLOGII NAPRAW

ZESZYTY NAUKOWE NR 10(82) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE

Temat ćwiczenia. Pomiary otworów na przykładzie tulei cylindrowej

PORÓWNANIE WYKRESU INDYKATOROWEGO I TEORETYCZNEGO - PRZYKŁADOWY TOK OBLICZEŃ

Ćw. 4. BADANIE I OCENA WPŁYWU ODDZIAŁYWANIA WYBRANYCH CZYNNIKÓW NA ROZKŁAD CIŚNIEŃ W ŁOśYSKU HYDRODYNAMICZNYMM

Straty mechaniczne tłokowych silników spalinowych

LABORATORIUM TECHNOLOGII NAPRAW WERYFIKACJA I NAPRAWA ELEMENTÓW UKŁADU NAPĘDOWEGO

ELASTYCZNOŚĆ SILNIKA ANDORIA 4CTI90

Napęd pojęcia podstawowe

OKREŚLENIE OBSZARÓW ENERGOOSZCZĘDNYCH W PRACY TRÓJFAZOWEGO SILNIKA INDUKCYJNEGO

Temat /6/: DYNAMIKA UKŁADÓW HYDRAULICZNYCH. WIADOMOŚCI PODSTAWOWE.

Pytania na egzamin dyplomowy specjalność SiC

Wprowadzenie. Napędy hydrauliczne są to urządzenia służące do przekazywania energii mechanicznej z miejsca jej wytwarzania do urządzenia napędzanego.

Dobór silnika serwonapędu. (silnik krokowy)

WYDZIAŁ MECHANICZNY POLITECHNIKI GDAŃSKIEJ KATEDRA SILNIKÓW SPALINOWYCH I SPRĘśAREK

Komputerowa analiza ruchu tłoka w jednocylindrowym silniku spalinowym

ciąg podciśnienie wywołane róŝnicą ciśnień hydrostatycznych zamkniętego słupa gazu oraz otaczającego powietrza atmosferycznego

Napęd pojęcia podstawowe

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

Układ napędowy. Silnik spalinowy CAT C27 Typ silnika CAT C 27. Zespół prądnic synchronicznych. Znamionowa prędkość obrotowa

Laboratorium z Konwersji Energii SILNIK SPALINOWY

Czynniki determinujące tworzenie i samozapłon mieszanki podczas rozruchu silnika o zapłonie samoczynnym

Charakterystyki prędkościowe silników spalinowych

LABORATORIUM SILNIKÓW SPALINOWYCH Materiały pomocnicze

Vespa LX 50 2T. pojemność skokowa silnika w cm 3 49 zasada działania silnika dwusuwowy z zapłonem iskrowym. odśrodkowe bezwładnościowe

Zajęcia laboratoryjne

Obiegi gazowe w maszynach cieplnych

Tomasz P. Olejnik, Michał Głogowski Politechnika Łódzka

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

Rozrusznik. Elektrotechnika w środkach transportu 85

Badanie trójfazowych maszyn indukcyjnych: silnik klatkowy, silnik pierścieniowy

Silniki pojazdów samochodowych : podręcznik do nauki zawodu Technik pojazdów samochodowych / aut. Richard Fischer [et al.].

SPRĘŻ WENTYLATORA stosunek ciśnienia statycznego bezwzględnego w płaszczyźnie

PRÓBA POPRAWY WSKAŹNIKÓW EKONOMICZNYCH SILNIKA TURBODOŁADOWANEGO

Hydrostatyczne Układy Napędowe Laboratorium

Katedra Silników Spalinowych i Pojazdów ATH ZAKŁAD TERMODYNAMIKI. Badanie wentylatora - 1 -

Ćwiczenie M 1 - protokół. Badanie maszyn prądu stałego: silnika bocznikowego i prądnicy obcowzbudnej

TEORETYCZNY MODEL PANEWKI POPRZECZNEGO ŁOśYSKA ŚLIZGOWEGO. CZĘŚĆ 3. WPŁYW ZUśYCIA PANEWKI NA ROZKŁAD CIŚNIENIA I GRUBOŚĆ FILMU OLEJOWEGO

