OCENA WPŁYWU MODELOWANIA UKŁADU WYLOTOWEGO NA PARAMETRY PRACY SILNIKA SPALINOWEGO W ASPEKCIE SPRAWNO CI U YTKOWEJ MARCIN ŁUKASIEWICZ, TOMASZ KAŁACZY SKI, JOANNA WILCZARSKA, ANDRZEJ SADOWSKI, ADAM J CKA Streszczenie W pracy przestawiono wpływ konstrukcji układu wylotowego na wybrane parametry pracy silnika w aspekcie sprawno ci u ytkowej. Zaprezentowano mo liwo implementacji systemów CAD/CAM/CAE w procesie modelowania układów wylotowych. Dodatkowo przedstawiono przykłady stosowania ró nych typów układów wylotowych w badaniach na hamowni silnikowej i ich wpływ na parametry pracy silnika. Słowa kluczowe: silnik spalinowy, układ wylotowy, modelowanie, techniki informacyjne Wprowadzenie Uzyskanie optymalnych parametrów pracy silnika spalinowego jest podstawowym wyzwaniem dla jednostek naukowych konstruuj cych jednostki nap dowe stosowane w pojazdach mechanicznych. Realizacja powy szego celu sprawia, i układy wylotowe silników przeszły liczne modernizacje w ci gu ostatnich lat. Do zada układu wylotowego nie nale y jedynie odprowadzanie spalin poza brył pojazdu, ale równie odpowiada mi dzy innymi za wyciszenie pracy silnika i zmniejszenie emisji szkodliwych składników spalin do atmosfery, ma równie zasadniczy wpływ na przebieg krzywych mocy i momentu obrotowego silnika spalinowego. Układ wylotowy jest podzielony na poszczególne sekcje a ka dy odcinek i jego zakrzywienia, ł czenia, rednice rur, pojemno ci i kształty poszczególnych tłumików, jak i równie całkowita długo układu stanowi integraln i zale n cało. Ukształtowanie ka dego z tych elementów ma istotny wpływ na funkcjonowanie całego układu, a przez to wpływa na charakterystyk pracy silnika. Nale y jednak do tego doda fakt, e układ wylotowy samodzielnie nie spełnia adnej roli. Jego praca jest silnie powi zana z innymi układami, jak zasilania i dolotowy. Dokonuj c kompleksowej modyfikacji osi gów pojazdu lub przy konstruowaniu całego silnika nale y układ wylotowy projektowa ci le i zale nie z cał reszt osprz tu silnika spalinowego. [1,2,5,8,10] Spaliny wydostaj c si z cylindra przez zawór wylotowy pokonuj drog przez kanał wylotowy w głowicy silnika, a nast pnie dostaj si do układu wylotowego pocz wszy od kolektora spalin. Naturalnym jest wi c to, e projektuj c układ, musimy zna podstawowe parametry silnika jak ilo cylindrów i ich pojemno ci skokowe oraz pojemno komory spalania, k ty przesuni cia zapłonu mi dzy cylindrami, kształt komory spalania, rednice gniazd zaworowych, k ty otwarcia i zamkni cia zaworów jak i ich charakterystyk otwarcia, rednice i długo kanałów dolotowych. Jak si ostatecznie okazuje podczas dokonywania oblicze cz z tych danych jest w wielu przypadkach pomijalna ze wzgl du na ich niewielki wpływ na zjawiska dynamiczne i falowe w układzie wylotowym. Układy wylotowe silnika mog pracowa jedynie dynamicznie (jak ma to miejsce w przypadku wielu układów seryjnych pojazdów codziennego u ytku) oraz dynamicznie i falowo (w przypadku silników wysilonych, wyczynowych, sportowych). W ka dym układzie wylotowym powy ej pewnej pr dko ci przepływu gazów, wyst puj zjawiska dynamiczne oraz przy ka dych 114
Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 80, 2016 pr dko ciach zjawiska falowe. I jedne i drugie wykorzystane wła ciwie, mog wspomaga napełnienie cylindra z tym, e o ile wykorzystanie zjawisk dynamicznych jest mo liwe w ka dym silniku, o tyle pełne wykorzystanie zjawisk falowych mo liwe jest jedynie w silnikach z odpowiednio du- ymi k tami przekrycia zaworów [1,3,4,5,6,8,10]. Głównym celem niemniejszej pracy jest przedstawienie, a tak e zweryfikowanie wpływu zmian konstrukcyjnych układu wylotowego na wybrane parametry pracy silnika spalinowego. Do stworzenia numerycznego modelu 3D, wykorzystano program typu CAD [7]. 1. Analiza teoretyczna zjawisk przepływu w kolektorze wylotowym Przepływ spalin przez układ wylotowy silnika spalinowego to jedno z najbardziej skomplikowanych zjawisk dotycz cych mechaniki płynów ze wzgl du na liczb zmiennych i szybko zmian tych warto ci, które maj zasadniczy wpływ na charakter przepływu przez układ. Modelowanie takiego układu przeprowadza si za pomoc specjalistycznych systemów obliczeniowych, w których wirtualnie analizuje si wpływ zmian konstrukcyjnych układu na zjawiska przepływu jakie wyst puj w przewodach wylotowych [1,3,5,7,8]. 1.1. Zjawiska dynamiczne Zjawiska dynamiczne przepływu s to podstawowe zjawiska wyst puj ce w układzie wylotowym. W miar wzrostu pr dko ci obrotowej silnika, wzrasta intensywno i pr dko gazów wypychanych z cylindra do układu wylotowego na skutek wzrostu pr dko ci poruszaj cego si tłoka. W pocz tkowej fazie przepływu spaliny wypychane s z pr dko ciami porównywalnymi do chwilowych pr dko ci tłoka. Wraz ze wzrostem pr dko ci obrotowej, poruszaj cy si w kolektorze wylotowym słup gazu przestaje odwzorowywa pr dko poruszaj cego si tłoka i skutkiem swej bezwładno ci zaczyna porusza si z du ymi pr dko ciami bez wzgl du na chwilow pr dko tłoka powoduj c powstawanie podci nienia. Efektywno działania zjawisk dynamicznych zale y wi c od b d cej w ruchu masy słupa gazu, czyli od długo ci układu wylotowego zastosowanego w danym typie silnika. Im krótszy układ tym mniejszy efekt. Moment rozpocz cia działania zjawisk dynamicznych zale y od intensywno ci i pr dko ci przepływu gazów spalinowych, a wi c od rednicy rury kanału wylotowego. Zmniejszenie rednicy spowoduje przesuni cie efektu w zakres ni szych obrotów, a zwi kszenie rednicy w zakres obrotów wy szych [1,3,5,8]. 1.2. Zjawiska falowe W momencie otwarcia zaworu wylotowego spaliny wydostaj ce si z cylindra generuj fal nadci nienia, która przemieszcza si od gniazda zaworu do ko ca układu wylotowego, gdzie na skutek ró nicy ci nie fala odbija si w przeciwnym kierunku i ju jako fala podci nienia wraca do gniazda wylotowego. rednia pr dko przemieszczania si fali wynosi ok. 510 m/s. W czasie przemieszczania si fali do ko ca układu wylotowego i z powrotem, wał korbowy silnika wykonuje pewien k t obrotu. Im krótszy układ, tym fala wróci wcze niej, a wał korbowy obróci si o mniejszy k t. Im wy sze obroty silnika tym w trakcie przemieszczania si fali w układzie wylotowym, wał korbowy zd y obróci si o wi kszy k t [3,4]. Siła działania odbitej fali zale y od ró nicy ci nie i ilo ci odbi fali. Im wi ksza ró nica ci nie tym wi ksza siła odbicia fali. Dlatego najbardziej skutecznym rozwi zaniem jest wprowadzenie rur z poszczególnych cylindrów do atmosfery lub wspólnej puszki pojemno ciowej o odpowiednio du ej rednicy i zdławieniu na wylocie. Równie 115
