SKŁAD I WYTWARZANIE

MIESZANKI

PALIWOWO-POWIETRZNEJ

SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ

Mieszanka palna i sposoby jej wytwarzania

W pierwszej fazie obiegu rzeczywistego (suw spr

ęż

ania) czynnikiem roboczym

jest mieszanka palna.

Mieszanka palna jest mieszanin

ą

powietrza i par paliwa (a tak

ż

e paliwa w fazie

ciekłej) ró

ż

ni

ą

c

ą

si

ę

znacznie wła

ś

ciwo

ś

ciami fizycznymi od powietrza.

W zale

ż

no

ś

ci od metody zasilania silnika paliwem rozró

ż

nia si

ę

dwa sposoby

tworzenia mieszanki palnej:

zewn

ę

trzne (ga

ź

nikowe, wtryskowe niskoci

ś

nieniowe)

wewn

ę

trzne (wtryskowe wysokoci

ś

nieniowe)

SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ

Zasilanie gaźnikowe

Stosowanie doładowania zdecydowanie poprawia jako

ść

wytwarzanej mieszanki

palnej.

Zasilanie ga

ź

nikowe - powietrze przepływaj

ą

ce przez ga

ź

nik unosi kropelki paliwa

wydostaj

ą

ce si

ę

z jego rozpylacza. Proces odparowania paliwa zachodzi w

kanałach

dolotowych,

doprowadzaj

ą

cych

mieszank

ę

do

cylindrów.

Wewn

ą

trz cylindrów mo

ż

e zachodzi

ć

odparowanie resztek ciekłego paliwa

zawartego w mieszance.

SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ

Gaźnik elementarny

a – schemat ga

ź

nika, b – zmiany pr

ę

dko

ś

ci i podci

ś

nienia w przelocie ga

ź

nika

0-0, 1-1 – charakterystyczne przekroje, 2 – gardziel, 3 – rozpylacz paliwa,4 – dysza paliwowa,

5 – przepustnica

.

SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ

Zasilanie wtryskowe niskociśnieniowe

Niskoci

ś

nieniowe zasilanie wtryskowe jest bardziej racjonalnym sposobem

wytwarzania mieszanki palnej ni

ż

zasilanie ga

ź

nikowe. Paliwo wtryskiwane jest w

sposób ci

ą

gły do głowicowych kanałów dolotowych, bezpo

ś

rednio przed

zaworami dolotowymi.

Zalety:

- prosta konstrukcyjnie aparatura wtryskowa (pompa, wtryskiwacze)
- wysoka niezawodno

ść

działania

- nieskomplikowane sterownie
- niezale

ż

no

ść

pracy układu zasilania od poło

ż

enia samolotu i przeci

ąż

e

ń

SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ

Zasilanie wtryskowe

Wewn

ę

trzne wytwarzanie mieszanki palnej wyst

ę

puje przy wysokoci

ś

nieniowym

(10-25 MPa) zasilaniu wtryskowym. Ciekłe paliwo jest rozpylane wewn

ą

trz

cylindra, podczas napełniania go powietrzem i spr

ęż

ania powstaj

ą

cej mieszanki.

Zalety:

- wysoki stopie

ń

rozdrobnienia strugi paliwa

- łatwo

ść

dostosowania składu mieszanki do okresowych warunków pracy silnika

- równomierny rozdział paliwa na poszczególne cylindry
- polepszenie napełniania cylindrów (mniejsze opory w kanałach dolotowych)
- niezale

ż

no

ść

pracy układu zasilania od poło

ż

enia samolotu i przeci

ąż

e

ń

SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ

Skład mieszanki

Układ zasilania powinien zapewnia

ć

odpowiedni skład mieszanki palnej w

ka

ż

dych warunkach pracy silnika, bez wzgl

ę

du na zmiany pr

ę

dko

ś

ci i wysoko

ś

ci

lotu samolotu (

ś

migłowca).

