1. Podział tłokowych silników spalinowych.

Tłokowy silnik spalinowy – źródło napędu mechanicznego, w którym następuje zamiana energii chemicznej zawatej w paliwie na energię mechaniczną. Zamiana zachodzi wskutek spalania paliwa i zmiany parametrów termodynamicznych czynnika roboczego, w komorze spalania silnika. Z tego względu rozróżniamy silniki o spalaniu wewnętrznym (silnik samochodu) i zewnętrznym (tłokowa maszyna parowa – czynnik roboczy para wodna). Wspólną cechą tych silników jest rozprężanie czynnika roboczego w cylindrze oraz układ korbowo-tłokowy. Podział tłokowych silników spalinowych może być dokonywany ze względu na:

a). Sposób realizacji cyklu pracy:

• dwusuwowy – sprężanie i rozprężanie podczas jednego obrotu wału korbowego;

• czterosuwowy – napełnianie, sprężanie, rozprężanie, wylot podczas dwóch obrotów wału korbowego;

b). Sposób zapłonu mieszanki palnej: za pomocą iskry elektrycznej (ZI), przez samozapłon (ZS);

c). Sposób zasilania silnika powietrzem lub mieszanką palną (zewn lub wewn sposób tworzenia mieszanki):

• bezpośrednio z otoczenia – silniki wolnossące (atmosferyczne);

• pośrednio, po wstępnym sprężeniu czynnika przed cylindrem – doładowane;

d). Zastosowanie silnika:

• napędy maszyn roboczych oraz prądnic – silniki przemysłowe;

• napędy środków transportu drogowego oraz szynowego – silniki trakcyjne;

• napędy śrubowe jednostek pływających oraz samolotów – silniki napędu śrubowego;

e). Warunki współpracy silnika z odbiornikiem mocy:

• stała prędkość obrotowa silnika oraz zmienne obciążenie;

• zmienna prędkość obrotowa silnika oraz zmienne obciążenie;

• obciążenie silnika stanowi funkcję prędkości obrotowej (silniki śrubowe);

1. Cykle pracy tłokowych silników spalinowych i ich sprawności oraz średnie ciśnienie indykowane.

Cykl pracy silnika może obejmować:

- 2 suwy tj. sprężanie i rozprężanie ( pracę) podczas obrotu jednego wału korbowego silnika

-4 suwy tj. napełnianie, sprężanie, rozprężanie i wulot podczas dwóch obtotów wału korbowego silnika (silniki czterosuwowe)

Silnik dwusuwowy działa w cyklu:

a) sprężanie - tłok przesuwa się w dół, wykonując pierwszy suw, spręża on wtedy równocześnie mieszankę paliwową. Gdy uzyska konkretna wysokość odsłania się zawór wydechowy, przez który wylatują gazy spalinowe, a następnie odchyla się zawór, przez który mieszanka paliwowa (wstępnie sprężona) przedostaje się nad tłok.

b) rozprężanie-tłok przesuwa się w górę, spręża przy tym mieszaninę w komorze spalania (gdy uzyska najwyższy punkt nastąpi kolejny zapłon). W tym samym czasie w trakcie ruchu w górę odblokowuje się zawór zasysający mieszaninę pod tłok.

Cykl silnika czterosuwowego (złożony mechanicznie) jest następujący:

1) suw ssania: tłok porusza się w dół, natomiast do cylindra zasysane zostaje paliwo (albo jeżeli jest to silnik z zapłonem samoczynnym powietrze).

2) suw sprężania: tłok przesuwa się w górę, spręża przy tym paliwo lub powietrze, które się nad nim znajduje. W najwyższym położeniu ma miejsce zapłon (przy pomocy iskry elektrycznej) albo wtrysk paliwa (silniki z samozapłonem), które zapala się w momencie gdy nastąpi styczność z gorącym sprężonym powietrzem

3) suw rozprężania (pracy). Rozprężanie odbywa się do momentu odbezpieczenia się zaworu wydechowego.

4) suw wydechu: tłok przesuwa się do góry wypychając przy tym gazy spalinowe przez w / w zawór. Całość rozpoczyna się po raz kolejny.

1. Wykres uogólnionego cyklu pracy tłokowego silnika spalinowego, omówić tworzące go procesy.

Założenia:

• czynnikiem roboczym jest gaz doskonały;

• masa czynnika roboczego jest stała i jednakowa we wszystkich procesach;

• zaniedbuje się zmianę ciepła właściwego czynnika roboczego lub uwzględnia się tę zmianę w zależności od tempeatury i składu mieszaniny gazów;

• doprowadzenie ciepła do czynnika roboczego realizowane jest jakooddawanie ciepła od gorącego źródła;

• procesy wymiany czynnika roboczego zamienia się procesami odwracalnymi z uwzględnieniem wymiany ciepła;

• proces sprężania i rozprężania przyjmuje się jako adiabatyczny;

• proces napełniania odbywa się między GMP a DMP;

• obieg realizowany jest przez 1 kg czynnika roboczego.

Teoretyczna sprawność obiegu charakteryzująca stopień jego doskonałości jest: η_t=(q₁-q₂)/q₁=1-(q₁/q₂);

Ilość doprowadzonego ciepła do obiegu: q­₁=q₁’+q₁’’=c_v(T_z’-T­_c)+c_p(T_z-T_z’); q­₂=q₂’+q₂’’=c_v(T_b-T_f)+c_p(T_f-T_a);

Po podstawieniu q₁ i q₂ do ogólnego wzoru na η_t otrzymujemy: ; (1)

Wyznaczamy temperatury w charakterystycznych punktach obiegu:

- dla adiabaty a-c:

- dla izobary c-z’:

- dla izobary z’-z:

- przemiana adiabatyczna z-b:

- przemiana izobaryczna f-a:

1. Wykorzystując wzór na sprawność uogólnionego cyklu pracy silnika, wyprowadzić wzory na sprawność teoretyczną cykli Otta, Diesla, Sabathe’a.

2. Czynnik roboczy tłokowego silnika spalinowego, jego ilość stechiometryczna oraz własności.

Czynnikiem roboczym nazywamy ośrodek, za pomocą którego realizowany jest rzeczywisty obieg silnika. W tłokowych silnikach spalinowych stanowi go utleniacz, paliwo i produkty spalania. W czasie obiegu pracy silnika czynnik roboczy zmienia swe własności w zależności od temperatury i składu. Skład 1kg paliwa ciekłego: C+H+O=1. Stechiometryczna ilość powietrza do spalania 1kg paliwa wyrażona w kmol: lub gdzie

β - wielkość proporcjonalna do stosunku ilości tlenu potrzebnego do spalenia wodoru do ilości tlenu potrzebnego na spalenie węgla. Dla paliw pochodzenia naftowego β=0,33-0,42.

