1
Wymiana ładunków tłokowych silnikach spalinowych
Proces wymiany ładunku cylindra:
–
usunięcie z cylindra rozprężonych spalin,
–
napełnienie cylindra świeżym ładunkiem: powietrza lub
mieszanki powietrza i paliwa (w postaci pary i kropel).
2
Podstawowe wskaźniki charakteryzujące wymianę ładunku
Współczynnik napełnienia (stopień napełnienia, sprawność
wolumetryczna, sprawność objętościowa)
t
a
v
m
m
=
η
Współczynnik napełnienia to stosunek masy powietrza
znajdującego się w cylindrze po zakończeniu wymiany
ładunku i masy powietrza, mogącego się zmieścić w cylindrze
w warunkach odniesienia (normalnych lub panujących przed
wlotem do cylindra w wypadku silników doładowanych).
3
Warunki normalne:
Temperatura normalna
C
25
t
o
0
=
Ciśnienie normalne
kPa
100
p
0
=
0
a
s
t
V
m
ρ
⋅
=
V
s
– objętość skokowa
Gęstość powietrza
w temperaturze normalnej
3
0
a
m
/
kg
169
,
1
=
ρ
4
Współczynnik reszty spalin (współczynnik zanieczyszczenia
świeżego ładunku resztkami spalin)
a
r
m
m
=
ν
Współczynniki reszty spalin to stosunek masy spalin
pozostałych w cylindrze po zakończonej wymianie ładunku
i masy powietrza znajdującego się w cylindrze po zakończeniu
wymiany ładunku.
νννν
ZI
0,05 ÷ 0,15
ZS
0,03 ÷ 0,06
5
Praca wymiany ładunku
∫
=
pdV
L
v
dla pętli ujemnej na wykresie indykatorowym
Średnie ciśnienie wymiany ładunku
s
v
v
V
L
p
=
6
Wpływ na współczynnik napełnienia:
–
temperatura powietrza napełniającego cylindry – T
a
↓
η
⇒
↓
ρ
⇒
↑
v
a
a
T
–
ciśnienie napełnienia – p
1
↑
η
⇒
↑
ρ
⇒
↑
v
a
1
p
–
temperatura resztek spalin – T
r
↓
η
⇒
↓
ρ
⇒
↑
v
a
r
T
zjawisko dominujące
↑
η
⇒
↓
ρ
⇒
↑
v
r
r
T
–
ciśnienie wylotu – p
r
↓
η
⇒
↑
ρ
⇒
↑
v
r
r
p
7
Wymiana ładunku w silnikach czterosuwowych
Dwa procesy i dwa suwy:
–
wylot spalin,
–
dolot – napełnienie cylindra świeżym ładunkiem.
W silnikach czterosuwowych rozrząd zaworowy, umożliwiający
wymianę ładunku.
Zawory:
–
wylotowe,
–
dolotowe.
8
Silnik czterosuwowy
9
10
Fazy rozrządu – przesunięcie kątowe początków i końców otwarcia
zaworów względem zwrotnych położeń tłoka.
Fazy rozrządu wynikają z dynamiki procesów wymiany ładunku:
–
αααα
– kąt wyprzedzenia otwarcia zaworu,
–
ββββ
– kąt opóźnienia zamknięcia zaworu.
(
)
OWK
70
40
o
w
÷
=
α
(
)
OWK
40
5
o
w
÷
=
β
(
)
OWK
35
10
o
d
÷
=
α
(
)
OWK
75
35
o
d
÷
=
β
o
OWK – stopnie obrotu wału korbowego
11
Kąt współotwarcia (przekrycia) zaworów
w
d
p
β
+
α
=
ϕ
Kąt otwarcia zaworu
β
+
+
α
=
ϕ
o
180
12
Wykres pola przelotu ładunku
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
-270
-180
-90
0
90
180
270
αααα
[
o
OWK]
f
z
DZP
DZP
GZP
αααα
w
ββββ
d
αααα
d
ββββ
w
φφφφ
p
φφφφ
w
φφφφ
d
13
f
z
– umowne pole przelotu
ładunku – pole powierzchni
bocznej stożka
14
15
Fazy rozrządu dobiera się empirycznie – z reguły większe fazy dla
większych prędkości obrotowych.
