Charakterystyki silników

49. Narysuj prędkościową charakterystykę zewnętrzną silnika ZS (pełnej mocy).

Przykładowa charakterystyka zewnętrzna silnika

50. W jaki sposób przeprowadza się pomiar mocy silnika zabudowanego w ciągniku rolniczym?

Skrócona instrukcja wyznaczania charakterystyki zewnętrznej silnika

• Podczas pomiaru urządzenie sterujące dawką paliwa powinno znajdować się w położeniu odpowiadającym dawce maksymalnej

• Prędkość obrotową odpowiednią dla poszczególnych punktów pomiarowych ustala się zmieniając obciążenie na hamulcu

• W celu wyeliminowania wpływu oporów hamulca i układu mierzącego siłę pomiary należy przeprowadzić dwukrotnie, raz dla zmniejszającej się prędkości obrotowej i powtórnie dla wzrastającej prędkości obrotowej

• Uzyskane wyniki po uśrednieniu zanotować w tabeli pomiarowej

nh	ns	Neh	Nes	Mo	Gev	Ge	ge
[obr/min]	[obr/min]	[kW]	[kW]	[Mm]	[dm^3/h]	[kg/h]	[g/kWh]

• Przeliczenia przeprowadzić według poniższych zależności:

- prędkość obrotowa silnika

[obr/min]

i_k=1,61- przełożenie kinematyczne pomiędzy silnikiem a WOM dla prędkości zależnej i biegu 5.

- moc efektywna silnika

- sprawność mechaniczna układu napędowego WOM

- moment obrotowy silnika

- godzinowe zużycie paliwa

- gęstość oleju napędowego

- jednostkowe zużycie paliwa

• Na podstawie uzyskanych wyników porządzić wykres charakterystyki zewnętrznej silnika

Pozostałe oznaczenia

n_s – prędkość obrotowa silnika

n_h – prędkość obrotowa wału hamulca

G_ev – objętościowe godzinowe zużycie paliwa

Układ smarowania

51. W jakim celu w układzie smarowania silnika stosuje się zawór redukcyjny (przelewowy)?

• Jego zadaniem jest utrzymywanie stałego ciśnienia , niezależnie od gęstości oleju i stopnia zużycia łożysk. Sprężyna zaworu jest wyregulowana na ciśnienie od 0,3 – 0,5 MPa tj. na takie jakie panuje w magistrali olejowej . Najczęściej zawór przelewowy jest wykonany jako kulkowy. Ponadto zawór przelewowy zabezpiecza układ smarowania przed ewentualnymi uszkodzeniami wskutek nadmiernego wzrostu ciśnienia.

52. W filtrze pełnego przepływu zabudowany jest zawór przelewowy którego celem jest:

• udrożnić przepływ oleju w silniku gdy opory przepływu przez filtr są zbyt duże i istnieje niebezpieczeństwo niedostatecznego smarowania współpracujących ze sobą części.

53. Jakie pompy stosowane są w układach smarowania silników?

1. zazębieniu zewnętrznym

2. zazębieniu wewnętrznym

54. Wyjaśnij pojęcia:

• filtr pełnego przepływu- filtry oleju w których cały strumień środka smarnego tłoczonego przez pompę przepływa przez filtr. Wewnątrz filtra jest papierowy (celulozowy , syntetyczny) element filtrujący na który trafia olej tłoczony pod ciśnieniem. Konstruowanie filtrów jest dość trudne ponieważ przy przebiegu 15.000 (km) olej jest filtrowany ponad 40.000 razy. Także wysoka temperatura pracy oleju dochodząca do 120 stopni Celsjusza , zmienna lepkość , duże wartości natężenia przepływu , wysokie ciśnienie robocze oraz zmienny rodzaj zanieczyszczeń. Głównym zadaniem filtru oleju jest ciągłe usuwanie stałych cząstek mineralnych gromadzących się w oleju smarującym  z powodu zanieczyszczeń podczas eksploatacji

• filtr bocznikowy- wbudowany jest w układ równolegle i przepływa przez niego ok. 10% oleju, który oczyszczony powraca do miski olejowej. W takim układzie filtr pełnego przepływu jest filtrem o średniej dokładności oczyszczania, natomiast filtr bocznikowy jest filtrem dokładnym. Jako filtry bocznikowe w systemie olejowym często stosuje się wirówki, w których zanieczyszczenia separowane są z oleju w polu sił odśrodkowych. Stosuje się także filtry z przegrodą wykonana ze specjalnych włóknin lub bibuł filtracyjnych. Cechą charakterystyczną filtrów bocznikowych z przegrodą jest to, że w czasie eksploatacji ilość filtrowanego oleju zmniejsza się gdyż w miarę blokowania się przegrody filtracyjnej rosną opory przepływu. W niektórych silnikach, w których funkcjonuje szeregowo-bocznikowy system oleju wykorzystuje się filtry puszkowe z dwoma wkładami filtracyjnymi - pełnego przepływu oraz bocznikowym. Takie "zintegrowane" filtry zajmują mniej miejsca, a wymiana jest znacznie krótsza. Wewnątrz takiego filtra następuje rozdzielenie strumienia oleju na główny, kierowany dalej do silnika oraz bocznikowy, który po dokładnym oczyszczeniu trafia z powrotem do miski olejowej.

