Wstęp teoretyczny

Silnikiem nazwano maszynę służącą do zamiany doprowadzanej do niej energii na pracę mechaniczną. Silniki spalinowe są to maszyny, w których czynnikiem roboczym są spaliny uzyskane poprzez spalanie paliw w powietrzu. Silniki spalinowe należą do maszyn przepływowych. Z jednej strony do silnika dopływają substraty, tj. paliwo i powietrze, z drugiej zaś strony maszyną opuszczają spaliny. Silniki te dzielą się na tłokowe i wirnikowe.

W silnikach tłokowych część ciepła wyzwolonego w cylindrze wskutek spalania paliwa od razu przemienia się na pracę, która za pomocą układu korbowego oddawana jest na zewnątrz. Silniki te dzielą się na dwu- i czterosuwowe. Suwem nazywa się jeden skok tłoka, tj. przejście od jednego do drugiego jego położenia zwrotnego.

Sprawność mechaniczna silnika η_m - zależy od jego konstrukcji, przeznaczenia i warunków pracy; osiąga maksimum dla warunków bliskich znamionowym i równa jest z założenia zeru podczas biegu luzem. Zależy również od lepkości stosowanego oleju silnikowego oraz rodzaju osprzętu i urządzeń pomocniczych napędzanych przez silnik. Wartość tej sprawności wynosi η_m = 0,8÷0,99.

Sprawność efektywna silnika - świadczy o wartości użytecznej silnika zarówno pod względem termodynamicznym, jak i mechanicznym i określa ją stosunek η_e = η_i⋅η_m . Sprawność ta waha się między 0,30÷0,94, zależnie od wielkości i typu maszyny.

Sprawność termiczną silnika - nazywa się iloraz pracy internijnej do wartości opałowej

paliwa

Sprawność egzergijna silnika - wyraża stosunek pracy (wewnętrznej ) internijnej L_i uzyskanej

po spaleniu 1kg paliwa do jego egzergii

1 Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie sprawności tłokowego silnika spalinowego

2 Schemat stanowiska

• Tabela pomiarowa

Czas [min]	Poziom paliwa na początku [mm]	Poziom końcowy paliwa [mm]	Ilość paliwa zużytego [cm^3]	Obciążenie [W]	Sprawność silnika [%]
0	81			600	8
8		72	180
0	72			1160	15
8		66	120
0	66			1640	18
8		55	220

• Przykładowe obliczenia

dane:

benzyna 94 oktan - gęstość 0,775 g/ml

wartość opałowa - 40 610 kJ/kg

ciepło spalania - 43 960 kJ/kg

sprawność prądnicy - 0,92%

pojemność silnika - 140 cm³

obroty - 3000 obr/min

1 mm ubytku ze zbiornika = 20 cm³

10 działek na watomierzu = 400 W

• efektywna sprawność silnika

Q- ciepło spalania paliwa w kJ/kg

η_p - sprawność prądnicy

P_el - moc pobierana przez grzejnik

• moc efektywna silnika

V_ss - pojemność skokowa w m³

n - prędkość obrotowa w obr/s

p_e - średnie ciśnienie efektywne silnika w Mpa

• Jednostkowe zużycie paliwa

g_e - jednostkowe zużycie paliwa [m³/kWh],

V - ilość podanego paliwa [m³],

N_e - moc efektywna [kW],

t - czas [h].

• Wykres i wnioski

Na podstawie przeprowadzonych obliczeń można stwierdzić, że sprawność silnika spalinowego rośnie wraz ze wzrostem obciążenia. Sprawność silnika spalinowego z zapłonem iskrowym jest mała i wynosi zaledwie 25%. Na watrość tą, mają wpływ następujące czynniki:

• w silniku zachodzi niezupełne spalanie paliwa, ponadto wysoka temper. w cylindrze sprzyja zjawisku dysocjacji.

• spalanie nie odbywa się w stałej objętości, gdyż szybkość spalania jest skończona.

• zarówno podczas kompresji substratów, jak i podczas ekspansji spalin ciepło odpływa od spalin przez ściankę cylindra

• podczas przepływu substratów i spalin przez zawory i przewody zachodzi zjawisko dławienia.

W silniku tłokowym główna strata pracy mechanicznej wynika stąd, że spaliny przy końcu ekspansji mają wysoką temperaturę i znaczne ciśnienie.

1

3

Watomierz

Regulacja

obciążenia

Obciążenie

Prądnica

Pojemnik

z paliwem

Silnik

spalinowy

---