16
Sprawdzanie średniej prędkości gazów
Równanie ciągłości strugi nieściśliwej
tł
tł
g
z
c
F
v
f
⋅
=
⋅
v
g
– prędkość gazów
c
tł
– prędkość tłoka
F
tł
– pole powierzchni
poprzecznej tłoka
Po uśrednieniu przyjmuje się
AV
tł
tł
AV
g
max
z
c
F
v
f
⋅
=
⋅
17
]
s
/
m
[
30
n
S
c
AV
tł
⋅
=
S [m] – skok tłoka
n [obr/min]
dolot
(
)
s
/
m
120
70
v
AV
g
÷
=
gr
AV
g
v
v
<
wylot
(
)
s
/
m
180
100
v
AV
g
÷
=
Zwiększanie pola przelotu gazów:
–
duże średnice cylindra D – mały stosunek S/D,
–
podwójne (wielokrotne) zawory dolotowe i wylotowe,
–
krzywki o dużym współczynniku wypełnienia.
18
Współczynnik wypełnienia krzywki
αααα
f
z
f
z max
φφφφ
( )
α
α
⋅
φ
=
∫
φ
d
f
f
1
W
0
z
max
z
55
,
0
W
≥
19
Charakterystyki napełnienia
Zależność współczynnika napełnienia od wielkości
charakteryzujących pracę silnika w określonych warunkach pracy
silnika.
20
Charakterystyka prędkościowa współczynnika napełnienia
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
n [min
-1
]
ηηηη
v
s = const
21
Charakterystyka obciążeniowa współczynnika napełnienia
Silnik o zapłonie iskrowym
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
N
ew
ηηηη
v
n = const
22
Silnik o zapłonie samoczynnym
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0
20
40
60
80
100
N
ew
[%]
ηηηη
v
n = const
23
Charakterystyki prędkościowe napełnienia dla różnych nastaw
sterowania silnika o zapłonie iskrowym (różnych kątów uchylenia
przepustnicy)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
n [min
-1
]
ηηηη
v
s
1
= s
max
s
1
> s
2
> s
3
s
2
s
3
24
Charakterystyki prędkościowe napełnienia dla silników o zapłonie
iskrowym i o zapłonie samoczynnym
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
n [min
-1
]
ηηηη
v
ZI
ZS
25
Charakterystyki prędkościowe napełnienia dla silników:
klasycznego – K i wyczynowego – W
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0
2000
4000
6000
8000
10000
n [min
-1
]
ηηηη
v
W
K
n
MK
n
NK
n
MW
n
NW
n
M
– prędkość
obrotowa
maksymalnego
momentu
obrotowego
n
N
– prędkość
obrotowa
znamionowej
mocy
użytecznej
26
Wzniosy zaworów dla rozrządu o zmiennych fazach
27
Mechanizm rozrządu
–
Dolnozaworowy – SV – side valve.
–
Górnozaworowy.
OHV (Over Head Valve – zawór w głowicy) – z wałkiem
rozrządu w kadłubie: z popychaczami, drążkami popychaczy
i dźwignią zaworową.
OHC (Over Head Camshaft – wałek ponad głowicą) – z wałkiem
rozrządu w głowicy.
•
SOHC (Single Over Head Camshaft – ang.: jeden wałek
rozrządu w głowicy cylindrów).
•
DOHC (Double Over Head Camshaft – dwa wałki rozrządu
w głowicy).
28
Mechanizm rozrządu z wałkiem w głowicy
–
Z napędem pośrednim.
•
Z drążkami popychaczy i dźwignią zaworową.
•
Z dźwignią zaworową:
jednostronną,
dwustronną.
–
Z napędem bezpośrednim.
29
1 – wałek rozrządu
2 – popychacz
3 – drążek popychacza
4 – zawór
5 – sprężyna zewnętrzna
6 – sprężyna wewnętrzna
7 – miseczka
8 – dźwignia zaworu
9 – śruba regulacyjna
10 – nakrętka
30
Rozrząd górnozaworowy z wałkiem rozrządu w kadłubie
31
Rozrząd górnozaworowy z dwoma wałkami rozrządu
z bezpośrednim napędem zaworów
32
Rozrząd górnozaworowy z dwoma wałkami rozrządu
z bezpośrednim napędem zaworów
33
Rozrząd górnozaworowy z jednym wałkiem rozrządu
z bezpośrednim napędem zaworów
34
Podział mechanizmu rozrządu ze względu na elementy podatne do
utrzymywania więzi kinematycznej:
–
ze sprężyna śrubową (o stałym lub zmiennym skoku),
–
z dwiema sprężynami śrubowymi (o stałym lub zmiennym
skoku),
–
ze sprężyną agrafkową,
–
z drążkami skrętnymi.
