Zasada pracy dwu suwowych i cztero suwowych silników z zapłonem iskrowym i samoczynnym
Silnik czterosuwowy z zapłonem samo czynnym realizuje cykl pracy w czterech suwach
Suw ssania
Suw sprężania
Suw Pracy
Suw wydechu
Każdemu suwowi odpowiada obrót walu korbowego o 180 stopni cały cyk pracy zmyka się wiec w dwóch obrotach walu korbowego czyli 720 stopni
Na jeden cykl pracy składa się
- napełnienie cylindra Świerzym powietrzem
- sprężenie powietrza do odpowiedniego ciśnienia
- wtrysk paliwa
- powstanie i spalanie mieszanki paliwowo powietrznej
- rozprężenie gazów spalinowych
- usuwanie gazów spalinowych z silnika
Rzeczywisty obieg pracy silnika
napełnienie powietrzem przestrzeni roboczej cylindra odbywa się przez otwarty zawór ssący który otwiera się jeszcze przed dojściem tłoka do zwrotu ZZ to znaczy podczas trwania suwu wydechu i pozostaje on nadal częściowo otwarty .
Okres napełnienia cylindra trwa zatem dłużej niż sów tłoka . w drugim suwie zwanym suwem sprężania ruch tłoka ku górze odbywa się przy szczelnie zamkniętych zaworach przez co rośnie ciśnienie i temperatura zaciskanego powietrza.
Powietrze osiąga temperaturę samo zapłonu. Pod koniec suwu sprężania tuż przed ZZ następuje wtrysk paliwa pod wysokim ciśnieniem wywołuje to natychmiastowy krutkotrwały proces tworzenia się mieszanki palnej jej samozapłon i proces spalania paliwa. Dąży się do takiego procesu spalania aby największe ciśnienie przypadało już za zwrotem zewnętrznym ZZ tłoka . wysokie ciśnienie gazów które wyniku spalania szybko się rozpręża oddziałowywuje na tłok, który wykonuje sów zwany suwem pracy. Przed dojściem tłoka do ZW otwiera się zawór wydechowy , którego zamknięcie następuje po ZZ tłoka a wiec już w czasie suwu ssania, powstaje zjawisko jednoczesnego otwarcia zaworów ( ssącego i wydechowego ) które to nazywamy pokrycie faz rozrządu.
Na przebieg spalania i pracy silniku wysokoprężnym wpływa
`-stopię sprężania
-kąt wyprzedzenia wtrysku
- prędkość obrotowa wału korbowego
- stopień rozpylenia paliwa
- współczynnik nadmiaru powietrza
- rodzaj użytego paliwa
- temperatura i ciśnienia powietrza w chwili wtrysku powietrza
- obciążenie silnika
Istotny wpływ na pracę silnika ma moment rozpoczęcia wtrysku paliwa.
zapłon zbyt wczesny _ powoduje nadmierny wzrost ciśnienia już Podkoniec suwu sprężania , co wpływa na ruch hamujący tłoka , powoduje nagromadzenie paliwa w komarze spalania jeszcze przed wystąpieniem samozapłonu. A w chwili zapłonu paliwa następuje gwałtowny przyrost ciśnienia. Czemu towarzyszy twarda praca silnika.
Zbyt późny zapłon -również powoduje obniżenie mocy silnika, energia gazów również w pełni nie jest wykorzystana, gdyż rozprężanie kończy się w układzie wydechowym, powodując przegrzanie układu i możliwość uszkodzenia łopatek turbiny..( przegrzanie tłoka, pierścieni i zaworów)
Sinki dwusuwowy
Realizuje cykl pracy w trakcie jednego obrotu walu korbowego 360 stopni wykonując dwa suwy, jest to możliwe dla tego ze reakcje w tym silniku zachodzą nad i pod tłokiem, silnik dwusuwy nie posiada zaworów natomiast w ściankach cylindrach są szczeliny - okna, które są otwierane i zamykana przez poruszający się tłok w cylindrze,
pierwszy sów - tłok przesuwa się ku górze zamykając wszystkie okna w ściankach cylindra. W czasie tego ruchu do góry otwiera się okno dolotowe połączone z gaźnikiem, i zasysa do skrzyni korbowej mieszankę paliwowo powietrzna sprężając jednocześnie mieszankę paliwowo powietrzną znajdującą się w cylindrze nad tłokiem, która zostaje zapalona iskrą elektryczną, powstałą na elektrodach świecy zapłonowej,
sów drugi. - Gdy tłok zacznie się przesuwa z góry do dołu, wykonuje pracę a jednocześnie sprężanie wstępne. Zananą podczas pierwszego suwu mieszankę, ruch tłoka w dół powoduje odsłonienie okna wylotowego prze które rozprężające się gazy wypływają na zewnątrz silnika, pod tłokiem dalej spręża się mieszanka i gdy odsłania się okno przelotowe, sprężona wstępnie mieszanka przepływa na tych miast nad tłok, wypychając jednocześnie pozostałości spalin. Tłok doszedł do ZW zaczyna przesuwać się ku górze i zmyka okna wylotowe i przelotowe, a otwiera okna wlotowe. Cykl zaczyna się od początku…
Liczba oktanowa LO - jest to odporności paliwa na spalanie stukowe (detonacyjne)
Liczba cetanowa LC -określa skłonność paliwa do zapłonu
Budowa oraz zasada pracy poszczególnych układów występująca w różnych rodzajach silnikach spalinowych , podstawowe zespoły silnika to
1 kadłub
2 głowica z układem rozrządu
3 układ tłokowo korbowy
4 układ smarowania
5 układ chłodzenia
6 układ zasilania
7 układ odprowadzania spalin - wydechowy
8 chłodzenia,.
