Artur Wojtala Grupa: 1b

Studia: stacjonarne I stopnia

Specjalność: Samochody i silniki

Rok III / sem. 7

Rok akad. 2014/2015

EKSPLOATACJA SILNIKÓW SPALINOWYCH

Temat: Pomiar współczynnika napełnienia cylindra.

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z zasadą pomiaru współczynnika napełnienia cylindra oraz przedstawienie jego przebiegu na wykresach w różnych stanach pracy silnika.

1. Wstęp teoretyczny.

Współczynnik napełnienia cylindra to jeden z najważniejszych wskaźników procesu napełnienia w silniku. Z definicji jest to stosunek ilości świeżego ładunku zamkniętego w cylindrze do ilości (masy) świeżego ładunku odpowiadającemu objętości skokowej silnika przy parametrach (ciśnieniu, temperaturze i gęstości) w kanale dolotowym tuż przed zaworem:

$$\eta_{v} = \frac{m_{r}}{m_{t}}$$

Gdzie: m_r – masa rzeczywistego ładunku

m_t – masa teoretyczna ładunku

Współczynnik ten informuje więc o zdolności zassania przez silnik ładunku do procesu spalania. Jego duże znaczenie wynika bezpośrednio z fizykochemii spalania – ilość paliwa, jaką możemy spalić w silniku (zwłaszcza w ZI) zależy niemalże proporcjonalnie do ilości powietrza (od ilości tlenu, który jest utleniaczem procesu). Ilość spalonego paliwa wpływa na p_e, które z kolei jest składnikiem wzoru na moc silnika. Widać stąd wyraźnie, że współczynnik η_v w sposób znaczny wpływa na rozwijaną moc.

Czynniki wpływające na sprawność napełnienia to:

- układ rozrządu i jego charakterystyka (czasy otwarcia i zamknięcia zaworów, zarys krzywki);

- geometria układu dolotowego;

- obecność lub nie układu wtryskowego w kanale dolotowym;

- prędkość obrotowa i obciążenie silnika;

- współczynnik resztek spalin;

- parametry termodynamiczne świeżego ładunku (p, T);

- temperatura silnika, a w szczególności układu dolotowego;

- spadek ciśnienia (dławienia) na filtrze powietrza;

- sprawność układu wylotowego;

- parametry termodynamiczne gazów pozostałych w cylindrze.

1. Przebieg ćwiczenia i wyniki pomiarów.

Przedmiotem badań był wolnossący silnik ZI o pojemności skokowej 903 cm³, czterocylindrowy, dwa zawory na cylinder. Rzeczywisty strumień masowy odczytywaliśmy z przepływomierza. Pomiary wykonaliśmy w trzech położeniach przepustnicy 22,5⁰ , 17⁰ i 90⁰.

T= 18⁰C;

p= 970 hPa

Uchylenie przepustnicy 22,5⁰

n	Mo	Przepływ
obr/min	Nm	kg/h
1250	43,9	24,7
1503	41,2	27,69
1750	38,5	30,03
2003	35,2	31,91
2249	31,8	33,34
2501	28,3	34,3
2755	25,1	33,04
3002	22	35,58
3254	19,1	35,78
3502	16,5	36,05
3756	13,7	36,3
4007	11,7	36,55
4254	9,3	36,7
4504	6,6	36,81
4748	4,6	37
5018	3,3	37,05

Uchylenie przepustnicy 17⁰

n	Mo	Przepływ
obr/min	Nm	kg/h
3950	0	24,85
3740	3	24,81
3500	5,5	24,65
3250	7,6	24,61
3000	10,1	24,4
2750	12,9	24,3
2500	15,6	24,09
2250	18,8	23,75
2000	22,4	23,45
1750	26,3	22,83
1500	30,3	21,7
1250	34,5	20,15

Uchylenie przepustnicy 90⁰

n	Mo	Przepływ
obr/min	Nm	kg/h
1508	55,7	35,57
1750	56,8	42
2000	57,5	48,1
2250	57,8	53,6
2500	57,5	59
2750	57,9	65,8
3000	59	73,6
3250	59	80,4
3500	58,2	85,75
3750	56,5	90,1
4000	54,8	94,35
4250	52,6	97,35

1. Obliczenia

Dla 1250 obr/min (20,83obr/s) przy uchyleniu przepustnicy 22,5⁰

p = 970 hPa = 97 000 Pa

T = 18⁰C = 291,15 K

R = 287,05 $\frac{J}{kg*K}$

V = 903 cm³ = 0,000903 m³

τ = 2

m_r = 24,7 kg/h = 0,00686 kg/s

$$\eta_{v} = \frac{\dot{m_{r}}}{\dot{m_{t}}}$$

$$\rho = \frac{p}{R*T} = \frac{97000}{287,05*291,15} = 1,161\ kg/m^{3}\ $$

$$\dot{m_{t}} = \frac{V_{\text{ss}}*n*\rho}{\tau} = \frac{0,000903*20,83*1,161}{2} = 0,011\ kg/s$$

$$\eta_{v} = \frac{0,00686}{0,011} = 0,62$$

1. Wykresy

Prędkościowy

Obciążeniowy

1. Wnioski:

- przebieg współczynnika napełnienia ma taki sam wygląd jak wykres przebiegu momentu obrotowego ale tylko podczas pełnego otwarcia przepustnicy i tylko w silniku ZI;

- na charakterystyce prędkościowej widzimy nieliniową zmianę wartości współczynnika z maksimum w okolicach maksymalnego momentu obrotowego silnika. Wynika to z tego ze η_v w znaczny sposób wpływa na przebieg p_e i M_o silnika;

- przy niecałkowitym otwarciu przepustnicy współczynnik napełnienia maleje wraz ze wzrostem prędkości obrotowej;

- przy maksymalnym otwarciu przepustnicy współczynnik jest na najwyższym poziomie, co spowodowane jest najmniejszymi oporami tarcia powietrza o przepustnice podczas przepływu;

- im mniejszy jest kąt otwarcie przepustnicy tym η_v jest mniejsze przy tych samych obrotach silnika;

- wraz ze wzrostem momentu obrotowego silnika rośnie także η_v,  czyli zwiększa się sprawność silnika;