Skład mieszanki okre

ś

la stosunek ilo

ś

ci powietrza par paliwa. Miernikiem

rzeczywi

ś

cie doprowadzonej ilo

ś

ci powietrza do cylindra, decyduj

ą

cej o składzie

mieszanki, jest współczynnik nadmiaru powietrza:

t

L

L

α

=

SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ

Skład mieszanki

Przyjmuj

ą

c,

ż

e benzyna lotnicza jest paliwem weglowodorowym o udziale

masowym głównych składników: w

ę

giel – 85,5%, wodór – 14,5%, teoretyczne

zapotrzebowanie powietrza L

t

do spalenia benzyny wynosi w przybli

ż

eniu:

14, 9

powietrza

t

paliwa

kg

L

kg

≈

W zale

ż

no

ś

ci od warto

ś

ci współczynnika nadmiaru powietrza mieszanka palna

okre

ś

lana jest jako:

- bogata (

α

< 1)

- uboga (

α

> 1)

- stechiometryczna lub normalna (

α

= 1)

SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ

Skład mieszanki

Skład mieszanki palnej wpływa decyduj

ą

co na pr

ę

dko

ść

jej spalania, która dla

silników

tłokowych

zawiera

si

ę

zwykle

w

granicach

30÷60

m/s.

Najszybciej spalaj

ą

si

ę

mieszanki palne, dla których

α ≈

0,9 ÷ 0,95.

Im szybciej spala si

ę

mieszanka, tym bardziej przebieg spalania w obiegu

rzeczywistym zbli

ż

a si

ę

do izochorycznego, a wi

ę

c wi

ę

ksze jest pole obiegu i

proporcjonalna do niego moc silnika.

SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ

Skład mieszanki

Skład mieszanki wpływa nie tylko na moc silnika ale tak

ż

e na jego ekonomiczno

ść

wyra

ż

on

ą

przez jednostkowe zu

ż

ycie paliwa c

j

.

0,9

1,2

1,1

1,0

α

P

c

j

P

c

j

Najmniejsze jednostkowe zu

ż

ycia paliwa c

j

wyst

ę

puj

ą

przy

α

= 1,1÷1,2 co jest

zwi

ą

zane z niejednorodno

ś

ci

ą

składu

mieszanki palnej.

W silnikach lotniczych unika si

ę

spalania

mieszanek ubogich (

α

>1,1) ze wzgl

ę

du

na małe pr

ę

dko

ś

ci spalania, co prowadzi

do wzrostu temperatury spalin pod koniec
ich rozpr

ęż

ania oraz podczas suwu wylotu.

Jest to przyczyn

ą

przegrzewania silnika, a

szczególnie zaworów wylotowych.

SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ

Skład mieszanki

Silnik powinien by

ć

zasilany mieszank

ą

jednorodn

ą

(homogeniczn

ą

), zawieraj

ą

c

ą

jak najmniej nieodparowanego paliwa, o zmiennym składzie w zale

ż

no

ś

ci od

warunków pracy:

- podczas pracy z moc

ą

maksymaln

ą

α ≈

0,9 ÷ 0,95

- podczas pracy na zakresie ekonomicznym

α ≈

1,05 ÷ 1,1

- podczas biegu jałowego

α ≈

0,7 ÷ 0,75 (niekorzystne warunki spalania

mieszanki, konieczno

ść

ograniczenie nierównomiernej pracy silnika)

SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ

Zasada działania silnika

GMP(ZZ)

DMP(ZW)

SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ

Zasada działania silnika

Suw dolotu – tłok przesuwa si

ę

od ZZ do ZW, ci

ś

nienie w cylindrze spada, dzi

ę

ki

czemu nast

ę

puje zasysanie mieszanki paliwo-powietrznej przez otwarty zawór

dolotowy. Mieszanka ta jest uprzednio wytworzona w układzie zasilania. W czasie
tego suwu zawór wylotowy pozostaje zamkni

ę

ty.

SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ

Zasada działania silnika

Suw spr

ęż

ania – po osi

ą

gni

ę

ciu ZW tłok rozpoczyna ruch ku ZZ. Oba zawory

pozostaj

ą

zamkni

ę

te. Przesuwaj

ą

cy si

ę

tłok spr

ęż

a mieszank

ę

. Gdy znajdzie si

ę

w pobli

ż

u ZZ, przeskok iskry elektrycznej mi

ę

dzy elektrodami

ś

wiecy zapłonowej

powoduje zapłon mieszanki.

SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ

Zasada działania silnika

Suw pracy – mieszanka spala si

ę

gwałtownie. Wywi

ą

zywane w tym procesie

ciepło powoduje wzrost temperatury gazów, a tym samym gwałtowny wzrost
ci

ś

nienia nad tłokiem. Rozpr

ęż

aj

ą

ce si

ę

gazy cisn

ą

na tłok i przesuwaj

ą

c go ku

ZW wykonuj

ą

prac

ę

. Obydwa zawory pozostaj

ą

zamkni

ę

te. Obj

ę

to

ść

nad tłokiem

powi

ę

ksza si

ę

, maleje zarówno ci

ś

nienie gazów w cylindrze, jak i ich temperatura.

SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ

Zasada działania silnika

Suw wylotu – tłok ponownie przesuwa si

ę

ku ZZ i przez otwarty zawór wylotowy

wypycha spaliny z cylindra. Proces usuwania spalin trwa do chwili zamkni

ę

cia

zaworu wylotowego, po czym rozpoczyna si

ę

kolejny cykl pracy silnika.

SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ

Zasada działania silnika

SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ

Doładowanie

Doładowanie silnika polega na napełnianiu jego cylindrów

ś

wie

ż

ym ładunkiem

wst

ę

pnie spr

ęż

onym, tj. o ci

ś

nieniu wy

ż

szym ni

ż

ci

ś

nienie barometryczne.

Celem doładowania jest zwi

ę

kszenie mocy silnika w stosunku do warto

ś

ci

osi

ą

ganej przy swobodnym zasysaniu do cylindrów

ś

wie

ż

ego ładunku, pozwala

na utrzymanie wysokiej mocy silnika (bliskiej nominalnej) w szerokim zakresie
zmian wysoko

ś

ci lotu.

Silniki

lotnicze

doładowywane

s

ą

najcz

ęś

ciej

przy

u

ż

yciu

spr

ęż

arek

promieniowych. W zale

ż

no

ś

ci od sposobu nap

ę

dzania spr

ęż

arki rozró

ż

nia si

ę

:

- doładowanie mechaniczne

- turbodoładowanie

SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ

Doładowanie

a-do

ł

adowanie mechaniczne, b- turbodo

ł

adowanie

1 – silnik, 2 – spr

ęż

arka, 3 – przek

ł

adnia mechaniczna, 4 – turbina

SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ

Doładowanie

SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ

Doładowanie

- maksymalne spr

ęż

e spr

ęż

arek doładowuj

ą

cych

π

S

=1,8÷2,3

- na małej wysoko

ś

ci spr

ęż

e ogranicza si

ę

do warto

ś

ci

π

S

=1,3÷1,6 (nadmierne

obci

ąż

enia mechaniczne i cieplne), czas pracy silnika przy maksymalnym

ładowaniu – do kilku minut

- pr

ę

dko

ś

ci obrotowe spr

ęż

arki wynosz

ą

przewa

ż

nie 20÷30 tys.obr/min

- moc pobierana przez spr

ęż

ark

ę

z nap

ę

dem mechanicznym dochodzi do

10÷15% mocy silnika, przeło

ż

enia przekładni przyspieszaj

ą

cych i

r

= 6÷10

- regulacja ci

ś

nienia ładowania odbywa si

ę

przez dławienie przepływu w kanale

doprowadzaj

ą

cym powietrze do spr

ęż

arki (regulator ci

ś

nienia ładowania)

- minimalna wysoko

ść

, na której przepływ jest całkowicie oddławiony nazywa si

ę

wysoko

ś

ci

ą

obliczeniow

ą

(nominaln

ą

)

- zakres wysoko

ś

ci lotu, przy których utrzymywane jest stałe ci

ś

nienie ładowania

mo

ż

e by

ć

rozszerzony przez zastosowanie dwubiegowego nap

ę

du spr

ęż

arki

(silniki wysoko

ś

ciowe)

SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ

Dwubiegowy napęd sprężarki doładowującej

1-sprz

ę

gło spr

ęż

yste, 2-sprz

ę

gło cierne od

ś

rodkowe, 3-sprz

ę

g

ł

o cierne płytkowe, 4-przekładnia obiegowa

SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ

Spalanie stukowe i detonacyjne – zagadnienie do

samodzielnego opracowania

- hipotezy dotycz

ą

ce przyczyn wyst

ę

powania

- objawy
- wpływ spalania stukowego na moc i sprawno

ść

silnika

- skutki spalania stukowego dla konstrukcji silnika
- konstrukcyjne sposoby zapobiegania
- eksploatacyjne sposoby zapobiegania