Układ chłodzenia

55. Zadaniem termostatu w układzie chłodzenia silnika jest:

• Utrzymanie temperatury ok. 95^O mierzonej w głowicy silnika, realizowane jest to przez dwa zawory: dolny odpowiedzialny za „mały obieg” i górny za „duży obieg”.

56. W jakim celu stosowane są nadciśnieniowe układy chłodzenia?

• utrzymują temperaturę chłodziwa powyżej 100°C bez dopuszczania do wrzenia, co mogłoby spowodować niebezpieczną kawitację na wirniku

57. Z jakiego powodu układów chłodzenia nowoczesnych silników nie wolno napełniać wodą („kranówką”)?

• może doprowadzić do kompletnej korozji części metalowych pompy. Z kolei obecne w chłodziwie cząstki stałe (np. okruchy rdzy) uszkadzają mechanicznie uszczelki wałów

Pompy wtryskowe

58. W tłoczkowej sekcji tłoczącej regulacja dawki paliwa przeprowadzana jest za pomocą:

• przez przekręcenie tłoczka w cylinderku za pomocą listwy zębatej. Obrót główki tłoczka w cylinderku przy niezmiennym skoku tłoczka daje możliwość uzyskania różnych dawek paliwa

59. Co wymusza konieczność stosowania regulatorów prędkości obrotowej w pompach wtryskowych

• utrzymywanie stałej prędkości obrotowej pomimo zmieniającego się obciążenia silnika

Działanie regulatora jest oparte na sile odśrodkowej. Wirujące ciężarki regulatora w czasie pracy silnika ulegają sile odśrodkowej i rozchylają się. Przy pomocy układu dźwigniowego odbywa się przemieszczenie listwy zębatej pompy wtryskowej i rotacja tłoczków w kierunku malejącego podawania paliwa. Prędkość obrotowa maleje, a co za tym idzie, maleje siła odśrodkowa oddziałująca na ciężarki regulatora. Sprężynki pokonują siłę odśrodkową i ściągają ciężarki do środka, przesuwając z powrotem listwę zębatą pompy i powiększając dawkę paliwa. Tym sposobem regulator oscyluje w przybliżeniu wokół zadanej prędkości obrotowej silnika. Obszar rozwijanych prędkości obrotowych nowoczesnych silników uzależniony jest od położenia dźwigni lub pedału gazu, przez które ustawia się początkowe napięcie sprężyn regulatora.

60. Zmienność dawki, tłoczonej przez sekcje pompy wtryskowej, wywołana zmianami prędkości obrotowej silnika powinna być:

????

Doładowanie silników

61. W jakim celu stosuje się doładowanie silników?

• zwiększenie momentu obrotowego,

• zwiększenie mocy,

• uniezależnienie się od zmian ciśnienia i gęstości powietrza, które  mogłyby wpłynąć na zmianę mocy silnika

• większą sprawność mechaniczną (tylko przy turbodoładowaniu) ze względu na niższy stosunek ciśnienia maksymalnego do średniego ci­śnienia użytecznego 

• mniejszą hałaśliwość pracy

62. Wymień znane systemy doładowania?

• Doładowanie bezsprężarkowe, znane także pod pojęciem doładowania dy­namicznego prowadzi do zwiększenia gęstości ładunku doprowadzonego do cylindrów silnika dzięki wykorzystaniu zjawisk falowych w układzie do­lotowym, tj. bez zastosowania dodatkowych urządzeń pomocniczych, a je­dynie przez odpowiednią konstrukcję przewodów dolotowych.

• Doładowanie sprężarkowe obejmuje rozwiązania, w których zwiększenie gęstości ładunku jest uzyskiwane przez wstępne jego sprężanie w dodat­kowym urządzeniu doładowującym (sprężarce). Zakres możliwego zwiększenia ciśnienia ładunku (i gęstości) jest znaczny i zależy od zastosowanego systemu i stopnia doładowania.