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

ROZRUCH SILNIKÓW WYSOKOPRĘŻNYCH W UJEMNYCH TEMPERATURACH

Seria 2, ćwiczenia do wykładu Od eksperymentu do poznania materii

Ćwiczenie 14. Maria Bełtowska-Brzezinska KINETYKA REAKCJI ENZYMATYCZNYCH

Sterowanie napędów maszyn i robotów

Wykład 2 Silniki indukcyjne asynchroniczne

WPŁYW PODZIAŁU DAWKI PALIWA NA WSKAŹNIKI PRACY SILNIKA SPALINOWEGO O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM Z WTRYSKIEM BEZPOŚREDNIM

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Laboratorium z Elektrotechniki z Napędami Elektrycznymi

ĆWICZENIE 18 ANALIZA UKŁADU NAPĘDOWEGO CIĄGNIKA

DIAGNOSTYKA. 1. Diagnozowanie podzespołów i zespołów pojazdów samochodowych. Uczeń:

Zespół Szkół Samochodowych w Bydgoszczy

THE CONTROLLING OF THE FUEL AUTOIGNITION PROCESS DURING DIESEL ENGINE START-UP

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

PROFIL PRĘDKOŚCI W RURZE PROSTOLINIOWEJ

WPŁYW ZASILANIA SILNIKA ROLNICZEGO MIESZANINĄ OLEJU NAPĘDOWEGO Z BIOBUTANOLEM NA JEGO EFEKTYWNE WSKAŹNIKI PRACY

SILNIKI SPALINOWE RODZAJE, BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA

POMPA OLEJOWA WIELOWYLOTOWA Typ PO

SILNIKI I URZĄDZENIA NAPĘDOWE

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

ZAKŁAD POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH I SILNIKÓW SPALINOWYCH ZPSiSS WYDZIAŁ BUDOWY MASZYN I LOTNICTWA

Ćwiczenie 1b. Silnik prądu stałego jako element wykonawczy Modelowanie i symulacja napędu CZUJNIKI POMIAROWE I ELEMENTY WYKONAWCZE

09 - Dobór siłownika i zaworu. - Opór przepływu w przewodzie - Dobór rozmiaru zaworu - Dobór rozmiaru siłownika

Applications of FEM for explanation of influence of the operating parameters upon failure wear of the piston in a diesel engine

(54) Sposób oceny szczelności komory spalania silnika samochodowego i układ do oceny

Skutery : chińskie, tajwańskie i koreańskie : silniki 50, 100, 125, 150 i 200 cm 3 / Phil Mather. Warszawa, Spis treści

CHARAKTERYSTYKA BIEGU JAŁOWEGO W FAZIE NAGRZEWANIA SILNIKA CHARACTERISTICS OF THE IDLE RUN IN PHASE OF HEATING-UP THE ENGINE

Wprowadzenie. - Napęd pneumatyczny. - Sterowanie pneumatyczne

MASZYNY ELEKTRYCZNE CELMA SA

Analiza współzależności zjawisk

Sterowanie napędów maszyn i robotów

OKREŚLENIE I MIARY STRAT MECHANICZNYCH TŁOKOWEGO SILNIKA SPALINOWEGO

Dla poprawnej oceny stanu technicznego maszyny konieczny jest wybór odpowiednich parametrów jej stanu (symptomów stanu)

SZKOŁA POLICEALNA dla dorosłych

HDI_SID807 Informacje o obwodzie paliwa

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

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

Zakład Pojazdów Samochodowych i Silników Spalinowych. LABORATORIUM SILNIKÓW SPALINOWYCH Instrukcje do ćwiczeń

Wpływ temperatury cieczy chłodzącej i oleju na straty tarcia w tłokowym silniku spalinowym

ELEKTROMAGNETYCZNE HAMULCE I SPRZĘGŁA PROSZKOWE

BADANIA OLEJU SILNIKOWEGO JAKO ŹRÓDŁA INFORMACJI O STANIE TECHNICZNYM SILNIKA SPALINOWEGO O ZS

NAPIĘCIE PRACY AKUMULATORA W WARUNKACH ROZRUCHU SILNIKA

Zadanie bloczek. Rozwiązanie. I sposób rozwiązania - podział na podukłady.

