SILNIKI

Założenia teoretyczne obiegów porównawczych w silnikach spalinowych

1. Cały obieg przebiega przy niezmienionej ilości czynnika wypełniającego cylinder.

2. Sprężanie i rozpreż. Czynnika odbywa się adiabatycznie, tj. Bez wymiany ciepła między czynnikiem (który traktujemy jako gaz doskonały), a ściankami cylindra.

3. Ciepło dostarczane jest do czynnika nie przez spalanie czynnika lecz przez izochoryczne lub izobaryczne podgrzewanie, oraz odprowadzenie odbywa się przez izochoryczne oziębianie gazu.

4. Ciepło właściwe czynnika jest stałe.

5. Wszystkie przemiany czynnika przebiegają nieskończenie powoli.

Przyczyny rozbieżności między wyres. Indykatorowymi, a rzeczywistymi:

1. Obieg rzeczywisty realizowany jest z użyciem czynnika roboczego, którego skład chemiczny i ciepło właściwe ulegają zmianie.

2. W czasie przepływy czynnika przez zawory i przewody zachodzi zjawisko dławienia powodujące spadek ciśnienia

3. Cylinder silnika nie napełnia się całkowicie świeżym powietrzem:

1. Przegrzanie ładunku od gorących elementów silnika podczas ssania

2. Brak możliwości usunięcia z cylindra, pozostających resztek spalin

3. Dławienie na zaworach i przewodach

4. Ze względy na nieszczelności pierścieni tłokowych

4. Ze względu na odprowadzenie ciepła z silnika na zewnątrz

5. Spalanie trwa krótko i jest niezupełne

Bilans energetyczny silnika

CIEPŁO	ISKR	SAMOZ
Ciepło zamieniane na prace użyteczną (sprawność)	20-32 %	26-40 (42)%
Ciepło tracone wskutek chłodzenia silnika	32-35 %	28-33%
Ciepło unoszone ze spalinami oraz wypromie.	34-37 %	26-32%
Ciepło tracone wskutek oporów mechanicznych	7-8%	7-9%

Wiersz 3 i 4 w nich można szukać oszczędności (np. przepuszczenie spalin przez nagrzewnicę - mniejsze zużycie energ. Przy spalaniu)

KOMORY SPALANIA

1. W silnikach iskr. (najprostsze)

• są w głowicy silnika

• spalają mieszankę paliwowo-powietrzną bezdetonacyjnie

Są cztery rodzaje :

• wanienkowy (proces spalania uzależniony od mieszanki) (rys.1)

• półkolisty (jw) (rys.2)

• daszkowy (dwa lub więcej zaworów) (rys.3)

• klinowy (europejski) miękka praca silnika, bo zapłon (ciśnienie) jest równomierne. Są w silnikach tradycyjnych - wolne ale o dużej mocy (rys.4)

• amerykański (rys.5)

2. W silnikach samoczynnych:

Wymagania stawiane ich komorom:

1. dobre wymieszanie paliwa z powietrzem zapewnia dobre spalanie paliwa przy możliwie małym współcz. nadmiaru powietrza λ (od 1,2-1,7)

2. skrócenie do min. okresu zwłoki zapłonu w celu ograniczenia ciśnienia szczytowego

3. wysokie średnie ciśnienie idykowane

4. miękka praca silnika

5. wysoka sprawność indykowana

6. mała wrażliwość silnika na liczbę cetanową

7. łatwy rozruch zimnego silnika

Podział komór:

• dzielone

• niedzielone - przy wtrysku bezpośrednim

NIEDZIELONE:

• prosta konstrukcja

• całe paliwo wtryskiwane do komory spalania

• w komorze spalania - świeca żarowa - podgrzewa powietrze w celu samozapłonu.

• kształt komory uzależniony od ciśnienia (jakości paliwa) wtrysku

• przy wtrysku bezpośrednim, komora spalania w tłoku, charakteryzuje się „twardą pracą” (szybko narasta ciśnienie).