Dla każdego paliwa postaci C_nH_mO_r reakcję całkowitego i zupełnego spalania paliwa można zapisać w postaci:

Ilość powietrza w kilomolach lub m³ teoretycznie potrzebnego do spalania 1 kmola lub 1 m³ mieszaniny gazowej o składzie ΣC_nH_mO_r+N₂=1:

Współczynnik nadmiaru powietrza λ jest to stosunek rzeczywistej ilości powietrza L do ilości stechiometrycznej: λ=L/L₀. Całkowite spalanie możliwe jest tylko przy λ>=1. Silniki gaźnikowe pracują przy λ=0,8-1,1.

1. Co to jest spalanie całkowite i spalanie zupełne oraz współczynnik zmian molowych.

W przypadku idealnego procesu przebiegu spalania, tj, gdy każda cząstka paliwa z określonej dawki ulegnie utlenieniu, spalenie jest całkowite i zupełne. W rzeczywistych warunkach spalania w silnikach tłokowych taki proces nie zachodzi i wystepuje tu zależnie od zużytego paliwa, współczynnika nadmiaru powietrza oraz rodzaju silnika, spalanie niecałkowite lub niezupełne. W silnikach ZI wsytępuje spalania niezupełne, tzn w spalinach będzie zawarty tlenek węgla. Wynika to z ogólnego niedomiaru tlenu przy zasilaniu cylindra bogatą mieszanką palną o współczynniku nadmiaru powietrza λ <1. W silnikach ZS, współczynnik nadmiaru powietrza >1, zachodzi spalanie niecałkowite, tzn w spalinach zawarta jest sadza stanowiąca przeważnie czysty węgiel. Ilości tlenku węgla w spalinach silnika ZS są w zasadzie pomijalne o ile nie bierze się pod uwagę toksyczności spalin.

Współczynnik zmian molowych µ - charakteryzuje względną zmianę objętości przy spalaniu mieszanki palnej: µ₀=M₂/M₁=1+(ΔM/M₁)

Dla silników o zewnętrznym sposobie tworzenia mieszanki palnej: ; Dla silników ZS:

1. Sposób wyznaczania składu spalin przy spalaniu bogatej i ubogiej mieszanki palnej.

Przy λ<1 następuje spalanie bogatej mieszanki palnej

Przy λ<1 zachodzi niezupełne spalanie paliw ciekłych, w wyniku, którego część składników paliwa zamienia się w produkty niezupełnego spalania. Składnikami spalin są wówczas CO₂, CO, H₂O, H₂, N₂ i jego tlenki, 0,2-0,3% metanu CH₄ oraz śladowe ilości węglowodorów i tlenu. Przy obliczeniach składu spalin niezupełnego spalania przyjmuje się, że składnikami spalin są CO₂, CO, H₂O, H₂, N₂. Skład spalin niezupełnego spalania 1kg paliwa ciekłego przy λ<1 oblicza się ze wzorów:

M_CO=2*(1-λ)/(1+K)*0,21L_o

M_CO2=C/12-2*(1-λ)/(1+K)*0,21L_o

M_H2= 2K*(1-λ)/(1+K)**0,21L_o

M_N2=0,79λL_o

Całkowita ilość spalin:

M2= C/12+H/2+0.79λLo=H/2+C/12 [0.21+λ(0.79+B)]/0,21

λ>1 – mieszanka uboga, zawiera nadmiar powietrza, niedobór paliwa;

Przy λ>1 produkty spalania składają się z CO₂, pary wodnej H₂O, nadmiaru tlenu O₂, azotu N₂. Dla 1kg paliwa ciekłego o znanym elementarnym składzie, ilość poszczególnych składników spalin: M_CO2=C/12; M_H2O=H/2;

M_O2=0,21*(λ-1)Lo=C/(12*0.79)( λ-1)0.79+B M_N2=0.79λLo=λ*C/(12*0.21)(0.79+B)

Całkowita ilość spalin jest sumą M₂=M_CO2+M_H2O+M_O2+M_N2 lub

M₂=C/12+H/2+0.79Lo+(λ-Lo)=Mo+(λ-1)Lo Gdzie Mo=C/12+/2+0.79Lo

Mo- ilość spalin w kmolach przy spalaniu 1 kg paliwa o znanym składzie, przy λ=1

(λ-1)Lo – nadmiar powietrza znajdującego się w spalinach.

1. Rodzaje wymiany ciepła w tłokowych silnikach spalinowych i sposób sporządzania zewnętrznego bilansu ciepła.

Zewnętrznym bilansem cieplnym silnika nazywamy rozdział ciepła wydzielonego w czasie spalania paliwa w silniku. Umożliwia on ocenę stopnia wykorzystania ciepła, straty ciepła i mozliwość ich zmniejszenia, efektywność wykorzystania spalin oraz dokonać obliczeń układu chłodzenia. Bilans sporządza się eksperymentalnie dla pracy silnika wg zewnętrznej prędkościowej, obciążeniowej lub śrubowej charakterystyki, przy różnych regulacjach silnika itp. Sporządza się go dla 1 godziny pracy silnika lub czasu zużycia 1kg lub 1m³ paliwa. Równanie bilansu: Q=Qe+Q_ch+Q_spl+Q_ol+Q_reszt, gdzie:

- Q – ciepło spalania paliwa; obliczamy znając wartość opałową paliwa Hu(J/m³, J/kg) oraz jego zużycie godzinowe Ge (kg/h, m³/h):

Q=κHuGe [J/h]

- Qe – ciepło równoważne pracy efektywnej silnika w czasie 1 sek jest równe mocy efektywnej silnika Qe=Ne; dla godzinowego zużycia paliwa Qe=3600Ne;

- Q_ch – ciepło odprowadzone do układu chłodzenia Q_ch=m’_ch(T₂-T₁)C_c.chłodz., gdzie m’_ch – wydatek cieczy chłodzącej [kg/h], T₂, T₁ – temperatura czynnika chłodzącego odpowiednio na wyjściu i wejściu układu chłodzenia, C_c.chłodz. – ciepło właściwe cieczy chłodzącej;

- Q_spl – ciepło odprowadzone ze spalinami Q_spl=H_spl+Q_n.spl gdzie H_spl – entalpia spalin wylotowych równoważna ciepłu unoszonemu ze spalinami, oblicza się jako różnicę entalpii spalin wylotowych i entalpii powietrza doprowadzonego do silnika: H_spl=Ge(M₂c’_pt₂-M₁c_pt₁) [M₂ – ilość produktów spalania w wyniku całkowitego i zupełnego spalenia paliwa, M₁ – ilość kmoli świeżego ładunku z paliwa ciekłego przy określonej wartości λ, t₂ – temp spalin za turbosprężarką lub w króćcu wylotowym (wolnossący), t₁ – temp świeżego ładunku na napływie do turbo lub w króćcu dolotowym (wolnossący), c’_p, c_p – ciepło molowe spalin i świeżego ładunku];

- Q_ol - ciepło odprowadzone do oleju Q_ol=G_ol(t_ol.we.-t_ol.wy.)c_ol;

- Q_reszt – ciepło odprowadzone przez promieniowanie cieplne, konwekcyjnie wymienione ciepło z otoczeniem przez nagrzane elementy silnika; wartość ta zawiera: ciepło odpowiadające pracy tarcia z wujątkiem ciepła odprowadzanego do chłodnicy lub uniesionego z olejem, ciepło oddane przez promieniowanie z zewn części silnika, nie uwzględnione straty ciepła. Stopień wykorzystania ciepła można zwiększyć przez utylizację strat ciepła.