Marcin Łukasiewicz, Tomasz Kałaczy ski, Joanna Wilczarska, Andrzej Sadowski, Adam J cka Ocena wpływu modelowania układu wylotowego na parametry pracy silnika spalinowego w aspekcie sprawno ci u ytkowej im mniejsza ilo odbi tym wi ksza siła odbicia fali. Najmocniejsze jest pierwsze odbicie, a ka de nast pne słabsze o ok. 12%. Z tego powodu układ wylotowy nale y oblicza dla mo liwie najmniejszej liczby odbi [2,5,8]. 1.3. Doładowanie silnika i jego wpływ na budow układu wylotowego Doładowanie silnika spalinowego to najprostszy sposób na znaczne poprawienie osi gów silnika czyli wzrost mocy silnika. Analizuj c tematyk doładowania silników spalinowych A. Bell [1] wyznaczył szereg zale no ci mi dzy sposobem doładowania, a mi dzy innymi budow układu wylotowego. Bezpo rednio celem stosowania doładowania silników spalinowych jest zwi kszenie g sto ci wie ego ładunku powietrza w układzie dolotowym i cylindrach silnika, co umo liwia spalenie w jednym cyklu pracy wi kszej dawki paliwa. Doładowanie po rednio ma na celu: uniezale nienie parametrów pracy od warunków atmosferycznych; zwi kszenie mocy silników; efektywniejsze spalenie mieszanki; zmniejszenie ilo ci emitowanych szkodliwych składników spalinami; zmniejszenie pojemno ci silnika bez spadku osi gów jednostki. [2,8] Z wykorzystaniem energii spalin w układzie wylotowym poprzez turbospr ark Doładowanie silnika turbospr ark jest najcz ciej stosowan metod doładowania mechanicznego silników samochodów. Wykorzystanie energii kinetycznej spalin odzyskuje cz utraconej energii w procesie spalania, nie obci aj c dodatkowo układu korbowego. Nap dzany przez spaliny wirnik przekazuje odzyskan energi dalej do wirnika cz ci zimnej, nap dzaj c wie y ładunek powietrza pod ci nieniem w układzie dolotowym. Nowoczesne konstrukcje turbospr arek pozwalaj na precyzyjne dawkowanie ci nienia doładowania. W motocyklach było to rozwi zanie przede wszystkim stosowane w połowie XX wieku, głównie w celu podniesienia wyra nie mocy silnika (walka technologiczna producentów motocykli o posiadanie najszybszego i najmocniejszego motocykla produkcyjnego na rynku). Najwa niejsze dla układu wylotowego w tym przypadku jest niedopuszczenie do powrotu fali ci nienia do turbospr arki. W tym celu eliminuje si wpływ zjawisk falowych na przepływ, a rol w przepływie odgrywaj jedynie zjawiska dynamiczne, które nap dzaj turbospr ark. W przypadku układów z turbodoładowaniem najwa niejszym elementem jest kolektor wylotowy, który kieruje spaliny na łopatki wirnika turbospr arki. Badania układów wskazuj, e ze wzgl du na bezwładno wirnika zmiany konstrukcyjne układu wylotowego mog mie jedynie znacz cy wpływ na długo ci ok. 1m za turbospr ark, a na dalszej jego długo ci najwa niejsze jest umo liwienie swobodnego opuszczenia spalinom układu [2,8]. Doładowanie silnika spr ark nap dzan od wału korbowego W tym typie doładowania silników nap d spr arki uzyskiwany jest po rednio z wału korbowego silnika. Medium przenosz cym moment z wału korbowego do spr arki najcz ciej jest ła cuch, jednak w samochodach