background image

ĆWICZENIE 6 
Temat: BI

LANS CIEPLNY SILNIKA Z ZAPŁONEM 

SAMOCZYNNYM. 

 

Skład zespołu: 

1.  Grzegorz Grabski 
2.  Kajetan Dobrenko 
3.  Marcin Kamianowski 

 

1.  Cele 

ćwiczenia i podstawy teoretyczne 

Głównym  celem  naszego  ćwiczenia  było  wyznaczenie  poszczególnych  składników 

bilansu  energetycznego silnika spalinowego. 

Badanym  przez  nas  silnikiem  był  silnik  z 

zapłonem samoczynnym, zwany również silnikiem Diesla lub wysokoprężnym. Jest to silnik 

tłokowy na paliwo ciekłe – olej napędowy. Zapłon  mieszanki paliwa i powietrza w cylindrze 

zwany jest samoczynnym ponieważ następuje bez żadnej ingerencji z zewnątrz pod wpływem 
wysoki

ej  temperatury  sprężonego  gazu.  Teoretycznym obiegiem porównawczym dla tego 

silnika jest obieg Sabathe’a, składający się z izentropy sprężania, izochory i izobary (spalanie 

paliwa), izentropy rozprężania, izochory (odprowadzanie ciepła z obiegu).  

 

Obieg  rzeczywisty  różni  się  od  porównawczego  dość  znacząco  ze  względu  na 

nieodwracalność  i  niedoskonałość  przemian,  długość  czasu  spalania  paliwa,  które  również 

może być niezupełne. Uwzględnia on również pracę potrzebną na usunięcie z obiegu spalin 

oraz zassanie świeżego powietrza. 

 

background image

2.  Bilans cieplny silnika. 

Bilans cieplny silnika o zapłonie samoczynnym można zapisać następująco: 

,gdzie  

Oznaczenia: 

Q

    

ciepło dostarczone wraz z paliwem, 

Q

     

ciepło indykowane, 

 

Q

u

    - 

ciepło zamienione na pracę użyteczną, 

 

Q

 

  - straty mechaniczne,  

Q

ch  

  - 

strata chłodzenia,  

Q

o      

- strata odlotowa,

   

 

Q

nz  

  - 

strata spalania niezupełnego,  

Q

   

  - straty inne. 

Wszys

tkie wartości odniesione do czasu dadzą poszczególne moce. 

 
- moc cieplna spalonego paliwa: 

gdzie:  

u

-

wartość opałowa = 40 [MJ/kg] 

 
B - 

masowe zużycie paliwa: 

 

w

ρ - gęstość oleju napędowego równa 830 [

3

m

kg

t - czas spalenia 100

3

cm paliwa - 122[s] 

 

moc użyteczna: 

gdzie: 
N

u 

– moc na wale silnika 

P – wskazanie hamulca – 28 
n – 

prędkość obrotowa wału silnika - 1850 [obr/min] 

 
- s

trata chłodzenia: 

 
 
gdzie:  

w

 – 

ciepło właściwe wody równe 4,19 [kJ/kgK]   

2

1

,

w

w

t

t

 - 

temperatury wejścia i wyjścia wody chłodzącej - 

1

w

 =  55 C , 

2

w

t

 = 47 C 

Wydatek wody: 
 
 

Wydatek objętościowy: 48 [l/h]  

r

nz

o

ch

i

d

Q

Q

Q

Q

Q

Q

+

+

+

+

=

m

u

i

Q

Q

Q

+

=

[ ]

kW

W

B

Q

u

d

2

,

27

=

=

[

]

s

kg

t

t

m

B

w

/

00068

,

0

10

100

6

=

=

=

ρ

[ ]

kW

n

P

N

u

94

,

5

8720

=

=

(

)

[ ]

kW

t

t

c

m

Q

w

w

w

w

ch

436

,

0

2

1

=

=

[

]

s

kg

m

w

/

013

,

0

10

*

6

,

3

10

*

48

6

3

=

=

background image

 
- strata odlotowa:  