1. Omówić fazy rozrządu czterosuwowego silnika spalinowego i proces wylotu spalin z cylindra.

αd – kąt wyprzedzenia otwarcia zaworu dolotowego przed GMP

βd – kąt opóźnienia zamknięcia zaworu dolotowego po DMP

αw- kąt wyprzedzenia otwarcia zaworu wylotowego przed DMP

βw – kąt opóźnienia zamknięcia zaworu wylotowego po GMP

Zamykanie i otwieranie się zaworów sterujących wymianą ładunku w silniku nie odbywa się dokładnie w zwrotnych położeniach tłoka (czyli GMP i DMP). Wszystkie procesy związane z pracą zaworów (czyli dolot i wylot) rozpoczynają się nieco wcześniej, a kończą nieco później niż odpowiadające im suwy tłoka. Zawór dolotowy otwiera się jeszcze przed rozpoczęciem suwu dolotu, czyli pod koniec suwu wylotu, a zamyka się po zakończeniu tego suwu, czyli już w suwie sprężania. Podobnie zawór wylotowy - otwiera się przed rozpoczęciem suwu wylotu (pod koniec suwu pracy), a zamyka się po zakończeniu suwu wylotu (czyli w suwie dolotu).

Fazami rozrządu silnika czterosuwowego nazywamy wartości kątów obrotu wału korbowego odpowiadające wyprzedzeniu otwarcia i opóźnieniu zamknięcia zaworów. Wartości tych kątów podaje się w oOWK, czyli stopniach obrotu wału korbowego. Kąt wyprzedzenia otwarcia (α) jest to kąt o jaki obróci się wał korbowy od momentu otwarcia zaworu do chwili osiągnięcia przez tłok zwrotnego położenia. Kąt opóźnienia zamknięcia (β) jest to kąt o jaki obróci się wał korbowy od chwili osiągnięcia przez tłok zwrotnego położenia do momentu zamknięcia zaworu. Najłatwiej przedstawić fazy rozrządu na wykresie kołowym zwanym wykresem faz rozrządu:

Całkowity kąt otwarcia zaworu dolotowego jest sumą kątów αd i βd oraz kąta obrotu wału podczas ruchu tłoka z GMP do DMP co można zapisać wzorem:

γd = αd + βd + 180o

Analogicznie możemy zapisać dla zaworu wylotowego:

γw = αw + βw + 180o

Fazy rozrządu dobiera się doświadczalnie, dla silników niedoładowanych wynoszą one odpowiednio:

αd - od 10 do 30 oOWK

βd - od 45 do 70 oOWK

αw - od 40 do 70 oOWK

βw - od 10 do 25 oOWK

Wymiana ładunku w cylindrze obejmuje dwa procesy: wylotu spalin i napełnenie cylindra świeżym ładunkiem. Zawór wylotowy otwiera się przed DMP z wyprzedzeniem α_ow=30-70^o obrotu wału korbowego (OWK) i zamyka się za GMP z opóźnieniem α_zw. Natomiast zawór dolotowy otwiera się przed GMP (α_od) zaś zamyka się za DMP przy α_zd. Proces wymiany czynnika roboczego przedstawia się na wykresach indykatorowych jako zależność ciśnienia od objętości cylindra (p-V). W wolnossących silnikach tłokowych przyjmuje się przed zaworem dolotowym ciśnienie równe ciśnieniu atmosferycznemu z zaniedbaniem oporów hydraulicznych. Ciśnienie za zaworem wylotowym przyjmuje się większe od atmosferycznego o wartość oporów hydraulicznych przewodu wylotowego i tłumika wydechu. W silnikach 4-suwowych proces wymiany czynnika roboczego składa się z 4 faz:

- wylot swobodny – zachodzi przy niewielkim wzroście objętości cylindra. Zachodzi, gdy ciśnienie w cylindrze wynosi p_c=0,3-0,8 MPa i różnica w przekroju na zaworze wylotowym jest większa od krytycznej. Obniżenie temperatury czynnika roboczego powoduje spadek prędkości wypływu spalin. Temperatura spalin w cylindrze na początku swobodnego wylotu T=1000-1600 K, prędkość krytyczna V_kr=550-720 m/s.

- wylot wymuszony – prędkość wypływu spalin zależy od prędkości tłoka i stosunku przekroju przelotowego na zaworze do przekroju tłoka oraz od charakteru przepływu przez przewód wylotowy. Średnia prędkość w przekroju przelotowym wynosi 80-250 m/s. W czasie współotwarcia zaworów α_zw+α_od procesy wymiany gazów w silniku wolnossącym i doładowanym są różne. W chwili otwarcia zaworu dolotowego ciśnienie w cylindrze jest wyższe od ciśnienia w przewodzie dolotowym i dlatego początkowo spaliny wypływają przez zawór dolotowy i wylotowy.

- przepłukanie cylindra – zachodzi w czasie jednoczesnego otwarcia zaworu dolotowego i wylotowego jeśli p_d/p_w>1 (p_d – ciśnienie w układzie dolotowym, p_w – ciśnienie w układzie wylotowym).

- napełnianie cylindra – zachodzi od GMP do DMP. Prędkość napływu zależy od prędkości tłoka i stosunku przekroju przelotowego na zaworze do przekroju tłoka oraz rozprzestrzeniających się fal w układzie dolotowym. Średnia prędkość przepływu w czasie napełniania i w minimalnym przekroju przelotowym wynosi 80-200 m/s.

- doładowanie cylindra – zachodzi za DMP, kiedy ciśnienie przed zaworem dolotowym jest wyższe od ciśnienia w cylindrze.

1. Współczynnik napełnienia, przepłukania i współczynnik resztek spalin oraz praca wymiany czynnika roboczego w cylindrze silnika spalinowego.

Współczynnik napełnienia cylindra η_v – stosunek ilości świeżego ładunku cylindra (w kg lub kmol) do ilości ładunku, który może zajmować objętość cylindra przy temp. i ciśnieniu panującym w układzie dolotowym (p_d i T_d za sprężarką i chłodnicą), w silnikach bez doładowania przy ciśnieniu i temp. otoczenia: ; gdzie m_1c i M_1c rzeczywista ilość świeżego ładunku doprowadzonego do cylindra w kg i kmol; m_1t, M_1t – teoretyczna ilość ładunku w kg, kmol;

Eksperymentalnie współczynnik napełnienia wyznacza się mierząc wydatek powietrza w silniku i jego prędkość obrotową.