spotykane jest równie rozwi zanie z paskiem z batym. W 2014 roku Kawasaki zaprezentowało koncepcyjny model H2R wyposa ony w kompresor nap dzany ła cuchem przez przekładni planetarn. Takie rozwi zanie pozwoliło uzyska przeło enie pr dko ci obrotowej spr arki wzgl dem wału korbowego na poziomie ok. 9,2:1. Model wszedł do produkcji seryjnej w dwóch wersjach w roku 2015. Najmocniejsza opcja H2R ma moc ok. 300KM. Doładowanie silnika spr ark nie ma wi kszego wpływu na konstrukcj układu wylotowego. Cało zmian wprowadzanych w taki układ najcz ciej ogranicza si do zwi kszenia przepustowo ci 116
Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 80, 2016 układu dla podwy szonej mocy maksymalnej. Ze wzgl du na wymuszone mechanicznie napełnianie komory cylindra wie mieszank nie jest równie konieczne wykorzystywanie zjawisk falowych przepływu w układzie wylotowym ze wzgl du na proporcjonalnie niewielki ich wpływ na efekty napełniania i opró niania komory spalania [8]. 2. Modelowanie układu wylotowego 2.1. Obiekt bada Na potrzeby pracy przeprowadzono proces modelowania i zmian konstrukcyjnych rzeczywistego obiektu technicznego. Obiektem bada był motocykl Honda CBR 929RR produkowany w latach 2000 2001r. Jednostka nap dowa to silnik czterocylindrowy w układzie rz dowym o ł cznej pojemno ci 929 centymetrów sze ciennych i stopniu spr ania 11,3:1. Maksymalna moc jednostki nap dowej to 108kW (147KM) osi gana przy 11000obr./min, a moment obrotowy to 103Nm przy 9000 obr./min.. Dla potrzeb pracy wykonano charakterystyk silnika przed modyfikacjami i przedstawiono ja na rysunku 1. Badania osi gów motocykla dokonano na hamowni motocyklowej, podwoziowej DynaPro S14LCLI z zastosowaniem podwójnego wentylatora o wydajno ci 9000 metrów sze ciennych na minut do wymuszonego nadmuchu wie ego powietrza frontalnie na motocykl w celu zapewnienia jednostce nap dowej dostatecznej ilo ci nowego ładunku. ródło: [2]. Rysunek 1. Wykres mocy i momentu obrotowego Honda CBR 929RR Podczas badania na hamowni motocykl osi gn ł maksymalne warto ci mierzone na kole nap dzanym: 91,02 kw przy 11216,7 obr/min i 85,54 Nm przy 8994,5 obr/min. Analizuj c wykres wida wyra nie punkty zmiany ustawienia zaworu H-TEV w układzie wylotowym: przej cie z pozycji I na II mi dzy 3000 4000 obr/min; przej cie z pozycji II na III mi dzy 7000 8000 obr/min. 117
Marcin Łukasiewicz, Tomasz Kałaczy ski, Joanna Wilczarska, Andrzej Sadowski, Adam J cka Ocena wpływu modelowania układu wylotowego na parametry pracy silnika spalinowego w aspekcie sprawno ci u ytkowej Przej cia nie s natychmiastowe co wynika z charakterystyki pracy silnika krokowego steruj cego zaworem i gwałtownie rosn cych obrotów silnika podczas hamowania. Zawór H-TEV jest zaworem typu walcowego. Zamontowany równolegle dla rur cylindra pierwszego i czwartego. Nie obsługuje rur cylindra drugiego i trzeciego. Zawór pracuje w trzech pozycjach uzale nionych od obrotów silnika: pozycja zamkni ta (< ~3500 obr./min.) przekierowuje cały przepływ spalin z cylindrów pierwszego i czwartego do rur cylindrów odpowiednio drugiego i trzeciego; pozycja otwarta (~3500 ~7500 obr./min.) otwarty przepływ na wprost dla wszystkich cylindrów; pozycja otwarta równolegle (> ~7500 obr./min.) przepływ otwarty na wprost, dodatkowo otwarte ciany mi dzy cylindrami pierwszy i drugim i cylindrami trzecim i czwartym. Powoduje to wyrównanie ci nie mi dzy parami cylindrów i współdziałanie dynamiczne. 