OKREŚLENIE WPŁYWU WYŁĄCZANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI NA ZMIANY SYGNAŁU WIBROAKUSTYCZNEGO SILNIKA

Transkrypt:

Tłokowe silniki spalinowe, moment oporów ruchu PSZCZÓŁKOWSKI Józef 1 OENT OPORÓW RUCHU TŁOKOWEGO SILNIKA SPALINOWEGO Scharakteryzowano zaleŝności momentu oporów ruchu walu korbowego silnika tłokowego głównie od jego prędkości obrotowej. Wyodrębniono i rozpatrzono dwa przedziały wartości prędkości obrotowej wału korbowego: zakres niskiej, rozruchowej prędkości wymuszanej przez rozrusznik podczas napędzania wału oraz prędkości obrotowej funkcjonującego silnika. Przedstawiono formuły analityczne opisujące zaleŝności rozruchowego momentu oporu oraz charakterystykę zmienności średniej prędkości i momentu oporu wału napędzanego przez rozrusznik. Przedstawiono wyniki badań charakteryzujące zmienność momentu oporu silnika w zakresie wysokich wartości prędkości. Wskazano przyczyny odmiennej zaleŝności momentu oporu od prędkości obrotowej w wymienionych przedziałach jej wartości. RESISTANCE TORQUE OF THE PISTON COBUSTION ENGINE There is characterised dependences of moving piston engine crankshaft resistance torque mainly on its rotational speed. There were separated and analysed the two crankshaft rotational speed intervals: the range of low, starting speed extorted by starter during crankshaft driving and the rotational speed of operating engine. There are presented analytical formulae describing the dependences of starting resistance torque and variety characteristic of mean rotational speed and resistance torque of crankshaft driven by starter. There are presented test results characterising the variety of engine resistance torque at high crankshaft speed values. There are pointed the reasons of different dependences of resistance torque on crankshaft rotational speed at its value intervals. 1. WSTĘP Występowanie sił i momentów sił jest związane z róŝnego rodzaju oddziaływaniami ciał w przyrodzie, które są przyczyną powstawania oporów ruchu. Do podstawowych typów oddziaływań źródeł oporów moŝna zaliczyć: oddziaływania grawitacyjne, elektryczne i magnetyczne (występowanie pól sił); występowanie sił bezwładności; opory przemian termodynamicznych; zjawiska tarcia. 1 Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział echaniczny, 00-908 Warszawa, ul. S. Kaliskiego 2. Tel.: + 48 22 683 72 06, Fax.: +48 22 683 71 21, E-mail: jpszczolkowski@wat.edu.pl

3510 Józef PSZCZÓŁKOWSKI Szczególne miejsce wśród wymienionych źródeł oporów, a stąd i szczególną uwagę w działaniach człowieka w dziedzinie techniki zajmują opory związane z występowaniem tarcia. Pokonywanie oporów tarcia jest zawsze związane ze zuŝyciem i stratami energii. Ponadto w technice występowaniu zjawisk tarcia towarzyszy zuŝycie elementów maszyn powodujące utratę zdolności do wypełniania funkcji uŝytkowych przez urządzenie. Powszechnie znane są zarówno pozytywne jak teŝ i negatywne aspekty występowania zjawisk tarcia. Istnieje (wyróŝnia się) wiele rodzajów tarcia i czynników determinujących wartość siły tarcia. Dlatego wartości oporu tarcia mogą zmieniać się w szerokim zakresie w zaleŝności od jego rodzaju i róŝnych czynników. Stąd istnieje moŝliwość oddziaływania, szczególnie w technice, na wartość poŝądanych, bądź niepoŝądanych oporów tarcia. W przypadku urządzeń technicznych (maszyn w szczególności) występowanie zjawisk tarcia jest istotne i w głównej mierze określa ich wewnętrzne opory ruchu. Szczególnie istotnym zagadnieniem jest występowanie oporów wewnętrznych (ruchu wału korbowego) dla tłokowego silnika spalinowego. Opory wewnętrzne obniŝają ogólną sprawność silnika spalinowego, w znacznej mierze obniŝają moŝliwości uruchomienia silnika, zwłaszcza w niskiej temperaturze otoczenia oraz mogą stanowić źródło sił hamujących pojazd mechaniczny po wyłączeniu silnika lub podczas zjazdu ze wzniesienia. Celem prezentowanej pracy jest analiza oporów wewnętrznych tłokowego silnika spalinowego. 2. IARY OPORÓW TŁOKOWEGO SILNIKA SPALINOWEGO Dla spalinowego silnika tłokowego, który jest źródłem energii mechanicznej, jego parametry efektywne róŝnią się od parametrów indykowanych (generowanych) o wartości spowodowane występowaniem strat mechanicznych. oc efektywna N e jest równa mocy indykowanej N i pomniejszonej o moc strat mechanicznych N m. oc strat mechanicznych jest częścią mocy indykowanej, zuŝywanej w samym silniku, traconej a takŝe warunkującej jego funkcjonowanie. Zatem efektywna moc (praca) mechaniczna silnika jest zawsze mniejsza od indykowanej o wartość strat mechanicznych, na które składają się straty tarcia, przepływowe i napędu mechanizmów (urządzeń) stanowiących tzw. osprzęt silnika i zapewniających jego prawidłowe funkcjonowanie. Straty mechaniczne mogą być więc oceniane wielkością mocy N m. Z uwagi na cechy uŝytkowe silnika spalinowego (wytwarzanie momentu siły) i zasadę jego działania (przemiana termodynamiczna ładunku związana ze zmianą ciśnienia) istnieje moŝliwość zamiennego stosowania róŝnych wielkości fizycznych dla wyraŝenia jego parametrów pracy, między którymi istnieją jednoznaczne zaleŝności. Zatem odpowiednie składowe mocy mogą być zastąpione składowymi momentów sił lub ciśnienia p w cylindrach silnika. Wówczas: e = i m ; pe pi pm = (1) gdzie: e (i, m) odpowiednio średni moment efektywny (e), indykowany (i) i strat mechanicznych (m); p e (i, m) odpowiednio średnie ciśnienie efektywne, indykowane i strat mechanicznych.