Ad 1 kadłub - wykonuje się jako odlew z żeliwa lub stopów lekkich. Wyróżnia się blok cylindrowy i skrzynię korbową w bloku cylindrowym, znajdujące się cylindry silnika odlane włącznie z blokiem albo wykonane oddzielnie tuleje cylindrowe.. w silnikach chłodzonych cieczą znajduje się tak zwany płaszcz wodny oraz kanały dostarczające olej - zwane magistralą olejową.
Ad 2 głowica- jest to element zamykający kadłub od góry, wykonany w postaci odlewu z żeliwa lub stopów lekkich, w głowicy są kanały ssące i wylotowe oraz mechanizm rozrządu, współpracujący z zaworami. Pomiędzy głowicą a kadłubem znajduje się uszczelka, która mam za zadanie uszczelnienie połączenia.
Ad 3 misa olejowa - zmyka kadłub od dołu a jednocześnie jest zbiornikiem oleju smarującego silnik.
Ad 4 układ tłokowo korbowy mechanizm ten składa się z następujących części
1 tłok z pierścieniami
2 sworzeń tłokowy
3 korbowód
4 wal korbowy
5 koło zamachowe
Tłoki stanowi ruchomą przeszkodę pomiędzy komorą spalania a częścią cylindra zapobiegając przedmuchom gazu do skrzyni korbowej oraz przedostawania się olej z magistrali do komory spalania,
Pierścienie tłokowe rozróżniamy pierścienie uszczelniające i zgarniające . Zadaniem pierścieni uszczelniających jest zapobieganie występowania luzów pomiędzy tłokiem a cylindrem i odprowadzanie ciepła z tłoka do gładzi cylindrowych.
Zadaniem pierścieni zgarniających jest równomierne rozprowadzenie po gładzi cylindra oleju oraz usunięcie z jego ścianek nadmiaru powyższego płynu.
Sworzeń tłokowy łączy przegubowo tłok z korbowodem, korbowód łączy tłok z walem korbowym i Zamienie ruch postępowo zwrotny tłoka na ruch obrotowy wału korbowego,
Wał korbowy jest częścią składową układu tłokowo korbowego, konstrukcyjnie w wale korbowym wyróżnimy
1 czopy główne
2 czopy korbowe (łożyska)
3 ramiona wykorbień
4 przeciw ciężary
5 zakończenia walu przednie i tylne
6 panewki
Cechy wału : 1 powinien mieć odpowiednią wytrzymałość 2 dużą sztywność, 3 możliwe małą masę, (forma dwu teownika)
kolo zamachowe - służy do kumulowania energii kinetycznej wału w celu pokonywania oporów występujące podczas suwu ssania , sprężania i wydechu. (suwy jałowe)
skład i zadanie urządzenia smarowania dostarcza olej do wszystkich punków smarowania silnika w skład którego wchodzi:
1 misa olejowa
2 smok filtr wstępnego oczyszczania
3 pompa olejowa `(zembata )
4 filtr oleju
5 magistral olejowa - siec kanałów
6 chłodnica oleju
7 manometr
Olej smaruje oraz odprowadza ciepło okol 20 procent
Układ chłodzenia ma zadanie
1 odprowadzenie nadmiaru ciepła z silnika
2 utrzymania stosownej temperatury pracy urządzenia
3 doprowadzić do jak najszybszego wzrostu temperatury pożądanej…
W skład układu wchodzi
1 płaszcz wodny
3 pompa wodna
3 termostat
4 chłodnica
5przewody łączące
6 nagrzewnica
7 wentylator
8 czujniki
9 zbiornik wyrównawczy
10 korek wyrównawczy ciśnienie
Układ rozrządu - służy do sterowania wymianą gazów, w cztero suwowym silniku spalinowym ni roboczej czyli wlotem powietrza do przestrzeni cylindra i wydaleniem spalin. Otwieraniem i zamykaniem zaworów steruje wałek rozrządu który napędzany jest od wału korbowego silnika, poprzez łańcuch lub pasek Zembaty. Wałek rozrządu obraca się dwukrotnie wolniej od wału korbowego