2.2. Proces modelowania kolektora wylotowego W pierwszej cz ci procesu modelowania przeprowadzono obliczenia wst pne kolektora wylotowego wykorzystuj c wzory wyznaczone do wiadczalnie przez autorów literatury wymienionej w bibliografii. Oblicze dokonujemy dla projektu kolektora wylotowego w systemie 4 2 1, analogicznie do fabrycznego kolektora wylotowego jednak przesuwaj c teoretycznie pr dko obrotow dla maksymalnych osi gów silnika na zało one wielko ci. Zgodnie z zało eniami silnik ma zyska na elastyczno ci i osi ga maksymalne warto ci w szerszym zakresie, wzmacniaj c bezpo rednio moc przy ni szych ni fabrycznie pr dko ciach obrotowych. Ze wzgl du na drogowe przeznaczenie motocykla oblicze punktów maksymalnych osi gów dokonujemy dla zało onych obrotów osi gania maksymalnego momentu obrotowego. W przypadku liczenia układu dla motocykli wy cigowych z przeznaczeniem na tor oblicze dokonuje si dla obrotów osi gania maksymalnej mocy silnika [2]. Na podstawie oblicze przeprowadzonych w trakcie projektowania uzyskano nast puj ce wyniki, które zestawiono w tabeli 1. Tabela 1. Zestawienie obliczonych idealnych wymiarów kolektora wylotowego rednica Długo Rury rz du pierwszego 32mm 305mm Rury rz du drugiego 42mm 165mm Rura ko cowa 43mm 546mm 118
Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 80, 2016 ródło: opracowanie własne. Rysunek 2. Analizowany kolektor wylotowy Wymiary ogólne stanowi podstaw do dalszego wyznaczania wymiarów kolektora na podstawie bada symulacyjnych. Do bada symulacyjnych zastosowano Autodesk Inventor- jeden z typów programu CAD (Computer Aided Design). Charakteryzuje si mo liwo ci stworzenia elementów cz ci maszyn- od najprostszych detali, po powierzchnie o skomplikowanej, wielopłaszczyznowej krzywi nie. Jego zasadnicz funkcj jest stworzenie geometrycznego modelu maszyn, z uwzgl dnieniem geometrii analitycznej. Program współpracuje z modułami CAE (Computer Aided Enginering). Umo liwia to zrealizowanie in ynierskich oblicze, analiz wytrzymało ciowych, cieplnych oraz przepływowych [4,9,10]. Wynikiem pracy był model układu wylotowego przedstawiony na rysunku 3. oraz model zaworu H-TEV przedstawiony na rysunkach 4 i 5. Rysunek 3. Rzut modelu kolektora w oprogramowaniu Autodesk Inventor 2015 ródło: opracowanie własne. 119
Marcin Łukasiewicz, Tomasz Kałaczy ski, Joanna Wilczarska, Andrzej Sadowski, Adam J cka Ocena wpływu modelowania układu wylotowego na parametry pracy silnika spalinowego w aspekcie sprawno ci u ytkowej Rysunek 4. Zrzut uproszczonego modelu zaworu H-TEV Rysunek 5. Zrzut modelu wkładu zaworu H- TEV ródło: opracowanie własne. 2.3. Badania symulacyjne Kolejnym etapem bada były symulacje przepływu spalin dla trzech wybranych poło e zaworu H-TEV dla nowo projektowanego układu. Symulacj przepływu wykonano w programie Autodesk Simulation CFD. Zawór zamkni ty Warunki brzegowe symulacji: ci nienie atmosferyczne: 99900 Pa, strumie obj to ci przepływu: 2 l/s (do celów symulacji jako spaliny przyj to CO 2). Wyniki symulacji przedstawiono na rysunku 6. 120
Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 80, 2016 Rysunek 6. Symulacja przepływu spalin dla zamkni tego zaworu H-TEV ródło: opracowanie własne. Analiza symulacji: dla ustawienia zaworu w pozycji zamkni tej rury cylindrów pierwszego i czwartego (najkrótsze z całego układu) kieruj spaliny do rur cylindrów drugiego i trzeciego. Widoczne s obszary podci nienia w układzie w okolicach ł cznika rur rz du drugiego. Oznacza to wczesny zakres działania zjawiska falowego i wcze niejszy powrót fali podci nienia do zaworów wylotowych dla cylindra drugiego i trzeciego co jest wyra nie zauwa alne po obni eniu w nich ci nienia wzgl dem rur cylindrów skrajnych. Obni a to obroty uzyskiwania przez te cylindry maksymalnych warto ci momentu obrotowego zwi kszaj c go w zakresie obrotów niskich. Zawór otwarty Warunki brzegowe symulacji: ci nienie atmosferyczne: 99900 Pa, strumie obj to ci przepływu: 4 l/s (do celów symulacji jako spaliny przyj to CO 2). Wyniki symulacji przedstawiono na rysunku 7. 121
Marcin Łukasiewicz, Tomasz Kałaczy ski, Joanna Wilczarska, Andrzej Sadowski, Adam J cka Ocena wpływu modelowania układu wylotowego na parametry pracy silnika spalinowego w aspekcie sprawno ci u ytkowej ródło: opracowanie własne. Rysunek 7. Symulacja przepływu spalin dla otwartego zaworu H-TEV Analiza symulacji: dla ustawienia zaworu w pozycji otwartej rury ł cz si ze sob dopiero w ł cznikach rz du pierwszego parami pierwsza + czwarta i druga + trzecia. W zakresie obrotów rednich układ zaczyna działa dynamicznie jednak dzi ki odseparowaniu rur na dłu szym odcinku w układzie ci gle widoczne s zjawiska falowe. Na ł cznikach widoczne s spadki ci nienia. Podci nienie w układzie przesuni te jest w obszar megafonu ko cz cego układ. Skutkuje to opó nieniem powracaj cej fali podci nienia do zaworów wylotowych. Zawór otwarty równolegle Warunki brzegowe symulacji: ci nienie atmosferyczne: 99900 Pa, strumie obj to ci przepływu: 6 l/s (do celów symulacji jako spaliny przyj to CO2). Wyniki symulacji przedstawiono na rysunku 8. 122
Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 80, 2016 ródło: opracowanie własne. Rysunek 8. Symulacja przepływu spalin dla otwartego zaworu H-TEV Analiza symulacji: dla ustawienia zaworu w pozycji otwartej równolegle na wysoko ci zaworu rury cylindrów ł cz si dodatkowo parami mi dzy cylindrami pierwszym i drugim oraz trzecim i czwartym, czyli cylindrami działaj cymi przeciwbie nie. Działanie zjawisk falowych dla tego ustawienia pozostaje bez wi kszych zmian. Wyrównanie ci nie mi dzy parami cylindrów natomiast eliminuje negatywne skutki przerw w wylocie spalin dla cylindrów i wzmacnia efekt zjawisk dynamicznych w układzie, które przy wysokich obrotach odgrywaj najwa niejsz rol. 3. Ocena parametrów silnika na hamowni motocyklowej w ró nych wariantach tłumika ko cowego Ostatnim etapem projektowania układu wylotowego s badania silnika na hamowni, które stanowi ko cowy etap optymalizacji wyników. Jako przykład wpływu konstrukcji układu wylotowego przedstawione zostan wyniki bada dla motocykla Honda CBR 600 F4, model PC35. Jednostka nap dowa to silnik czterocylindrowy w układzie rz dowym o ł cznej pojemno ci skokowej 599 centymetrów sze ciennych i stopniu spr ania 12:1. Maksymalna moc jednostki to 80kW jest osi gana przy 12500 obr./min., a moment obrotowy wynosi 67Nm przy 10500 obr./min. Badania przeprowadzone zostały w nast puj cej konfiguracji: I motocykl z tłumikiem fabrycznym 123