OENT OPORÓW RUCHU TŁOKOWEGO SILNIKA SPALINOWEGO 3511 Związek pomiędzy określoną składową momentu, a odpowiadającym mu rodzajem ciśnienia wyznacza się porównując jego pracę w czasie jednego pełnego cyklu roboczego silnika do pracy średniego ciśnienia w objętości skokowej silnika, np. dla składowych strat mechanicznych silnika czterosuwowego będą to zaleŝności: 4 π = p V skąd: m m s pmvs m = (2) 4π gdzie: V s pojemność skokowa silnika. Istnienie strat mechanicznych w specyficzny sposób kształtuje takŝe sprawność mechaniczną silnika, którą moŝna zdefiniować jako: = N = N N e i m η m (3) N i N i Przy wzroście obciąŝenia (odpowiednio wzroście N i ) sprawność mechaniczna silnika wzrasta, a przy obniŝeniu obciąŝenia zmniejsza się osiągając na biegu jałowym silnika wartość zero (silnik nie wykonuje pracy uŝytecznej). oc strat mechanicznych pracującego silnika jest zaleŝna głównie od prędkości obrotowej jego wału korbowego (średniej prędkości tłoka). Podobny wpływ ma wartość strat mechanicznych na ocenę jednostkowego zuŝycia paliwa na charakterystyce obciąŝeniowej silnika bierze się dla jego wyznaczenia pod uwagę jedynie moc uŝyteczną. O ile w przypadku pracującego (funkcjonującego) silnika przy analizie jego parametrów efektywnych celowe jest posługiwanie się pojęciem mocy, to w innych jego stanach, dla których występuje tylko moment jego oporu (rozruch oraz tzw. wybieg silnika) korzystniejsze jest stosowanie pojęcia momentu oporu lub teŝ jego określanie za pomocą średniego ciśnienia tarcia. Stąd teŝ szczególnie istotne są analizy momentu oporu silnika w warunkach rozruchu i wybiegu, po wyłączeniu jego zasilania paliwem. 3. SKŁADOWE OENTU OPORU TŁOKOWEGO SILNIKA SPALINOWEGO W warunkach rozruchu silnika wartość i zmiany chwilowej wartości prędkości obrotowej napędzanego przez rozrusznik wału korbowego wynikają z równowagi momentu siły rozrusznika, oporów ruchu i pochodzących od momentów bezwładności mas w ruchu obrotowym. Z tego względu znajomość wielkości rozruchowego momentu oporu jest waŝna przy analizie napędzania wału silnika przez rozrusznik. Na moment oporu kompletnego silnika składają się straty tarcia (i inne) powstające w głównych jego skojarzeniach tribologicznych, do których zalicza się: układ korbowo-tłokowy, w którym wyodrębnia się opory tarcia łoŝysk wału korbowego oraz tarcia tłoków i pierścieni tłokowych o powierzchnię cylindrów; układ rozrządu; urządzenia pomocnicze układ zasilania paliwem, pompa oleju, pompa płynu chłodzącego, wentylator, prądnica, spręŝarka powietrza; pozostałe: np. opory spręŝania ładunku, przepływowe.