35
Rozrząd dwukrzywkowy (desmodromowy)
36
37
38
Mechanika układu rozrządu
l
z
l
p
m
s
m
z
m
pd
I
d
h
k
h
z
φ
d
39
Przełożenie dźwigni zaworowej
6
,
1
2
,
1
l
l
i
p
z
÷
=
=
Kąt obrotu dźwigni zaworowej
z
z
p
k
d
l
h
l
h
=
=
ϕ
Zależność między przemieszczeniami
zaworu i popychacza
i
h
l
l
h
h
k
p
z
k
z
⋅
=
⋅
=
Prędkość zaworu
dt
dh
i
dt
dh
k
z
⋅
=
k
z
v
i
v
⋅
=
Przyspieszenie zaworu
dt
dv
i
dt
dv
k
z
⋅
=
k
z
a
i
a
⋅
=
40
Prędkość kątowa dźwigni
k
p
k
p
d
v
l
1
dt
dh
l
1
dt
d
⋅
=
⋅
=
ϕ
Przyspieszenie kątowe
dźwigni
k
p
2
k
2
p
2
d
2
a
l
1
dt
h
d
l
1
dt
d
⋅
=
⋅
=
ϕ
41
Moment sił bezwładności względem osi obrotu dźwigni zaworowej
z
z
s
z
z
2
p
z
pd
z
z
d
p
2
z
k
s
z
p
k
pd
k
p
d
z
z
s
z
p
k
pd
2
d
2
d
B
l
a
2
m
m
l
l
a
m
a
l
1
I
l
l
a
2
m
m
l
a
m
a
l
1
I
l
a
2
m
m
l
a
m
dt
d
I
M
⋅
⋅
+
−
⋅
⋅
−
⋅
⋅
−
=
=
⋅
⋅
+
−
⋅
⋅
−
⋅
⋅
−
=
=
⋅
⋅
+
−
⋅
⋅
−
ϕ
⋅
−
=
42
⋅
⋅
+
+
⋅
+
⋅
−
=
=
⋅
+
+
⋅
+
⋅
−
=
z
z
s
z
z
2
p
pd
z
d
z
p
2
z
s
z
p
pd
p
d
k
B
l
a
2
m
m
l
l
m
l
1
I
a
l
l
2
m
m
l
m
l
1
I
a
M
z
Rz
z
p
Rp
k
B
l
m
a
l
m
a
M
⋅
⋅
−
=
⋅
⋅
−
=
Masa sprowadzona (zredukowana) na oś popychacza
2
p
z
s
z
2
p
d
pd
Rp
l
l
2
m
m
l
I
m
m
⋅
+
+
+
=
43
Masa sprowadzona (zredukowana) na oś zaworu
2
z
p
pd
2
z
d
s
z
Rz
l
l
m
l
I
2
m
m
m
⋅
+
+
+
=
44
Współpraca krzywki wypukłej z płaskim popychaczem
h
φ
45
Krzywka bezuderzeniowa – krzywka o ciągłym przebiegu
przyspieszeń.
Krzywka syntetyczna – krzywka, która powstaje w wyniku syntezy
wymagań, m.in.:
–
ciągłości przebiegu przyspieszeń,
–
ekstremalnych wartości przyspieszeń,
–
współczynnika wypełnienia.
46
We współczesnych
silnikach spalinowych
nie stosuje się od
kilkudziesięciu lat
krzywek harmonicznych!