Marcin Łukasiewicz, Tomasz Kałaczy ski, Joanna Wilczarska, Andrzej Sadowski, Adam J cka Ocena wpływu modelowania układu wylotowego na parametry pracy silnika spalinowego w aspekcie sprawno ci u ytkowej refleksyjnym, II motocykl bez tłumika oraz III motocykl z tłumikiem absorpcyjnym BOS. Wyniki porównawcze zestawiono w tabeli 1 oraz tabeli 2. Tabela 1. Zestawienie mocy silnika [KM] dla wybranych wariantów układu Pr dko obrotowa [obr./min.* 1000] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Układ I 23 30 39 47 55 64 70 81 88 90 95 Układ II 22 31 36 46 56 65 73 82 90 91 96 Układ III 23 29 35 45 54 61 69 79 86 92 94 Porównuj c zestawione w tabeli warto ci mocy silnika w trzech wariantach tłumika ko cowego układu wylotowego zauwa amy, e w zakresie obrotów niskich oraz rednich z zamontowanym tłumikiem refleksyjnym osi gane s rednio najwy sze warto ci mocy. Dla układu skróconego, bez tłumika ko cowego oraz dla układu z tłumikiem absorpcyjnym te warto ci s znacznie wy sze. Tabela 2. Zestawienie momentu obrotowego [NM] dla wybranych wariantów układu Pr dko obrotowa [obr./min.* 1000] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Układ I 32 35 39 41 44 45 45 48 48 45 45 Układ II 30 36 36 41 45 45 46 49 48 46 45 Układ III 31 34 36 40 42 43 44 46 47 46 44 Analizuj c przebieg krzywych mocy dla układu z tłumikiem absorpcyjnym jednoznacznie widoczny jest nieliniowy przebieg krzywej z wielokrotnymi zmianami kierunku krzywej co niekorzystnie wpływa na odczucia z jazdy oraz osi gi pojazdu. W zakresie obrotów rednich zdecydowanie najgorsze warto ci osi gane s dla tłumika absorpcyjnego. Sytuacja zmienia si w zakresie obrotów wysokich. Mimo teoretycznie minimalnego spadku mocy wzgl dem układu z tłumikiem refleksyjnym znacz co poprawia si przebieg krzywej w tym zakresie. Zniwelowano chwilowy spadek mocy przed osi gni ciem maksymalnych obrotów silnika. 4. Podsumowanie Układ wylotowy jest najcz ciej modyfikowanym układem przez u ytkowników pojazdów silnikowych głównie w celu zmiany d wi ku dochodz cego z tłumika ko cowego. Nieprzemy lane modyfikacje mog mie negatywny lub wr cz destrukcyjny wpływ nie tylko na osi gi pojazdu, ale równie na ywotno jednostki nap dowej i jej podzespołów. W artykule zaprezentowano analiz wpływu zmian konstrukcyjnych wybranych elementów układu wylotowego na wybrane parametry pracy silnika w oparciu o wyniki mocy i momentu obrotowego. Ponadto w pracy omówiono mo liwo ci stosowania systemów CAD/CAM do realizacji procesu modelowania i modyfikacji 124