• MAN - M : wtrysk jest dwufazowy (90% paliwa skierowane na denko tłoka ale nie zapala się. Drugi (10%) strumień powoduje zapłon )- dzięki temu silnik pracuje „miękko”.

(4 rys. Komór niedzielonych)

Dzielimy je na:

1. typ otwarty - max średnica nad komorą (rys a)

2. typ półotwarty - max średnica w środku komory (rys b)

Wady i zalety komór z wtryskiem bezpośrednim:

Zalety

• prosta konstrukcja komory spalania

• symetryczna konstrukcja głowicy

• małe jednostkowe zużycie paliwa (61-68*10^-6 [g/Ws]

• łatwość uruchomienia zimnego silnika

• wysoka sprawność (0,35-0,4)

Wady

• zapewnienie dużego współcz. nadmiaru powietrza λ (1,4 - 1,7)

• wysokie ciśnienie spalania (8,5 - 10 MPa)

• wysokie ciśnienie wtrysku paliwa (18 - 22 (23) MPa)

• konieczność stosowania bardzo czystego paliwa

DZIELONE (silniki o spalaniu samoczynnym)

1. System z komorą wstępną - od 25 - 40% obj. całej komory spalania.

2. System z komorą wirową

3. System z komorą zasobnikową

1. z zasobnikiem czynnym

2. z zasobnikiem biernym

System z komorą wstępną - umiejscowione asymetrycznie do osi cylindra - dzięki temu stosowane są zawory o większych średnicach. Zawsze są umiejscowione w głowicy. Cała dawka paliwa przechodzi przez komorę wstępną. Łączona jest jednym lub więcej kanalikami z komorą spalania.

Procesy spalania w komorze wstępnej:

• spalanie z nadmiarem powietrza (duża część jest niespalana)

• reszta przechodzi do komory spalania przez kanaliki (tu: paliwo jest bardzo dobrze zawirowane przy wejściu do komory spalania).

1. łagodnie narasta ciśnienie(miękka praca)

2. nie jest wrażliwy na jakość paliwa (o większej liczbie cetanowej)

3. niższe ciśnienie wtryskiwanego paliwa

4. większe zużycie paliwa

teraz dwa rys. (wielootworowa i jednootworowa.)

Zalety

• Stosunkowo niskie max ciśniienie spalania w cylindrze (5 - 7 MPa)

• Mała szybkość narastania ciśnienia w trakcie spalania (miękka praca silnika)

• Mała wrażliwość na jakość paliwa (o mniejszej liczbie cetanowej)

• Mały wpływ jakości rozpylenia paliwa na przebieg procesu spalania

• Stosunkowo niskie ciśnienie wtrysku paliwa (10 - 11 Mpa)

Wady

• Nieco większe jednostkowe zużycie paliwa (76 - 83*10^-6 [g/Ws] )

• Nieco niższe średnie ciśnienie użyteczne (0,65 - 0,7 Mpa)

• Trudny rozruch zimnego silnika

System z komorą wirową - (70 - 80% obj. całej komory spalania)

Cechy

• styczne do cylindra

• cała dawka paliwa przechodzi przez nią:

1. zapłon paliwa w komorze wirowej

2. przejście resztek do komory spalania (gdy tłok idzie w dół)

• nigdy nie jest zrobiona jednolicie (wkładki z żeliwa żaroodpornego w kanaliku między komorą wirową, a komorą spalania (rys. 1)

Zalety

• Stosunkowo wysokie średnie ciśnienie użyteczne 0,7 - 0,8 MPa

• Niewielki współcz. nadmiaru powietrza λ (1,25 - 1,35)

• Mała wrażliwość procesu spalania na jakość rozpylenia paliwa

• Niewysokie ciśnienie wtrysku paliwa ( 12 - 15 MPa)

• Mała wrażliwość na rodzaj i jakość paliwa

• Miękka praca silnika

• Stosowane w silnikach o obrotach mniejszych niż 4000 [obr/min]

• Mimośrodowe umieszczenie komory wirowej - można w nich stosować więcej i większe zawory

Wady

• Stosunkowo duże zużycie paliwa (70*10^-6[g/Ws])

• Trudny rozruch zimnego silnika (bezwzględnie trzeba stosować świece żarowe)

• Wysokie max ciśnienie spalania (pow. 6,5 MPa )

• Twardsza praca silnika niż w silnikach z komorą wstpną.