47
Krzywka wielomianowa (tzw. krzywka „polidyne”)
K
K
r
r
z
z
y
y
w
w
k
k
a
a
w
w
i
i
e
e
l
l
o
o
m
m
i
i
a
a
n
n
o
o
w
w
a
a
t
t
o
o
k
k
r
r
z
z
y
y
w
w
k
k
a
a
o
o
w
w
z
z
n
n
i
i
o
o
s
s
i
i
e
e
(
(
o
o
r
r
a
a
z
z
–
–
w
w
k
k
o
o
n
n
-
-
s
s
e
e
k
k
w
w
e
e
n
n
c
c
j
j
i
i
–
–
p
p
r
r
ę
ę
d
d
k
k
o
o
ś
ś
c
c
i
i
i
i
p
p
r
r
z
z
y
y
s
s
p
p
i
i
e
e
s
s
z
z
e
e
n
n
i
i
u
u
)
)
p
p
o
o
p
p
y
y
c
c
h
h
a
a
c
c
z
z
a
a
,
,
o
o
p
p
i
i
s
s
a
a
n
n
y
y
m
m
f
f
u
u
n
n
k
k
c
c
j
j
ą
ą
w
w
i
i
e
e
l
l
o
o
m
m
i
i
a
a
n
n
o
o
w
w
ą
ą
,
,
s
s
p
p
e
e
ł
ł
n
n
i
i
a
a
j
j
ą
ą
c
c
ą
ą
d
d
o
o
d
d
a
a
t
t
k
k
o
o
w
w
e
e
w
w
a
a
r
r
u
u
n
n
k
k
i
i
o
o
p
p
i
i
s
s
a
a
n
n
e
e
a
a
n
n
a
a
l
l
i
i
t
t
y
y
c
c
z
z
n
n
i
i
e
e
.
.
48
Wykres kinematyczny krzywki wielomianowej
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
φ
[
o
OWK]
a
[m
/s
2
]
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
h
[m
m
],
v
[m
/s
]
h
a
v
49
Wznios
∑
=
Φ
ϕ
=
N
0
i
i
i
max
c
h
h
h
max
– wznios maksymalny
Φ
Φ
Φ
Φ
– połowa kąta zarysu
φ
– kąt mierzony od h
max
e
;
d
;
b
;
a
;
2
;
0
i
=
[
]
T
c
;
d
;
b
;
a
=
i
Φ
ϕ
+
Φ
ϕ
+
Φ
ϕ
+
Φ
ϕ
+
Φ
ϕ
+
=
e
e
d
d
b
b
a
a
2
2
0
max
c
c
c
c
c
c
h
h
50
1
c
0
≡
6
e
;
d
;
b
;
a
≥
e
d
b
a
≠
≠
≠
parzyste
e
;
d
;
b
;
a
−
Zależności
( )
i
f
c
c
i
=
z literatury, np.:
Studdart D.A.: Polidyne cam design (Machine Design, 1953 Vol. 25,
121–135).
Bernhardt M., Dobrzyński S., Loth E.: Silniki samochodowe (WKŁ,
Warszawa 1988).
[
]
T
e
d
b
a
c
;
c
;
c
;
c
=
c
51
Jeśli jest znana zależność
(
)
ϕ
Φ
=
ϕ
,
,
h
,
,
f
h
max
h
i
c
to po zróżniczkowaniu
(
)
ϕ
Φ
=
ϕ
=
ϕ
ϕ
,
,
h
,
,
f
d
dh
v
max
v
i
c
(
)
ϕ
Φ
=
ϕ
=
ϕ
ϕ
,
,
h
,
,
f
d
dv
a
max
a
i
c
52
6 – 10 – 14 – 18
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
10000
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
φ
[
o
OWK]
a
[m
/s
2
]
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
h
[m
m
],
v
[m
/s
]
h
a
v
53
12 – 20 – 28 – 36
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
10000
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
φ
[
o
OWK]
a
[m
/s
2
]
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
h
[m
m
],
v
[m
/s
]
h
a
v
54
14 – 26 – 38 – 50
-6000
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
10000
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
φ
[
o
OWK]
a
[m
/s
2
]
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
h
[m
m
],
v
[m
/s
]
h
a
v
55
56
57
X
58
Warunek realizowalności krzywki obwiedniowej
0
dh
dX
<
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
h [mm]
X
[
m
m
]
59
Warunek realizowalności krzywki obwiedniowej
0
d
dX
<
ϕ
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
φ
[
o
]
X
[
m
m
]
60
Charakterystyka sprężyny zaworowej
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
10000
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
φ
[
o
OWK]
a
[m
/s
2
]
-4
-2
0
2
4
6
8
10
h
[m
m
]
h
a
v
0
2
4
6
8
10
-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
10000
a [m/s
2
]
h
[m
m
]
a = f
a
(φ)
h = f
h
(φ)
⇒
h = f
ha
[a]
a = f
ah
(h)
61
62
Wymiana ładunku w silniku dwusuwowym
Rozrząd:
–
tłokowy,
–
zaworowy,
–
tłokowo–zaworowy.