3512 Józef PSZCZÓŁKOWSKI etoda badań rozkładu momentu oporu polega na jego wartości w róŝnych stanach montaŝowych silnika. Napędzanie zespołów realizowane jest za pomocą zewnętrznych źródeł napędu umoŝliwiających uzyskanie określonej prędkości obrotowej. Przy napędzaniu wału korbowego w kompletnym silniku nie realizuje się wtrysku paliwa, aby zapobiec jego uruchomieniu. Brak jest jednoznacznej oceny udziałów oporów poszczególnych układów silnika w jego oporze całkowitym. W pracy [2] przedstawiono wyniki badań rozkładu wielkości oporów silnika jednocylindrowego. oment obracania kompletnego silnika, jak teŝ i poszczególnych zespołów wzrasta w przybliŝeniu z pierwiastkiem kwadratowym lepkości. W pracy [2] podano udziały procentowe oporów przy rozruchu silnika 359 w przedziale temperatury 253 273 K: udział tarcia łoŝysk głównych i pompy oleju zmienia się w zakresie 43 26 %; łoŝysk korbowodowych 14 16 %; tarcia pierścieni 25 % - stały; spręŝania i napędu rozrządu 14 28 %; osprzęt 6 %. Zatem w tych warunkach około 94 % oporów pochodzi od układu tłokowo-korbowego i rozrządu. W pracy [3] podano, Ŝe dla pracującego silnika KD-35 przy prędkości obrotowej 1400 obr/min około 74 % oporów pochodzi od tarcia tych układów, zaś pozostałe 26 % generuje osprzęt silnika, z czego aŝ 13 % napęd wentylatora. Udziały procentowe składowych momentu oporu w zaleŝności od prędkości obrotowej silnika przedstawiono na rys. 1, natomiast na rys. 2 od lepkości oleju. Największy udział w wielkości rozruchowego momentu oporu kompletnego silnika ma moment oporu układu korbowo-tłokowego (szczególnie, wraz ze spadkiem temperatury, wzrasta udział strat tarcia łoŝysk), co wskazuje na decydujący wpływ lepkości oleju. Wzrost momentu oporu wraz ze wzrostem prędkości obrotowej jest bardziej intensywny w niŝszych temperaturach. 500 [Nm] 400 258 K 14% spręŝanie rozrząd 300 200 100 0 21% 28% 13% 6% 32% 23% 15% 6% 42% 0 30 60 90 120 150 180 n 210 [min -1 ] pierścienie tłokowe łoŝyska korbowe osprzęt łoŝyska główne pompa olejowa Rys. 1. Wpływ prędkości obrotowej silnika na udziały względne składowych momentu oporu silnika w temperaturze 258 K ( 15 C) [wg 2]

OENT OPORÓW RUCHU TŁOKOWEGO SILNIKA SPALINOWEGO 3513 600 [Nm] 500 400 spręŝanie rozrząd pierścienie tłokowe 300 14% łoŝyska korbowe osprzęt 200 5% łoŝyska glówne 28% pompa olejowa 100 24% 43% 16% 6% 0 26% 0 1000 2000 3000 4000 5000 η, [cp] 14% 24% Rys. 2. Wpływ lepkości dynamicznej oleju na składowe momentu oporu i ich udziały w oporze silnika dla prędkości obrotowej wału korbowego równej 120 min -1 [wg 2] Straty pochodzące od spręŝania ładunku (rys. 1) składają się ze strat obiegu i dodatkowych strat wywołanych tarciem tłoka i łoŝysk. Istotne jest, Ŝe opór tarcia pierścieni zaleŝy od lepkości oleju, co świadczy o występowaniu smarującej warstwy oleju na powierzchni cylindra. Straty obiegu są praktycznie niezaleŝne od temperatury i czasu napędzania wału korbowego. W celu zmniejszenia momentu oporu i ułatwienia rozruchu silników stosuje się niekiedy rozcieńczanie olejów benzyną, naftą lub olejem napędowym, podgrzewanie oleju lub całej masy silnika przed rozruchem. ObniŜenie wartości momentu oporu w łoŝyskach wału korbowego moŝna takŝe osiągnąć przez wstępne przetłaczanie oleju o podwyŝszonej temperaturze lub podgrzewanie łoŝysk głównych wału. 4. FORUŁY ANALITYCZNE ROZRUCHOWEGO OENTU OPORU Opracowano wzory empiryczne słuŝące do wyznaczania momentu oporów ruchu silników spalinowych zarówno dla normalnych warunków pracy, jak teŝ dla warunków rozruchu w niskiej temperaturze. Spośród istniejących wzorów empirycznych definiujących moment oporu silnika za pomocą średniej wartości ciśnienia tarcia, wartość średniego ciśnienia tarcia w warunkach pracy silnika i rozruchu najlepiej opisuje wzór [3]: p t 0,333 0,25 = 19,6 + 11,31 η n [kpa] (4) ([3]) uzaleŝniając jego wartość od lepkości dynamicznej oleju η [mpas] i prędkości obrotowej wału korbowego n [obr/min]. Drugim prezentowanym w literaturze sposobem analitycznego określenia momentu oporu jest zaleŝność przedstawiona w pracy [4] o ogólnej postaci: a b o = kaν n (5)