System z komorą zasobnikową

1. Czynny zasobnik powietrza:

• Wtryskiwane paliwo kierowane bezpośrednio na komorę z czynnym zasobnikiem paliwa. Zawsze część paliwa wtryskiwana jest do zasobnika i w nim zawsze jest zapłon paliwa.

1. zapłon w komorze czynnej

2. reszta przechodzi do komory spalania

2. Bierny zasobnik powietrza

• zawsze styczny do komory spalania lecz z boku

Zalety

• Umiarkowane max ciśnienie spalania w cylindrze (5 - 6 MPa)

• Miękka praca silnika

• Mała wrażliwość procesu spalania na jakość rozpylenia mieszanki

• Niskie ciśnienie wtrysku 13 MPa

• Niewspółosiowe z cylindrem umieszczenie komory umożliwia zastosowanie większych zaworów

Wady

• Duże zużycie jednostkowe paliwa (7,6*10^-6 [g/Ws])

• Skomplikowana budowa głowicy

UKŁAD SMAROWANIA

1. Układ mieszankowy - głównie w 2-suwowym. Czynnikiem smarującym jest mgła oleista (olej zawarty w paliwie) (odpowiedni olej, w odpowiednich proporc. Dla danego silnika)

2. Układ rozbyzgowy - np. skrzynia przekładniowa. Koła zębate zanurzone w pewnej części , powodują rozbryzgiwanie.

3. Smarowanie ciśnieniowe - Olej pod ciśnieniem doprowadzony do pkt. smarnych (3 -4 atm)

4. System mieszany - (najczęściej ciśnieniowo-rozbryzgowy)

1. z mokrą misą olejową (olej zasysany z misy)

2. z suchą misą olejową (olej zasysany z dodatkowego zbiornika)

budowa:

• misa olejowa, - ssak, - pompa olejowa (zębata), - zespół filtrujący ( a. Zgrubnego oczyszczania, b. Głównego oczyszczania)

5. Magistrala smarująca - zabezpiecza zawory, utrzymuje odpowiednie ciśnienie oleju. Stąd na wał korbowy, wałek rozrządu, zawory - nadmiar znowu skapuje i ponownie jest rozbryzgiwany. Pompa zasysa więcej oleju niż potrzeba i dlatego część oleju spływa z powrotem do miski olejowej (ona spełnia też rolę chłodnicy olejowej) przed skierowaniem go do magistrali. Olej może być dodatkowo chłodzony w chłodnicy. Obniża on temp. i zapobiega tarciu.

FILTRY

• szczelinowe

• odśrodkowe (dokładnego oczyszczenia - wyrzuca na zewnątrz zanieczyszczenia oleju)

• z wkładem papierowym (filc)

UKŁADY CHŁODZENIA

1. System chłodzenia powietrzem

Zalety:

• prosty w budowie (tylko odpowiednio użebrowana powierzchnia wystarcza jako radiator)

• brak dodatkowego czynnika chłodzącego

• krótki czas nagrzewania

• silnik może pracować w niskich i wysokich temp.

• łatwa eksploatacja i prosta obsługa

Wady:

• skomplikowany kształt obudowy

• nieco głośniejsza praca takiego silnika

2. System chłodzenia cieczą

1. chłodzony samoczynnie (teromosyfonowe)

2. z wymuszonym obiegiem (pompa wodna) - chłodnica termostat, pompa wodna

Chłodnice:

• powietrzno-rurkowe - powietrze w rurkach, a ciecz między nimi

• wodno-rurkowe

• komorowe - najw. sprawność, ale są najdelikatniejsze

Termostat - reguluje temp. cieczy w układzie chłodzenia. Do temp. 70 pozostaje zamknięty i wtedy mamy mały obieg chłodzenia. Od 70 - 85 C term. Się otwiera i mamy duży obieg cieczy.

---