POLITECHNIKA RZESZOWSKA

ZPSiSS

Sprawozdanie z laboratorium silników spalinowych

Pomiar stopnia napełnienia cylindrów.

1. Wstęp teoretyczny.

Wielkością charakteryzującą stopień napełniania cylindra podczas suwu dolotu jest współczynnik napełniania. W praktyce przyjęto odnosić wartości m_e i m_t nie do mieszanki, lecz do powietrza, dzięki czemu wyniki pomiarów są niezależne od sposobu zasilania silnika i składu mieszanki. Współczynnik napełniania zależy od wielu czynników. Najważniejsze z nich to stopień podgrzania świeżego ładunku, ciśnienie p_d gazów przy końcu suwu dolotu oraz ciśnienie p_s pozostałych w cylindrze spalin. Współczynnik η_v może być odniesiony do poszczególnych cylindrów lub do całego silnika. Jednak badania wykonuje się zwykle dla całego silnika porównując natężenie przepływu powietrza pobieranego przez silnik m_e z natężeniem teoretycznym, wynikającym z pojemności skokowej silnika i jego prędkości obrotowej. Tak określony współczynnik napełniania przedstawia wartość średnią dla czasu, w którym mierzono natężenie przepływu powietrza (jednocześnie prędkość obrotową silnika).Pomiary zasysanego powietrza sprawiają znaczne trudności z uwagi na pulsujący charakter przepływu, dlatego stosuje się zbiorniki wyrównawcze o znacznej pojemności, umieszczone między urządzeniem pomiarowym a silnikiem. Pomiarów dokonuje się za pomocą zwężek lub kryz pomiarowych oraz manometrów o dużej dokładności. Zarówno zbiornik wyrównawczy, zmieniający częstotliwość drgań własnych słupa powietrza w całym układzie dolotowym, jak i zwężki, powodujące wzrost oporów ssania, wprowadzają dodatkowe błędy. Można je oszacować porównując charakterystyki prędkościowe silnika z oryginalnym układem dolotowym oraz z układem pomiarowym. Natężenie przepływu zasysanego powietrza można także mierzyć za pomocą przepływomierzy. Najczęściej są to urządzenia elektryczne, działające na zasadzie pomiaru zmiany oporności rozgrzanego elementu oporowego umieszczonego w strudze przepływającego powietrza . Zmiana oporności jest proporcjonalna do intensywności chłodzenia elementu, a więc do natężenia przepływu powietrza . Buduje się też przepływomierze wykorzystujące również pomiar różnicy temperatury wskazywanej przez dwa termometry oporowe umieszczone w strudze przepływającego powietrza, pomiędzy którymi jest wstawiony element grzejny. Różnica temp. jest tym mniejsza, im większe jest natężenie przepływu powietrza. Metody manometryczne są dokładniejsze od metod wykorzystujących przepływomierze.

2. Obliczenia i wykresy.

Do badań użyto silnika samochodu FSO 1500.

Dane do obliczeń:

- objętość skokowa silnika: V_ss=1481 [cm³]

- stała gazowa: R=287 [J/kg*K]

- ciśnienie otoczenia: p_o=731 [mm Hg] = 97458,6 [Pa]

- - liczba ekspansji: ε=1

- liczba przepływu: α=0,992

- średnica dyszy: d=40 [mm]

L.p.	n [obr/min]	h [mm ]	Tw [°C]	mt [kg/s]	Δp [Pa]	me [kg/s]	ηv
1	1500	6,5	21	0,028	63,76	0,017	0,53
2	2000	13,5	14	0,038	132,44	0,0217	0,57
3	3000	24	16	0,057	235,44	0,029	0,51
4	4000	33,5	18	0,076	328,64	0,034	0,45
5	5000	56	18	0,095	549,36	0,044	0,46
6	5200	62	18	0,099	608,22	0,046	0,46

ρ= 97458,6 / 287*294=1,155 [kg/m³]

m_t1=0,028 [kg/s]

m_t2=0,038 [kg/s]

m_t3=0,057 [kg/s]

m_t4=0,076 [kg/s]

m_t5=0,095 [kg/s]

m_t6=0,099 [kg/s]

ρ_H2O= 1000 [kg/m³]

g= 9,81 [m/s²]

Δp₁= 63,76 [Pa]

Δp₂= 132,44 [Pa]

Δp₃= 235,44 [Pa]

Δp₄= 328,64 [Pa]

Δp₅= 549,36 [Pa]

Δp₆= 608,22 [Pa]

α= 0,992

ε=1

d=40 [mm]

A = π*d²/4= 0,00125 [m2]

ρ_p= 1,155 [kg/m³]

m_e1= 0,015 [kg/s]

m_e2= 0,022 [kg/s]

m_e3= 0,029 [kg/s]

m_e4= 0,034 [kg/s]

m_e5= 0,044 [kg/s]

m_e6= 0,046 [kg/s]

η_v= m_e/m_t

η_v1= 0,53

η_v2= 0,57

η_v3= 0,51

η_v4= 0,45

η_v5= 0,46

η_v6= 0,46

3. Wnioski.

Na podstawie przeprowadzonego badania, obliczeń i otrzymanego wykresu możemy stwierdzić, że stopień napełnienia cylindrów osiąga wartość maksymalną przy prędkości obrotowej n=2000 [obr/min]. Przy dalszym zwiększaniu prędkości obrotowej (do n=5200 [obr/min]) stopień napełnienia zaczął spadać. Może to być spowodowane wzrastającymi oporami przepływu i zużyciem silnika.

---