Współczynnik przepłukania cylindra­ ϕ - stosunek ilości powietrza dopływającego do cylindra do ilości świeżego ładunku w cylindrze po napełnieniu: ; wartości współczynnika przepłukania: silniki 4-suwowe - ϕ=1,15-1,2 (zwykle 1,05-1,1); silniki 2-suwowe ϕ=1,4-1,6; w wolnoobrotowych silnikach 4-suwowych przepłukanie nie zachodzi lub jest bardzo nieznaczne.

Współczynnik resztek spalin­ γ - uwzględnia ilość spalin pozostałych w cylindrze po przepłukaniu. Można go obliczyć z następującego wzoru: gdzie ζ_ocz – współczynnik oczyszczenia cylindra. Dla silników 4-suwowych przyjmuje się ζ_ocz=1.

Wymiana ładunku w cylindrze obejmuje dwa procesy: wylotu spalin i napełnenie cylindra świeżym ładunkiem. Zawór wylotowy otwiera się przed DMP z wyprzedzeniem α_ow=30-70^o obrotu wału korbowego (OWK) i zamyka się za GMP z opóźnieniem α_zw. Natomiast zawór dolotowy otwiera się przed GMP (α_od) zaś zamyka się za DMP przy α_zd. Proces wymiany czynnika roboczego przedstawia się na wykresach indykatorowych jako zależność ciśnienia od objętości cylindra (p-V). W wolnossących silnikach tłokowych przyjmuje się przed zaworem dolotowym ciśnienie równe ciśnieniu atmosferycznemu z zaniedbaniem oporów hydraulicznych. Ciśnienie za zaworem wylotowym przyjmuje się większe od atmosferycznego o wartość oporów hydraulicznych przewodu wylotowego i tłumika wydechu. W silnikach 4-suwowych proces wymiany czynnika roboczego składa się z 4 faz:

- wylot swobodny – zachodzi przy niewielkim wzroście objętości cylindra. Zachodzi, gdy ciśnienie w cylindrze wynosi p_c=0,3-0,8 MPa i różnica w przekroju na zaworze wylotowym jest większa od krytycznej. Obniżenie temperatury czynnika roboczego powoduje spadek prędkości wypływu spalin. Temperatura spalin w cylindrze na początku swobodnego wylotu T=1000-1600 K, prędkość krytyczna V_kr=550-720 m/s.

- wylot wymuszony – prędkość wypływu spalin zależy od prędkości tłoka i stosunku przekroju przelotowego na zaworze do przekroju tłoka oraz od charakteru przepływu przez przewód wylotowy. Średnia prędkość w przekroju przelotowym wynosi 80-250 m/s. W czasie współotwarcia zaworów α_zw+α_od procesy wymiany gazów w silniku wolnossącym i doładowanym są różne. W chwili otwarcia zaworu dolotowego ciśnienie w cylindrze jest wyższe od ciśnienia w przewodzie dolotowym i dlatego początkowo spaliny wypływają przez zawór dolotowy i wylotowy.

- przepłukanie cylindra – zachodzi w czasie jednoczesnego otwarcia zaworu dolotowego i wylotowego jeśli p_d/p_w>1 (p_d – ciśnienie w układzie dolotowym, p_w – ciśnienie w układzie wylotowym).

- napełnianie cylindra – zachodzi od GMP do DMP. Prędkość napływu zależy od prędkości tłoka i stosunku przekroju przelotowego na zaworze do przekroju tłoka oraz rozprzestrzeniających się fal w układzie dolotowym. Średnia prędkość przepływu w czasie napełniania i w minimalnym przekroju przelotowym wynosi 80-200 m/s.

- doładowanie cylindra – zachodzi za DMP, kiedy ciśnienie przed zaworem dolotowym jest wyższe od ciśnienia w cylindrze.

1. Omówić wpływ czynników konstrukcyjnych i eksploatacyjnych silnika na proces napełniania cylindra.

Czynniki wpływające na napełnienie cylindra :

Fazy rozrządu (szczególnie wartości kąta opóźnienia zamknięcia zaworu dolotowego po DMP tłoka); prędkość obrotowa i obciążenie; konstrukcja układu dolotowego i wylotowego, od którego zależą opory przepływu świeżego ładunku i spalin; współczynnik reszty spalin; temperatura świeżego ładunku; temperatura na początku napełniania; ciśnienie na początku sprężania; cisnienie spalin; gęstość czynnika;

Aby zwiększyć sprawność napełnienia należy:

Odpowiednio skonstruować układ dolotowy i wylotowy (zmniejszając opory wylotu spalin, zmniejszamy cisnienie spalin i współczynnik reszty spalin i zwiększamy zawirowanie czynnika); zastowanie układu wielozaworowego, gładkich powierzchni i prostoliniowych odcinkó pozwala uzyskać doładowanie rezonansowe; zastosować chłodzenie czynnika;

Na sprawnośći napełnienia silnika ma wpływ:

Stopień sprężania, im wyższy tym prędzej obniża się ciśnieni w cylindrze podczas suwu dolotu i zmniejsza się współczynnik reszty spalin; rodzaj komory spalania( dla silników ZI i niektórych ZS z komorami dzielonymi wstępnymi, wirowymi i półotwartymi w tłoku duże opory przepływu gazów między obiema częściami i i pogarszają wymianę ładunku); system chłodzenia silnika (intensywność wymiany ciepła między czynnikiem roboczym i ścianamikomory spalania oraz cylindrów i oddziaływania bezwładności cieplnej silnika wpływa pośrednio na sprawność napełnienia, czas nagrzewania ładunku zmniejszy się ze zwiększeniem prędkości obrotowej skraca się czas wymiany ciepła); pojemność skokowa cylindra ( im większa tym większa powierzchnia nagrzewana);

1. Proces sprężania i paramtery końca tego procesu oraz jego bilans cieplny.

Proces sprężania czynnika odbywa się w przybliżeniu według politropy. Równanie politropy ma postać: p*V^m1=const

gdzie: m1 - średni wykładnik politropy (przyjmowany od 1,32 do 1,37).

Przyczyny zmiany wykładnika politropy w poszczególnych odcinkach krzywej sprężania

są następujące:

- następuje ciągła wymiana ciepła między ściankami silnika a sprężonymi gazami, prędkość obrotowa silnika nie jest stała, występują nieszczelności między tłokiem a cylindrem.

Rozkład temperatury gazów w cylindrze

- na początku suwu sprężania: t1 = 70 - 130 ,

- w końcu suwu sprężania: t2 = 300 - 600 ,

Ciśnienie przy końcu suwu sprężania

Przyjmując powyższe założenie proces sprężania odbywa się według równania:

p₁*V^m1₁₂=p₂*V^m1₂=const

p₂=p₁*(V₁/V₂)^m1=p₁*(V_c/Vk)^m1

Z powyższej zależności wynika, że ciśnienie przy końcu suwu sprężania zależy od

ciśnieniana na początku suwu sprężania, od stopnia sprężania i wykładnika politropy.