Studies & Proceedings of Polish Association for Knowledge Management Nr 80, 2016 konstrukcji wybranych elementów układu wylotowego. Przedstawiono trzy główne etapy projektowania układu. Dokonuj c analizy poszczególnych etapów projektowania i modyfikowania układu wylotowego uzyskano wyniki stanowi ce podstaw do dalszej analizy tematu. W trakcie bada i symulacji potwierdzono podstawowe tezy dotycz cy zjawisk przepływów w układzie wylotowym i ich znacz cego wpływu na prac jednostki nap dowej. Podstaw do dalszych modyfikacji s obliczenia wymiarów głównych układu. Redukcj kosztów całej konstrukcji współcze nie umo liwia komputerowa symulacja przepływów, pozwalaj ca na szybkie przewidywanie skutków wdro onych zmian. Ostatnim etapem weryfikacji poprawno ci przeprowadzonych modyfikacji s badania silnika wyposa onego w stworzony układ na hamowni. Bibliografia [1] Bell A.G.: Performance tuning in theory & practice, Haynes, 2006r. [2] J cka A.: Analiza wpływu zmian konstrukcyjnych układu wylotowego na wybrane parametry pracy silnika spalinowego, praca in ynierska Bydgoszcz 2015. [3] Kałaczy ski T., Liss M., Łukasiewicz M., Sadowski A., Wojciechowski H.: Analiza metod badania turbospr arek pojazdów samochodowych, Logistyka 4/2015, s. 3922 3931. [4] Łukasiewicz M., Kałaczy ski T., Musiał J, Shalapko J. I.: Diagnostics of buggy vehicle transmission gearbox technical state based on modal vibrations, Journal of Vibroengineering, September 2014. Volume 16, Issue 6, Pages (2624 3168). Numbers of Publications from 1359 to 1407, ISSN 1392 8716. [5] Łukasiewicz M.: Vibration Measure as Information on Machine Technical Condition, Studia i Materiały Polskiego Stowarzyszenia Zarz dzania Wiedz 2010, vol. 35, s. 111 118, ISSN 1732 324X. [6] Łukasiewicz M., Kałaczy ski T., ółtowski B., Liss M.,: Naprawa powypadkowa a wła ciwo ci konstrukcji no nej pojazdów, Studia i Materiały Polskiego Stowarzyszenia Zarz dzania Wiedz, 2014, vol 68, s. 176 190, ISSN 1732-324X. [5] Tarnogrodzki A.: Dynamika gazów. Przepływy jednowymiarowe i fale proste, WKŁ Warszawa, 2003r.; [6] Wajand A. J., Wajand J.T.: Tłokowe silniki spalinowe rednio i szybko obrotowe, WNT Warszawa 2000r. [7] Wyle oł M.: CATIA. Podstawy modelowania powierzchniowego i hybrydowego. ISBN 83-7361- 126-6, Wydawnictwo Helion, Gliwice 2003. [8] ółtowski B., Łukasiewicz M., Kałaczy ski T.: "Techniki informatyczne w badaniach stanu maszyn", Wydawnictwa Uczelniane Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego w Bydgoszczy, Bydgoszcz 2012r. 125
Marcin Łukasiewicz, Tomasz Kałaczy ski, Joanna Wilczarska, Andrzej Sadowski, Adam J cka Ocena wpływu modelowania układu wylotowego na parametry pracy silnika spalinowego w aspekcie sprawno ci u ytkowej THE INFLUENCE ASSESSMENT OF THE EXHAUST SYSTEM CONSTRUCTION ON THE COMBUSTION ENGINE WORK PARAMETERS IN THE ASPECT OF USABLE EFFICIENCY Summary The paper presents influence of the exhaust system construction on the chosen combustion engine work parameters in the aspect of usable efficiency. The possibility of implementation of CAD / CAM / CAE in exhaust system modeling process. In addition an example of different types of exhaust systems investigative research results at the engine test bench were introduced. Keywords: combustion engine, exhaust system, solid modeling, informative technics Marcin Łukasiewicz Tomasz Kałaczy ski Joanna Wilczarska Andrzej Sadowski Adam J cka Zakład Pojazdów i Diagnostyki Wydział In ynierii Mechanicznej Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy e-mail: mlukas@utp.edu.pl 126