W zależności od miejsca wstępnego sprężania świeżego ładunku –
rozrząd:
–
ze wstępnym sprężaniem w skrzyni korbowej,
–
ze wstępnym sprężaniem w sprężarce.
63
Silnik dwusuwowy
64
65
66
Fazy rozrządu silnika dwusuwowego
1 – 2 – wylot
2 – 3 – przepłukanie
3 – 4 – ucieczka ładunku
αααα
w
– kąt wyprzedzenia otwarcia
okna wylotowego
αααα
p
– kąt wyprzedzenia otwarcia
okna przelotowego
ββββ
p
– kąt opóźnienia zamknięcia
okna przelotowego
ββββ
w
– kąt opóźnienia zamknięcia
okna wylotowego
67
Rozrząd:
–
symetryczny:
αααα
w
=
ββββ
w
;
αααα
p
=
ββββ
p
;
–
niesymetryczny:
αααα
w
≠
ββββ
w
;
αααα
p
≠
ββββ
p
;
αααα
w
>
αααα
p
;
ββββ
p
>
ββββ
w
.
Rozrząd niesymetryczny
Cel – zmniejszenie kąta opóźnienia zamknięcia okna wylotowego
i skrócenie czasu ucieczki świeżego ładunku.
68
Rozrząd niesymetryczny
–
przesunięcie osi cylindra względem osi wału korbowego –
możliwa tylko niewielka korekta względem symetrii rozrządu,
–
układ tłokowo–zaworowy,
–
układy zaworowe,
–
układy dwutłokowe.
69
Przepłukanie cylindra
–
poprzeczne,
–
zwrotne,
–
wzdłużne.
70
Przykłady przepłukania poprzecznego
71
Przykłady przepłukania zwrotnego
72
Przykłady przepłukania wzdłużnego
73
Wielkości charakteryzujące wymianę ładunku
Współczynnik przechwycenia ładunku
p
a
p
m
m
η
=
Współczynnik przechwycenia ładunku jest to stosunek masy
powietrza, znajdującego się w cylindrze po zakończeniu wymiany
ładunku, i masy powietrza użytego do przedmuchiwania.
74
Współczynnik napełnienia komory korbowej
t
p
vk
m
m
η
=
Współczynnik napełnienia komory korbowej jest to stosunek masy
powietrza, użytego do przedmuchiwania, i masy powietrza,
mogącego się zmieścić w cylindrze w warunkach odniesienia
(normalnych lub panujących przed wlotem do cylindra w wypadku
silników doładowanych).
75
Współczynnik napełnienia
vk
p
t
p
p
a
t
a
v
m
m
m
m
m
m
η
⋅
η
=
⋅
=
=
η
Współczynnik napełnienia to stosunek masy powietrza znajdującego
się w cylindrze po zakończeniu wymiany ładunku i masy powietrza,
mogącego się zmieścić w cylindrze w warunkach odniesienia
(normalnych lub panujących przed wlotem do cylindra w wypadku
silników doładowanych).
Współczynnik napełnienia cylindra silnika dwusuwowego jest
iloczynem współczynnika przechwycenia ładunku i współczynnika
napełnienia komory korbowej.
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Temat nr 2 - Proces wymiany ładunku, Silniki okretowe
Przebieg wymiany ladunku w silnikach dwusuwowych
16 Przewóz poczty i wymiana ładunków pocztowych
11 WYMIANA JONOWAid 12683 ppt
W4 Wymiana gospodarcza z zagranica
Wymiana Ciepla
wyklad makro 14 wymiana
018 Wymiana płynu hamulcowego Škoda Feliciaid 3282
METODA WYMIANY PRETOW
Cw 10 (51) Pomiar ładunku właściwego e m elektronu
Astra F Sprężyny tylne wymiana
10 Wymiana jonowa
PROCESY NIESTACJONARNEJ WYMIANA CIEPŁA, Uczelnia, Metalurgia
Wymiana Łańcucha, Rower
Kontrole ładunków niebezpiecznych
Wyznaczanie ładunku właściwego metodą megatronową
więcej podobnych podstron