Ciśnienie to na ogół wynosi:

- w silnikach z ZI p2 = 0,7 - 1,5 MPa.

- w silnikach z ZS p2 = 3 - 4,5 MPa.

Temperatura przy końcu suwu sprężania

Na podstawie równania politropy

T₁*V₁^m1-1=T₂*V₂^m1-1=const

Po przekształceniach jak w pkt 3 otrzymuje si

1. Proces tworzenia mieszanki palnej i rodzaje mieszanek palnych.

Proces tworzenia mieszanki palnej jest to wymieszania się reagentów zapewniając odpowiednią ilość kontaktów cząstek paliwa z tlenem, potrzebną do rozpoczęcia i rozwoju reakcji utleniania paliwa. Zupełność i całkowitość spalania oraz jego prędkość zależą od współczynnika nadmiaru powietrza, jednorodności mieszanki i jej prędkości oraz miejsca i czasu jej tworzenia w cylindrze. Jednorodna mieszanka palna- to mieszanka w której każdą cząstkę paliwa otacza jednakowa liczba cząstek tlenu, azotu i innych składników. Dwufazowa( heterogeniczna) mieszanka palna- to mieszaka, której składniki znajdują się w różnych stanach skupienia. Mieszanie się składników mieszanki zachodzi poprzez molekularną dyfuzję jednego gazu do drugiego poprzez umowną rozdzielającą je powierzchnię. W silnikach wewnętrznego spalania proces tworzenia się mieszanki palnej zachodzi w czasie 0,0005 – 0,06 sek. Intensyfikację procesu uzyskuje się przez wzrost temp. składników, zwiększenie powierzchni mieszania się np. przez podział strugi na oddzielne strumienie, czy też przez organizację turbulentnej dyfuzji towarzyszącej przejściu jednego ośrodka do drugiego. Zewnętrzny sposób tworzenia mieszanki palnej stosuje się w silnikach gazowych. Nie stosuje się w nich podgrzewania gazu palnego gdyż obniża to stopień napełnienia cylindra i może prowadzić do spalania detonacyjnego. Tworzenie mieszanki palnej w tych silnikach jest utrudnione różnym stanem składników.

1. Omówić wielkości charakteryzujące jakość rozpylonego paliwa oraz przebieg ciśnienia podczas wtrysku.

Budowa strugi paliwa zmienia się w sposób ciągły w czasie wtrysku. W miarę przemieszczania się kropel ich trajektorie odchylają się od osi strugi, ich ruch powoduje podsysanie powietrza do strugi paliwa. W czasie tworzenia się strugi może nastąpić samozapłon, co powoduje lokalne wydzielenie ciepła i tworzenie się wysokotemperaturowych produktów spalania o lokalnie podwyższonym ciśnieniu. Powoduje to zmiany i rozkład strumienia paliwa, przyspieszone ogrzanie i odparowanie kropel. Jakość rozpylenia paliwa określa średniostatystyczny wymiar kropli. Rozróżniamy: 1) średnioobjętościową średnicę kropli:

2) średni arytmetyczny stosunek objętości kropel do ich powierzchni:

Jeśli po przerwaniu wtrysku paliwa, spadek ciśnienia następuje szybko to tworzenie się kropel o dużej średnicy zachodzi wolno, jeśli spadek ten zachodzi wolno, to ilość kropel o dużej średnicy wzrasta, co powoduje powstawanie dymu w spalinach.

1. Zależność ciśnienia wtrysku od kąta obrotu wału korbowego oraz sposoby realizacji tego procesu.

2. Zdefiniować zawirowanie czynnika roboczego w cylindrze i jego zależność od czasu trwania wtrysku i typu stosowanego rozpylacza paliwa.

W celu poprawy rozkładu kropel objętości komory spalania stosuje się zawirowanie czynnika roboczego względem osi cylindra, które jest prostopadłe względem strug paliwa.

Zawirowanie uzyskuje się przez stosowanie specjalnego kształtu kanałów dolotowych a w przeszłości stosowano także przesłonki na zaworach, które obecnie nie są stosowane.

Intensywność zawirowania wyznaczamy za pomocą wzoru:; gdzie n₁- prędkość obrotowa wiru; n- prędkość obr. wału korbowego. Zawirowanie ładunku w zwartych komorach spalania: oznaczamy: okres trwania wtrysku paliwa; z- ilość strug paliwa. Kąt między strugami paliwa ψ jest: ψ=360/z; czas trwania wtrysku jest: ; gdzie n- predkość obr. wału korbowego; w tym czasie wir powinien obrócić się o kąt ψ, to znaczy:;

;

otrzymujemy końcowy wzór:

dla silników czterosuwowych H=8 – 18.

1. Rodzaje komór spalania w silnikach ZS

Komory spalania w silnikach o zapłonie samoczynnym:

- komory zwarte ( bezpośredni wtrysk paliwa),

- komory dzielone ( składające się z pomocniczej tzn. zasobnikowej, wirowej itp. Komory spalania i podstawowej ( nadtłocznej) komory spalania,

- półdzielone komory spalania.

Zwarte komory spalania

W przypadku stosowania zwartych komór spalania należy dążyć do objętościowego sposobu tworzenia mieszanki palnej. Współczynnik nadmiaru powietrza (λ) wynosi od 1,5 do 2,2 zaś ciśnienie wtrysku jest tutaj od 20 do 250 MPa.

Dzielone komory spalania

Komory te składają się z 2 wnęk tj. wnęki nadtłokowej i oddzielnej wnęki połączonej z komorą nadtłokową jednym lub kilkoma kanałami o niewielkim przekroju.

W czasie procesu sprężania zachodzi napełnianie świeżym powietrzem (ładunkiem) oddzielnych wnęk (komór), które połączone są z wnęką nadtłokową kanałami. Napełnianie to powoduje powstawanie we wnękach dużego zawirowania i turbulencji sprzyjających tworzeniu się mieszanki palnej. Jakość w ten sposób tworzonej mieszanki palnej mało zależy od ilości i prędkości wtryskiwanego paliwa.

Wadą tych komór jest zbyt wysoka ich temperatura nawet 1100K – mniej intensywne chłodzenie. Silniki z tymi komorami spalania dobrze pracują na różnych gatunkach paliwa i przy mniejszych wartościach λ oraz mniejszych wartościach ciśnienia wtrysku ponadto są one mniej czułe na zmianę warunków pracy silnika. Kuliste komory wirowe usytuowane są w głowicy i połączone z komorą nadtłokową z 1 do 3 kanałami cylindrycznymi. Zapewnia to realizację zorganizowanego wiru w komorze spalania, przez co praca silnika jest możliwa przy λ = 1,15 : 1,4. Prędkość przepływu w kanale dochodzi do 200 m/s a stopień zawirowania H = 20: 40. Komory te stosuje się w silnikach o średnicach cylindra D_c ≤ .