3514 Józef PSZCZÓŁKOWSKI gdzie: k, a, b parametry stałe, A parametr uwzględniający wymiary głównych powierzchni trących silnika, ν lepkość kinematyczna oleju, n prędkość obrotowa wału korbowego. Wartość parametru A wyznaczana jest wg zaleŝności: A = F tł S + F π k d k 2 + F kd d kd 2 + 0,1F tł d k + d 2 kd [cm 3 ] (6) gdzie: F tł powierzchnia boczna tłoków [cm 2 ], S skok tłoka [cm], F k, F kd powierzchnia panewek głównych i korbowodowych [cm 2 ], d k, d kd średnica panewek głównych i korbowodowych [cm]. Stwierdzono, Ŝe zaleŝność parametru A od pojemności skokowej silników ma charakter liniowy o postaci: dla silników o zapłonie iskrowym: dla silników o zapłonie samoczynnym: A = 300 + 2050V s (7) A = 2550V s (8) Uwzględniając powyŝsze zaleŝności podano wzory empiryczne, określające wartość rozruchowego momentu oporu silników: o zapłonie iskrowym i liczbie cylindrów z 6: o 3 0,5 0, 38 ( 15,85 + 107,6V ) 10 ν n = [Nm] (9) s o zapłonie samoczynnym i liczbie cylindrów z 6: o = 3 0,5 0,38 133,8 10 Vs ν n [Nm] (10) ([1]) gdzie: V s objętość skokowa silnika [dm 3 ], ν lepkość kinematyczna oleju [mm 2 /s], n prędkość obrotowa wału korbowego [obr/min]. Stwierdzono równieŝ, Ŝe najbardziej zbliŝone do rzeczywistych wyniki badań momentu oporu silników podczas rozruchu otrzymuje się przy jego wyznaczaniu na podstawie parametrów pracy i charakterystyki rozrusznika, gdyŝ odzwierciedla to w pełni dynamikę tego procesu [4]. W pracy [1] przedstawiono między innymi zaleŝność do wyznaczania rozruchowego momentu oporu dla silników o zapłonie samoczynnym i pojemności skokowej do 10 dm 3 (zaleŝność zaproponowana przez P. I. Dawjatina): 2 0,35 0,25 o = 58,65 10 Vs ν n [Nm] (11) ([2])

OENT OPORÓW RUCHU TŁOKOWEGO SILNIKA SPALINOWEGO 3515 Na podstawie przeprowadzonych w WAT badań wielu typów silników dokonano korekty wyŝej przedstawionych zaleŝności empirycznych w odniesieniu do eksploatowanych w kraju silników. Uwzględniono przy tym zaleŝności: (10) oznaczana numerem 1, (11) nr 2, (4) nr 3. oment oporu silników wyznaczano wykorzystując charakterystyki rozruszników. Uzyskane wyniki wskazują na wyraźną zaleŝność stosunku momentu wyznaczonego za pomocą formuł empirycznych i charakterystyki rozrusznika od liczby cylindrów silnika. Najmniejszą zgodność otrzymano w przypadku dwucylindrowego silnika S 312C rys. 3, a największą dla silników 6-cio cylindrowych. 250 [Nm] 200 150 100 50 [rozr] [1] [3] [2] 0 263 265 267 T [K] 269 Rys. 3. ZaleŜność rozruchowego momentu oporu silnika S 312C od temperatury według formuł empirycznych: [1], [2], [3] oraz charakterystyki rozrusznika [rozr] ZróŜnicowanie wyników w grupie silników 6-cio i 4-ro cylindrowych mogło wynikać z osiąganych przez nie wartości prędkości obrotowej wału korbowego podczas napędzania rozrusznikiem. Dla silnika 359, którego prędkości obrotowe mieściły się w przedziale 100 200 obr./min, krzywa momentu oporu wyznaczona na podstawie charakterystyki rozrusznika znajdowała się w obszarze pomiędzy krzywymi wyznaczonymi z zaleŝności analitycznych rys. 4. 500 [Nm] 400 300 200 [1] [3] [rozr] [2] 100 258 260 262 264 266 268 T [ K ] Rys. 4. ZaleŜność rozruchowego momentu oporu silnika 359 od temperatury wyznaczonego według formuł empirycznych: [1], [2], [3] oraz charakterystyki rozrusznika [rozr]