• Doładowanie mechaniczne występuje wtedy, gdy urządzenie doładowujące (sprężarka) jest napędzane od wału korbowego silnika za pośrednictwem przekładni mechanicznej.

• Turbodoładowanie różni się od doładowania mechanicznego tym, że sprę­żarka jest napędzana przez turbinę gazową, umieszczoną w układzie wy­lotowym silnika i zasilaną gazami spalinowymi. Turbina i sprężarka są umieszczone we wspólnej obudowie i połączone wspólnym wałem.

Ze względu na bezpośrednie połączenie sprężarki z wałem korbo­wym, silniki doładowane mechanicznie wykazują szybsze reakcje na duże zmiany obciążenia wywołane gwałtowną zmianą nastaw urządzeń zasila­jących niż silniki z turbodoładowaniem. Jednak napęd sprężarki pochłania znaczną część energii wytwarzanej przez silnik (ok. 6 ... 10%) zmniejszając sprawność ogólną obiegu. Ogranicza to zastosowanie doładowania mecha­nicznego do niewielkich stopni doładowania i małych silników szybkoobro­towych. Małe wartości sprawności sprężania oraz zawodność stosowanych sprężarek znacznie opóźniły seryjne zastosowanie tego systemu?

Turbodoładowanie umożliwia wykorzystanie części energii gazów .spalinowych, zwiększając sprawność ogólną obiegu silnika . Ze względu na zależność energii zamienianej na pracę w turbinie od temperatury spa­lin, silniki turbodoładowane mają dobrą zdolność dostosowywania się de zmian warunków otoczenia i obciążenia (jeżeli zmiany są dostatecznie wol­ne), mają one więc pewne zdolności „samoregulacyjne". Jednak bez zasto­sowania dodatkowych urządzeń regulacyjnych, system taki wykazuje opóź­nioną reakcję na nagłe, duże zmiany obciążenia, szczególnie w zakresie ma­łych prędkości obrotowych silnika. Właściwość ta przez długi czas

ograni­czała zastosowanie turbodoładowania do dużych silników wolno- i średnio-obrotowych oraz do silników o ZS przeznaczonych do dużych samochodów ciężarowych (tzw. ciężkiej trakcji drogowej).

• Doładowanie kombinowane stanowi połączenie turbodoładowania i doładowania dynamicznego.

Niekonwencjonalne systemy doładowania obejmują grupę rozwiązań nie dających się bezpośrednio zaszeregować do systemów wspomnianych po­wyżej. W doładowaniu sprzężonym oprócz turbosprężarki jest stosowana dodatkowa sprężarka napędzana od wału korbowego lub dodatkowa turbi­na gazowa, tzw. turbina mocy. Turbina ta połączona jest z wałem odbioru mocy; może to być wał korbowy silnika lub niezależny wał napędowy. W systemie Comprex wykorzystywane są zasady doładowania dynamicz­nego, a wirnik jest napędzany mechanicznie od wału korbowego.

W systemie Hyperbar będącym modyfikacją turbodoładowania za­stosowano dodatkową, otwartą komorę spalania umieszczoną w układzie wymiany ładunku. Mianem doładowania z obcego źródła zostały określone rozwiązania, w których- sprężarka jest napędzana niezależnym silnikiem.

Porównanie przebiegu momentu obrotowego uzyskanego w niektó­rych wymienionych systemach doładowania z przebiegiem momentu silni­ka wolnossącego przedstawia rysunek.

63. Który z systemów doładowania jest najpowszechniej stosowany i z jakiego powodu?

• Turbodoładowanie różni się od doładowania mechanicznego tym, że sprę­żarka jest napędzana przez turbinę gazową, umieszczoną w układzie wy­lotowym silnika i zasilaną gazami spalinowymi. Turbina i sprężarka są umieszczone we wspólnej obudowie i połączone wspólnym wałem. Turbodoładowanie umożliwia wykorzystanie części energii gazów .spalinowych, zwiększając sprawność ogólną obiegu silnika . Ze względu na zależność energii zamienianej na pracę w turbinie od temperatury spa­lin, silniki turbodoładowane mają dobrą zdolność dostosowywania się de zmian warunków otoczenia i obciążenia (jeżeli zmiany są dostatecznie wol­ne), mają one więc pewne zdolności „samoregulacyjne".

64. W jakim celu stosowane są chłodnice powietrza doładowującego (tzw. intercoolery)?

• Ochładzanie powietrza za pomocą intercoolera zwiększa jego gęstość, dzięki czemu rośnie masa ładunku dostarczana do komory spalania. Możliwe jest więc spalenie większej ilości mieszanki paliwowo-powietrznej, a co za tym idzie – zwiększenie mocy silnika.