Półdzielone komory spalania

Komory te powstały w wyniku dążenia do poprawy procesu tworzenia mieszanki palnej i spalania oraz eliminacji wad dzielonych komór spalania.

Istotą tych komór jest opracowany przez Meyera przyścienny sposób tworzenia mieszanki palnej. Przy tym sposobie tworzenia mieszanki palnej 90 do 95% paliwa wtryskiwana jest pod niewielkim kątem na ścianki komory spalania zapewniając jego rozpływ. Wokół nagrzanej ścianki odbywa się zorganizowany ruch czynnika roboczego zapewniający intensywne odparowanie z warstwy przyściennej.

Samozapłon następuje w objętości cylindra na wskutek odparowywania par paliwa ze strug paliwa, gdzie temperatura ładunku jest wyższa od temperatury ścianki. Przy tym sposobie tworzenia mieszanki palnej spalania zachodzi w sposób zadawalający już przy λ = 1,3 i to dość w szerokim zakresie obciążeń i prędkości wału korbowego.

Wadą czystego przyściennego tworzenia mieszanki jest złożoność doskonalenia procesu roboczego, słabe zdolności rozruchowe silnika, duża toksyczność i zadymienie spalin szczególnie przy małych obciążeniach. W celu uniknięcia tych wad prowadzone są intensywne prace nad objętościowo przyściennym tworzeniem mieszanki palnej, przy którym na ściankę komory pada od 40 – 60 % paliwa.

1. Kąt opóźnienia samozapłonu i sposoby jego wyznaczania oraz temperatura samozapłonu.

Temperatura samozapłonu: jest to temperatura suma ilości ciepła odprowadzonego od ładunku do ścianek i ilość ciepła zużytego na odprowadzenie paliwa jest równa ilości wydzielonego się ciepła. Po osiągnięciu tej temperatury następuje spalanie, a więc szybki wzrost temperatury i ciśnienia.

Kąt opóźnienia samozapłonu

Wartość tego kąta zależy od fizykochemicznych własności paliwa i warunków towarzyszących procesom utleniającym. Pomiaru tej wartości można dokonać metodą chemiczną, metodami optycznymi i metodą jonową. A.A. Sokolik przedstawił dwie hipotezy wystąpienia samozapłonu:

1. niskotemperaturowy wielostadyjny samozapłon;

2. wysokotemperaturowy samozapłon jednostadyjny.

Ad.1

Według hipotezy pierwszej w komorze spalania zachodzą przedpłomienne utleniające procesy tworzenia się przejściowych produktów reakcji. Wydzielające się przy tym ciepło jest za małe, aby nastąpiło szybkie przyspieszenie reakcji utleniania i reakcja ta ma wielostadyjny charakter. W czasie tego procesu w komorze spalania powstają tzw. ,,zimne” płomienie o barwie błękitnej. Temperatura wynosi 440-670K i jest praktycznie stała. W drugim okresie pojawia się intensywne świecenie i gromadzi się więcej radykałów tak, że w końcu tego procesu rozpoczyna się proces spalania. Wzrost temperatury powoduje zmniejszenie się okresu 1 oraz zwiększenie okresu 2. Drobność rozpylenia paliwa mało wpływa na czas trwania okresu opóźnienia samozapłonu oraz liczbę tworzących się ognisk spalania. Zwiększenie kąta wyprzedzenia wtrysku powoduje zwiększenie okresu opóźnienia samozapłonu. Intensyfikacja turbulentności ładunku powoduje również zwiększenie okresu opóźnienia samozapłonu na skutek obniżenia temperatury i koncentracji par paliwa.

Ad.2

Samozapłon wysokotemperaturowy jednostadyjny następuje przy T=800-1200 K i ma charakter ciągłych (samoprzyspieszających się) reakcji. Przy T=10000 K tworzy się niewielkiej objętości ognisko spalania, w którym proces nagrzewania, rozpadu i jonizacji cząsteczek paliwa i utleniacza przebiega bardzo szybko poprzez stan plazmy w czasie (1-2)10^-5s. Zjawisko to jest możliwe w homogenicznej mieszance jednorodnej. Na wykresie indykatorowym następuje oderwanie linii ciśnienia od linii procesu sprężania, którą otrzymuje się przy braku zapłonu. Doświadczalnie ustalono, że okres opóźnienia samozapłonu zależy od rodzaju paliwa, składu mieszanki palnej, temperatury i ciśnienia mieszaniny w końcu procesu sprężania oraz mocy ewentualnego wyładowania elektrycznego na świecy.

Im niższa jest temperatura samozapłonu paliwa, tym krótszy jest okres opóźnienia samozapłonu. Wzbogacenie mieszaki palnej do λ=0,4÷0,6 oraz wzrost temperatury i ciśnienia powoduje też skrócenie

1. Wpływ zakłóceń procesu spalania na wskaźniki pracy silnika.

Zakłócenia normalnego procesu spalania – oddziaływają one na moc i zużycie paliwa, hałas, toksyczność spalin oraz niezawodność i trwałość silnika.

Do zakłóceń zaburzających proces spalania należą:

1,przerwy zapłonu w cylindrach. Przyczyną tego mogą być: zbyt duże zubożenie mieszanki, zbyt mała moc iskry i wówczas utrudniony jest rozruch silnika, a ponadto silnik nie rozwija pełnej mocy;

2,występowanie zapłonu w układzie dolotowym. Spowodowane to może być małą prędkością spalania w cylindrach, zbyt dużym okresem współotwarcia zaworów (strzelanie w gazie);

3,przedwczesny samozapłon pojawiający się przed przeskokiem iskry. Powodują go lokalnie nagrzane powierzchnie komory spalania, zaworu wylotowego, świecy zapłonowej, elementów głowicy cylindra lub tłoka, nagar itp.;

4,detonacja. Jest to złożony cieplno-chemiczny proces zachodzący w cylindrze silnika. Objawami są metaliczne stuki w cylindrach, spadek mocy silnika, wzrost temperatury części silnika oraz czarny dym. Na wykresie indykatorowym podczas detonacji występują ostre piki ciśnienia. Detonację powodować mogą:

- wzbogacenie mieszanki palnej (λ=0,9);

- duży stopień sprężania;

- duże obciążenie silnika;

- zmniejszenie prędkości obrotowej wału korbowego;

- zbyt duży kąt wyprzedzenia zapłonu;

- zbyt wysokie temperatury i ciśnienia na dolocie do cylindra;

- przegrzanie ścianek komory spalania;

- zwiększenie wymiarów cylindra;

- prędkość rozprzestrzeniania się fali uderzeniowej powodującej stuki w cylindrach. Dochodzi do 1000-2300 m/s;

5,zapłony w układzie wylotowym (strzelanie w rurę wydechową) – występowanie samozapłonu w układzie wydechowym.