3516 Józef PSZCZÓŁKOWSKI Uzyskane wyniki wskazały przede wszystkim na konieczność wprowadzenia zmian w formułach obliczeniowych momentu oporu ze względu na liczbę cylindrów silnika. W związku z powyŝszym dokonano podziału silników na grupy według liczby cylindrów. Dla kaŝdej z powstałych w ten sposób grup wyznaczono wartości współczynnika D (tabela 1) korygującego istniejące formuły empiryczne rozruchowego momentu oporu silników. Tabela 1. Wartości współczynnika korekcyjnego D dla formuł empirycznych wyznaczania rozruchowego momentu oporu silników o zapłonie samoczynnym z wtryskiem bezpośrednim Lp. liczba cylindrów Wartość współczynnika korekcyjnego D silnika zaleŝność 1 i 3 zaleŝność 2 1. z = 6 0,85 1,20 2. z = 4 z = 3 1,55 2,10 3. z =2 2,00 2,80 Zatem, w celu obliczenia rozruchowego momentu silnika, naleŝy znać jego podstawowy parametr konstrukcyjny, jakim jest objętość skokowa, wartość prędkości obrotowej wału korbowego oraz lepkość oleju smarującego. Formuły empiryczne mogą dawać dość rozbieŝne wyniki obliczeń wskazuje na to dość istotne zróŝnicowanie ich postaci. Nie uwzględniają one tak istotnego czynnika wpływającego na wartość momentu oporu, jak fazy rozrządu silnika, zwłaszcza kąt zamknięcia zaworu dolotowego. Problemem moŝe być takŝe ocena lepkości oleju smarującego, której wartość moŝe być róŝna w skojarzeniach tribologicznych silnika ze względu na zróŝnicowanie ich temperatury. Wartość średnia rozruchowego momentu oporu zmienia się takŝe wskutek: nagrzewania skojarzeń podczas napędzania wału, dostarczania oleju smarującego do łoŝysk, smarowania tulei cylindrowych przez wtryskiwane paliwo, wymiany energii przez ładunek spręŝonego powietrza z wtryskiwanym paliwem (zaleŝnie od wartości kąta wyprzedzenia wtrysku). 5. ZALEśNOŚCI OBLICZANIA OENTU OPORU SILNIKA Przytoczone w pkt 3 zaleŝności do wyznaczania momentu oporu tłokowych silników spalinowych dotyczą ściśle określonych warunków ich pracy, tj. uruchamiania silników w niskiej temperaturze. ogą mieć zastosowanie dla zakresu prędkości obrotowych wału korbowego wymuszanych przez układ rozruchowy silnika, od około 50 do 250 obr/min, oraz zakresu lepkości kinematycznej olejów smarujących większych na ogół od 500 mm/s 2 oraz specyficznych dla tych warunków procesów tarcia w skojarzeniach tribologicznych. Przeprowadzono weryfikację zakresu stosowalności podanych zaleŝności poprzez porównanie wyników badań eksperymentalnych momentu oporu silnika 359 oraz jego wartości wyznaczonych za pomocą formuł [1], [2], [3]. Badania momentu oporu w zakresie roboczych prędkości obrotowych wału korbowego zrealizowano na stanowisku do badań charakterystyk dynamicznych silników tłokowych w fazie jego wybiegu. Stwierdzono, Ŝe:

