SKŁAD I WYTWARZANIE
MIESZANKI
PALIWOWO-POWIETRZNEJ
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
ęŜ
ania) czynnikiem roboczym
jest mieszanka palna.
Mieszanka palna jest mieszanin
ą
powietrza i par paliwa (a tak
Ŝ
e paliwa w fazie
ciekłej) ró
Ŝ
ni
ą
c
ą
si
ę
znacznie wła
ś
ciwo
ś
ciami fizycznymi od powietrza.
W zale
Ŝ
no
ś
ci od metody zasilania silnika paliwem rozró
Ŝ
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
Ŝ
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
Ŝ
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
Ŝ
no
ść
pracy układu zasilania od poło
Ŝ
enia samolotu i przeci
ąŜ
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
ęŜ
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
Ŝ
no
ść
pracy układu zasilania od poło
Ŝ
enia samolotu i przeci
ąŜ
e
ń
SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ
Skład mieszanki
Układ zasilania powinien zapewnia
ć
odpowiedni skład mieszanki palnej w
ka
Ŝ
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,
Ŝ
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
Ŝ
eniu:
14, 9
powietrza
t
paliwa
kg
L
kg
≈
W zale
Ŝ
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
Ŝ
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
Ŝ
e na jego ekonomiczno
ść
wyra
Ŝ
on
ą
przez jednostkowe zu
Ŝ
ycie paliwa c
j
.
0,9
1,2
1,1
1,0
α
P
c
j
P
c
j
Najmniejsze jednostkowe zu
Ŝ
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
ęŜ
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
Ŝ
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
ęŜ
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
ęŜ
a mieszank
ę
. Gdy znajdzie si
ę
w pobli
Ŝ
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
ęŜ
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
Ŝ
ym ładunkiem
wst
ę
pnie spr
ęŜ
onym, tj. o ci
ś
nieniu wy
Ŝ
szym ni
Ŝ
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
Ŝ
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
Ŝ
yciu
spr
ęŜ
arek
promieniowych. W zale
Ŝ
no
ś
ci od sposobu nap
ę
dzania spr
ęŜ
arki rozró
Ŝ
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
ęŜ
arka, 3 – przek
ł
adnia mechaniczna, 4 – turbina
SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ
Doładowanie
SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ
Doładowanie
- maksymalne spr
ęŜ
e spr
ęŜ
arek doładowuj
ą
cych
π
S
=1,8÷2,3
- na małej wysoko
ś
ci spr
ęŜ
e ogranicza si
ę
do warto
ś
ci
π
S
=1,3÷1,6 (nadmierne
obci
ąŜ
enia mechaniczne i cieplne), czas pracy silnika przy maksymalnym
ładowaniu – do kilku minut
- pr
ę
dko
ś
ci obrotowe spr
ęŜ
arki wynosz
ą
przewa
Ŝ
nie 20÷30 tys.obr/min
- moc pobierana przez spr
ęŜ
ark
ę
z nap
ę
dem mechanicznym dochodzi do
10÷15% mocy silnika, przeło
Ŝ
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
ęŜ
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
Ŝ
e by
ć
rozszerzony przez zastosowanie dwubiegowego nap
ę
du spr
ęŜ
arki
(silniki wysoko
ś
ciowe)
SKŁAD I WYTWARZANIE MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ
Dwubiegowy napęd spręŜarki doładowującej
1-sprz
ę
gło spr
ęŜ
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