1. Analiza wykresu indykatorowego silnika o zapłonie wymuszonym (iskrowym).

Proces spalania w silniku ZI.

Proces spalania w silniku ZI dzielimy na trzy fazy:- tworzenie początkowych ognisk płomienia,-fazy szybkiego spalania i fazy dopalenia.

Faza I obejmuje tworzenie początkowego ogniska płomienia od iskry i rozwinięcie turbulentnego frontu płomienia. Czas trwania liczony jest od chwili zapłonu pkt.1 do chwili szybkiego wzrostu ciśnienia pkt.2. faza II - jest to faza podstawowa (szybkiego spalania). Trwa do osiągnięcia max ciśnienia pkt.3 lub maksymalnej temperatury pkt.4. faza III- to faza dopalenia. Zaczyna się w chwili maksymalnego ciśnienia pkt.3(4), kończy z zakończeniem spalania- pkt.5. W okresie tym zachodzi dopalanie produktów niezupełnego spalania za frontem płomienia, w warunkach przyspieszonych w przestrzeni między tłokiem a głowicą cylindra. Jako kryterium zakończenia spalania można przyjąć warunek, któremu odpowiada równość prędkości wydzielania ciepła i prędkości oddawania ciepła do ścianek. Silnik rozwija największą moc i zużywa najmniej paliwa jeśli P_max występuje od 12—15^o owk za GMP, zaś początek szybkiego narastania ciśnienia występuje 12—15^o owk przed GMP. Spalanie normalne (bez detonacji) jednorodnej mieszanki gwarantuje względnie niedużą prędkość narastania ciśnienia (mniej niż 0,2 MPa /1^o owk), dlatego też poziom hałasu silników ZI jest niewielki 70—82 dB.

1. Analiza wykresu indykatorowego silnika o zapłonie samoczynnym.

Proces spalania w ZS:- można umownie podzielić na 4-fazy.I-opóźnienie samozapłonu,I I-szybkie spalanie, III-spalanie przy prawie stałym ciśnieniu, IV-dopalanie.

Faza I- trwa ona od początku wtrysku(początek wzniosu iglicy rozpylacza) pkt.1 do chwili oderwania linii ciśnienia od linii ciśnienia sprężania bez wystąpienia wtrysku paliwa. faza II – tzw. Faza szybkiego spalania. Podczas jej trwania spala się większa część paliwa wtryśniętego w okresie opóźnienia samozapłonu oraz część paliwa wtryśniętego w fazie drugiej. Wtrysk paliwa kończy się w tej fazie. Faza III- w tej fazie spalanie zachodzi przy prawie stałym ciśnieniu lub nieco mniejszym. Jej początek zaczyna się w punkcie maksymalnego ciśnienia, a koniec odpowiada punktowi maksymalnej temperatury 4. Faza IV- faza dopalania paliwa i produktów niezupełnego spalania. Przygotowanie mieszanki palnej w tej fazie zachodzi zgodnie z prawami dyfuzji par paliwa i powietrza. Spalanie kończy się w pkt 5.

Maksymalną wartość mocy i sprawności silnik osiąga jeśli P_max na wykresie indykatorowym występuje 10-15^o owk za GMP. Przez regulację kąta wyprzedzenia wtrysku paliwa można wpłynąć na postać wykresu indykatorowego i położenie P_max, np. po to aby uzyskać optymalną wartość tego kąta względem mocy i ekonomiczności silnika.

Prędkość narastania ciśnienia przy spalaniu w silniku ZS jest większa niż w ZI. Wynosi ona 0,3 – 0,6 MPa/1^o owk jednak w silnikach szybkoobrotowych dochodzi do 1,5 MPa/1^o owk i więcej. Od prędkości narastania ciśnienia zależy poziom hałasu emitowanego przez silnik. W silnikach doładowanych ciśnienie i temperatura w końcu sprężania są tym wyższe im wyższe jest ciśnienie doładowania. Odpowiednio skraca się okres opóźnienia samozapłonu i zmniejsza się prędkość narastania ciśnienia.

1. Charakterystyka wydzielania ciepła.

Od charakterystyki wydzielania ciepła zależy termodynamiczna efektywność i sprawność obiegu. Pozwala ona ocenić i doskonalić proces spalania. Określa się ją metodą obliczeniowo-eksperymentalną z wykorzystaniem I zasady termodynamiki przy założeniu, że proces spalania można rozpatrywać jako odwracalny proces termodynamiczny(II zasada termodynamiki określa proces od strony jakościowej) przy tych założeniach:

dQ=dU+ pdV . całkowanie tego równania wymaga zapisu ciśnienia lub temperatury w cylindrze w czasie badań, określenie masy i składu mieszaniny gazów, która ciągle się zmienia w czasie procesu spalania. Po tym scałkowaniu względna charakterystyka wykorzystania ciepła jest:lub lub

1. Toksyczne składniki spalin i sposoby ich wyznaczania.

W spalinach występuja trzy podstawowe grupy substancji toksycznych gazowych oraz szkodliwe cząstki stałe:

- produkty niezupełnego i niecałkowitego spalania oraz rozkładu węglowodorów paliwa: tlenek węgla CO, węglowodory o różnym składzie oznaczone symbolem CH, aldehydy, i inne zw. Organiczne,

- produkty utleniania azotu- NOx,

-produkty spalania zanieczyszczeń lub domieszek dodawanych do paliwa SO2 i wiele innych. Do substancji stałych należą sadza, związki ołowiu, cząstki osadów ze ścian komory spalania.

1. Warunki pracy tłokowych silników spalinowych i rodzaje ich charakterystyk.

Silnik wew. spalania powinien pracować w szerokim zakresie zmian mocy(moment obrotowy) i prędkości wału korbowego. Zakres ten ograniczają mechaniczne i cieplne naprężenia w częściach silnika, warunki przebiegu roboczego silnika oraz warunki zapewniającyce właściwą pracę sprężarki i turbiny gazowej itp. Obszar ten ograniczony jest minimalną i maksymalną prędkością obrotową, osią odciętych i krzywą zmiany mocy(momentu) w zależności od prędkości obrotowej wału korbowego silnika. Dysponując takimi charakterystykami możemy określić warunki pracy silnika, które mogą być ustalonymi lub nieustalonymi.

Warunki ustalone: występują wtedy gdy moc rozwijana przez silnik i moc odbierana przez odbiornik są sobie równe. Jeżeli równowaga ta jest naruszona pojawia się wówczas niedobór lub nadmiar mocy, co powoduje zmianę prędkości obrotowej i energii kinetycznej układu.