OENT OPORÓW RUCHU TŁOKOWEGO SILNIKA SPALINOWEGO 3517 stopień przybliŝenia przebiegu rzeczywistego momentu oporu przez zaleŝności regresyjne jest przeciętny (kwadrat współczynnika korelacji równy około 0,87); wartości średnie momentu oporu wyznaczone na podstawie funkcji regresji oraz eksperymentalnie w zakresie jego określoności róŝnią się przeciętnie o około 15 %; charakter zaleŝności rzeczywistego momentu oporu i wartości wyznaczonych za pomocą funkcji regresji od prędkości obrotowej jest odmienny druga pochodna przebiegu eksperymentalnego jest dodatnia (krzywa wypukła do dołu), a krzywych regresji jest ujemna (krzywe wypukłe ku górze). Wobec niezbyt dokładnego odwzorowania przebiegu eksperymentalnego przez wyŝej wymienione funkcje regresji dokonano doboru funkcji aproksymujących badaną zaleŝność momentu oporu silnika 359 od prędkości obrotowej wału korbowego. oŝliwe opisy przebiegu zaleŝności momentu oporu funkcjami regresji przedstawiono na rys. 5. a) b) c) d) Rys. 17. Funkcje regresji zaleŝności momentu oporu silnika 359 od prędkości obrotowej: a) potęgowa, b) potęgowa przesunięta, c) wykładnicza; d) wielomian drugiego stopnia Analiza przedstawionych zaleŝności i wartości kwadratu współczynnika korelacji wskazuje, Ŝe z wyjątkiem bezpośredniego uŝycia funkcji potęgowej, dla której R 2 = 0,9118, wszystkie pozostałe dają bardzo dobry opis przebiegu zaleŝności ze współczynnikiem korelacji bliskim jedności. oŝna zatem podać wzory opisujące te zaleŝności i przyjąć je do stosowania dla silnika 359 (liczba cylindrów 6, pojemność skokowa 6,842 dm 3 ):

3518 Józef PSZCZÓŁKOWSKI funkcja wykładnicza przesunięta (n: 400 obr/min, o : 58 Nm): 5 1,89 o = 58 + 3 10 ( n 400) [Nm] (12) funkcja wykładnicza: o = 42,5 exp(0,0004n) [Nm] (13) wielomian drugiego stopnia: 5 2 o = 10 n 0,0078 n + 59,6 [Nm] (14) Przeprowadzona analiza wskazuje na potrzebę opracowania przydatnych dla obliczania momentu oporu tłokowych silników spalinowych wyraŝeń o charakterze funkcji regresji. Dla tego celu wymagana jest przede wszystkim dostatecznie duŝa ilość danych eksperymentalnych wyników badań momentu oporu podczas tzw. wybiegu silnika. 6. WNIOSKI Tłokowy silnik spalinowy jest obiektem złoŝonym w zakresie mechaniki i tribologii. Wyznaczenie jego momentu oporu metodami analitycznymi wymienionych dziedzin wiedzy jest praktycznie niemoŝliwe. Dlatego opis zaleŝności momentu oporu od podstawowych czynników determinujących jego wartość: cech konstrukcyjnych, lepkości oleju i prędkości obrotowej wału korbowego, moŝe być uzyskany metodami eksperymentalnymi. oment oporu jest złoŝoną funkcją wymienionych cech. Szczególnie złoŝona jest zaleŝność momentu oporu od prędkości obrotowej wału korbowego. W zakresie niskich jej wartości, odpowiadających prędkości napędzania wału korbowego przez rozrusznik, moment oporu jest w przybliŝeniu proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego prędkości (a takŝe lepkości). Wskazuje to, Ŝe głównym źródłem oporu są tu siły tarcia wynikające z lepkości oleju smarującego. W zakresie prędkości obrotowych pracy silnika moŝna mówić o proporcjonalności momentu oporu do kwadratu prędkości obrotowej silnika to z kolei wskazuje, Ŝe w tym zakresie prędkości o wartości momentu oporu decydują procesy przemian gazowych. Niekiedy w stanie termicznym funkcjonującego silnika pomija się zaleŝność od lepkości oleju, poniewaŝ w tym zakresie temperatury lepkość róŝnych olejów smarujących ma wartości zbliŝone. 7. BIBLIOGRAFIA [1] Cajun N.: Dobór mocy urządzeń rozruchowych, Prace Naukowe Politechniki Szczecińskiej nr 491, Szczecin 1992. [2] Kilar H., Uzdowski.: Wpływ niskich temperatur na opory wewnętrzne zespołów spalinowego silnika tłokowego. Rozprawa doktorska, WAT, Warszawa, 1987. [3] Дяченко Н. Х.: Теория двигателей внутреннего сгорания, Машиностроение, Ленинград, 1974. [4] Чижков Ю. П.: Сопротивление прокручиванию валов автомобильных двигателей при электростартерном пуске, Известия Высших Учебных Заведений, Машиностроение, Nr 10, 1971.