[

]

(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

[

]

+

+

+

+

+

5

,

8

6

,

20

81

,

0

5

,

8

1

,

21

065

,

0

5

,

8

6

,

20

045

,

0

2

,

9

1

,

27

08

,

0

045

,

0

08

,

0

12

85

,

0

8

,

9

1

,

24

2

13

,

0

10

*

68

,

0

3

=5,49[kW] 
 
gdzie:  
r

j

 - 

udział molowy w spalinach suchych: 

2

CO

r

= 0,08 ; 

045

,

0

=

CO

r

;  

81

,

0

2

=

N

r

;  

065

,

0

2

=

O

r

 

Udziały masowe: 

2

H

g

= 0,13 ;   

c

= 0,85 

T

i T

-  

temperatury otoczenia i spalin uchodzących z silnika 

 
- s

trata niezupełnego spalania: 

=

+

=

co

u

CO

CO

CO

c

nz

W

r

r

r

g

B

Q

2

12

9

,

23

08

,

0

045

,

0

03

,

0

12

85

,

0

10

*

68

,

0

3

+

=0,276[kW] 

gdzie: 

]

/

[

9

,

23

kg

MJ

W

uco

=

wartość opałowa tlenku węgla 

2

CO

r

= 0,08 ; 

045

,

0

=

CO

r

;   

 

- strata tarcia: 
 
 
gdzie: 
U – 

napięcie wskazane na woltomierzu. 

i – 

natężenie prądu pobieranego przez silnik elektryczny 

s

η - sprawność silnika elektrycznego (0,97) 

h

 - moc bie

gu luzem hamulca nieobciążonego, obliczona z zależności na

u

 

Qm 

obr/min 

10 

70 

500  678,994 

14,5 

110 

700  1547,085 

21 

180 

1150  3666,454 

23 

210 

1350  4684,790 

 

Powyższy wynik straty tarcia został zaprognozowany na podstawie wyników z tabeli oraz 

reprezentującego ją wykresu poniżej. 

( ) ( )

[

]

( ) ( )

[

]

=





+

+

=

=

4

1

0

2

)

(

12

2

2

2

j

j

o

s

j

co

co

c

H

o

s

H

o

T

i

T

i

r

r

r

g

T

i

T

i

g

B

Q

]

[

8

,

6

kW

N

i

U

Q

h

s

m

=

=

η

background image

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

Liczba obrotów silnika

S

tr

at

a t

ar

ci

a

- reszta strat: 
 
Z bilansu 

ciepła obliczyliśmy, że reszta strat wynosi Q

r

 = 8,258 [kW] 

 
 

background image

Procentowy udział poszczególnych składowych bilansu 

cieplnego silnika o zapłonie samoczynnym

21,8

1,6

20,2

1

25

30,4

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1

Reszta strat

Strata tarcia
Strata niezupełnego spalania
Strata odlotowa
Strata chłodzenia
Moc użyteczna

 

background image

3.  Wnioski 

Sprawność badanego przez nas silnika jest rzędu 21,6%, co jest wartością małą, lecz 

dla leciwego już silnika wolnobieżnego jak najbardziej prawidłową. Tak jak spodziewaliśmy 

się znaczną część strat stanowią straty tarcia oraz strata odlotowa. W porównaniu do całości 

bilansu  znikome  są  za  to  straty  spalania  niezupełnego  oraz  straty  chłodzenia.  Te  pierwsze 

zestawione  z  odczytanym  przez  nas  z  wykresu  Ostwalda  współczynnikiem  nadmiaru 

powietrza  mogą  świadczyć  o  tym,  że  spalanie  w silniku było  prawie  zupełne. 

Niespodziewanie  duże  wyszły  natomiast  z bilansu cieplnego  inne straty, co  przynajmniej 

częściowo można uzasadnić niedokładnością odczytów podczas ćwiczenia oraz późniejszych 

obliczeń.