Charakterystyki silnika pozwalają ocenić możliwość jego wykorzystania do pracy z danym odbiornikiem. Wśród charakterystyk możemy wyróżnić takie jak: prędkościowa ( zewnętrzna, częściowa, mocy maksymalnej, regulatorowa, granicy dymienia, ekonomiczna, wysokościowa, biegu luzem). Prędkościowa jest podstawową charakterystyką silnika, regulacyjna, obciążeniowa, regulatorowa, ogólna(uniwersalna), toksyczności.

1. Charakterystyki prędkościowe, obciążeniowe i regulacyjne silników spalinowych.

Wyznaczanie charakterystyki prędkościowej zewnętrznej (bezwzględnej)- przedstawia zależność możliwej mocy maksymalnej silnika przy danej prędkości obrotowej. Na jej wykresie często nanosi się krzywe zmiany średniego ciśnienia efektywnego lub momentu obrotowego i wskaźniki ekonomiczności(jednostkowe zużycie paliwa, sprawność silnika, godzinowe zużycie paliwa itp.) silnika. .

Charakterystyka granicy dymienia: polega ona na ustaleniu przy każdej prędkości obrotowej optymalny kąt wyprzedzenia wtrysku, aby zaciemnienie spalin spowodowane niezupełnym spalaniem paliwa było równe pewnej umownej wartości. Sporządza się ją tylko dla silników z zapłonem samoczynnym.

Charakterystyka częściowa: przedstawia zależność mocy efektywnej od pr. wału korbowego przy różnych stałych położeniach organu sterowania. Sporządza się ją przy eksploatacyjnej regulacji gaźnika, przy częściowym otwarciu przepustnicy gazu.

Charakterystyka mocy maksymalnej: Sporządza się ją przy takiej regulacji składu mieszanki oraz kąta wyprzedzenia zapłonu(wtrysku) zapewniających największą moc silnika.

Charakterystyka wysokościowa: uwzględnia ona wysokość położenia silnika nad poziom morza. Moc silnika wraz ze wzrostem wysokości maleje co jest wynikiem spadku gęstości powietrza.

Charakterystyka biegu luzem: stanowi ona jedną funkcję G=f(n), sporządzanie jej umożliwia uzyskanie najekonomiczniejszej regulacji z zachowaniem statecznej pracy silnika.

Charakterystyka ekonomiczna: polega ona regulacji pompy wtryskowej zapewniając jednostkowe zużycie paliwa, pociąga to za sobą zmniejszenie mocy do poziomu 0,6 do 0,8 mocy uzyskanej przy prawidłowym spalaniu i na ogół nieznacznie zwiększonym jed. zużyciem paliwa. Ma ona znaczenie tylko teoretyczne i sporządza się ja tylko dla ZS.

Wyznaczanie charakterystyki obciążeniowej: charakterystyka obciążeniowa jest to zależność wskaźników pracy silnika od jednego z parametrów oceniających obciążenie silnika, przy stałej prędkości obrotowej. Przy ich sporządzaniu można wykorzystywać stosunek absolutnych wartości parametrów do odpowiednich ich wartości przy warunkach nominalnych-wartości bezwymiarowe. Na osi rzędnych można nanosić: jedn. i godzinowe zużycie paliwa, sprawność indykowaną i efektywną, sprawność mechaniczną, oraz krzywe charakteryzujące pracę agregatów doładowujących jak sprawność sprężarki itp. Przy zdejmowaniu charakterystyki obciążeniowej z silników gaźnikowych zwiększa się lub zmniejsza ilość dostarczonej do cylindra mieszanki palnej. Przebieg jej sporządzania przebiega następująco: ustalamy wartość obciążenia dla których zostaną wykonane pomiary, ustalamy przy zerowym obciążeniu silnika prędkość obrotową, przy której będziemy sporządzać charakterystykę, po czym zwiększa się otwarcie przepustnicy lub wielkość dawki wtryskiwanego paliwa wskutek czego prędkość obr. wzrasta. Doprowadzamy ja do założonej wartości za pomocą hamulca. Uzyskana przy tym wartość powinna być zbliżona do założonej. Po doczytaniu wskazań przyrządów pomiarowych powtarza się opisane czynności uzyskując kolejne punkty charakterystyki.

Wyznaczanie charakterystyki regulatorowej: regulatory stosowane w silnikach mogą być: jedno zakresowe, dwuzakresowe i wielozakresowe. Jednozakresowe stosuje się gdy należy ograniczyć max. prędkość obrotową. Jeśli oprócz tego należy zapewnić stabilną prace przy małych prędkościach obrotowych, to stosuje się dwuzakresowy. Regulatory wielozakresowe stosuje się do automatycznej regulacji prędkości obrotowej w całym zakresie pr. obrotowej. Charakterystyka regulatorowa przedstawia zależność podstawowych wskaźników pracy silnika od prędkości obrotowej przy różnych nastawieniach regulatora. Ponieważ przebieg momentu obrotowego w zakresie działania regulatora jest zbliżony do linii prostej, przeprowadza się pomiary tylko dla zerowej i największej wartości momentu obrotowego. Na wykresie łączy się punkty odpowiadające uzyskanym wartościom za pomocą linii prostych

1. Kinematyka mechanizmu tłokowo-korbowodowego silnika spalinowego.

Schemat i omówienie kinematyki układu tłokowo – korbowego

Przemieszczenie tłoka:

Prędkość tłoka:

Średnia prędkość tłoka:

Przyśpieszenie tłoka otrzymujemy różniczkując prędkość tłoka względem t:

1. Siły obciążające w mechanizmie tłokowo korbowym silnika spalinowego

Konstrukcja silnika obciążona jest:

• siłami gazowymi powstającymi w wyniku procesów termodynamicznych zachodzących w cylindrze silnika gdzie: ;

Pb - ciśnienie bezwzględne w cylindrze, Po – ciśnienie otoczenia.

Ze względu na małe wartości sił w procesach napełnienia i wyloty siły te w tych fazach można pominąć.

Siłę gazową Pg możemy rozłożyć na siłę działającą wzdłuż osi cylindra – siła normalna N i siłę obieraną wzdłuż osi korbowodu S.

Siła N służy do obliczeń nośnej długości tłoka. Siłę S możemy rozłożyć na siłę styczną T – prostopadłą do osi ramienia korbowodu i siłę promieniową K – skierowaną wzdłuż osi ramienia wykorbienia.

*siłami bezwładności powstającymi na skutek istnienia przyśpieszeń mas poruszających się ruchem postępowo zwrotnymi obrotowym gdzie: m – masa danej części

Siły te są zawsze skierowane przeciwnie do przyśpieszenia

*gradientami temperatury wywołującymi naprężenia cieplne związane z odkształceniem cieplnym materiału. Obciążenia te wywołują strumienie ciepła przepływające przez ścianki otaczające komorę spalania. Naprężenie wywołane obciążeniem cieplnym zależą od wartości temperatury, jej gradientów oraz od własności odkształceń cieplnych materiału