Układ odprowadzania spalin -składa się z tłumika rury wydechowej , tłumik zmniejsza poziom cha lasu, a rura wydechowa odprowadza spaliny poza obrys silnika. W celu ograniczenia emisji toksycznych związków w spalinach stosujemy katalizatory. W silnikach wysokoprężnych stosuje się katalizatory utleniające, zadaniem katalizatora utleniającego jest zmniejszenie zawartości tlenku węgla Anie węglowodorów oraz przetwarza ich na parę wodną i dwutlenek węgla. W układach wydechowych stosuje się rośniesz filtry sadzy - skuteczność przechwytywania do 95 procent
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
BUDOWA I ZASADA PRACY UKLADU ZASILANIA SILNIKÓW Z ZPŁONEM SAMOCZYNNYM
Układ zasilania służy do dostarczenia do cylindrów silnika paliwa i powietrza we właściwych proporcjach.
Układ zasilania składa się ;
- układu podającego (nisko ciśnieniowego)
- układu wtryskowego (wysoko ciśnieniowego)
W skład układu podającego wchodzi;
-Zbiornik paliwa
-filtr główny
-pompa podająca
-przewody paliwowe
Najczęściej stosuje się pompy podające tłokowe lub przeponowe. Napędzane mechanicznie od wału korbowego lub elektrycznie
w skład układu wtryskowego wchodzi
-popa wytryskowa
- przewody ciśnieniowe
- wtryskiwacze
Pompy wtryskowe pod względem budowy i zasady działania dzielą się na rzędowe i rotacyjne.
Pompa wtryskowa w układzie rzedowym spelnia następujące zadania
1 Odmierza jednakową dawkę dla wszystkich cylindrow
2 Wytwarza odpowiednie ciśnienie
3 W odpowiednim czasie wysla paliwo do wtryskiwaczy
Pompa rzędowa składa się
1 obudowy
2 Walek krzywkowy z łożyskowaniem
3 sprężyn powrotnych
4 sekcje tłoczącej (cylinderki, tłoczki, zwory tłoczne)
5 mechanizmu sterującego obrotami, posuwisto zwrotnymi tłoczków (listwa zębata)
Pompy rzędowe wykonują zawsze jednakowy skok niezależnie od tego ile paliwa podają.. Są to pompy o stałym skoku zależnym wyłącznie od kształtu wymiarów krzywki napędzającej.
Sterowanie wielkością dawki paliwa polega na odsłanianiu i zasłanianiu tłoczkiem, otworka zasilającego, wykonanego w ściance cylinderka. Poprzez otworek ten paliwo przedostaje się pod wysokim ciśnieniem, do przestrzeni roboczej przewodów wtryskowych i wtryskiwaczy. Element tłoczący steruje jednocześnie wielkością dawki paliwa. Zadaniem zaworów tłocznych jest szybkie zamknięcie układu Tłoczącego po zakończeniu tłoczenia paliwa i odciążenie przewodów wtryskowych z nadmiaru paliwa pozostającego w nich po zakończeniu tłoczenia
W przypadku pomp rotacyjnych paliwo doprowadzane jest jednym wspólnym urządzeniem i rozdzielane następnie między poszczególne cylindry. Liczba cykli roboczych tego urządzenia przypadającego na jeden obrót wału rozrządu jest równa jednemu cyklowi cylindrów
Dla uniknięcia stosowania długich przewodów zaczęto stosować pompowtryskiwacze, gdzie każdy cylinder ma własny pomp wtryskiwacz, zamocowany na głowicy i napędzany bezpośrednio przez popychacz , albo pośrednio z wałka rozrządu
COMMON RAIL - wspólna szyna (CR)
W układzie tym ciśnienie wtrysku jest wytwarzane nie zależnie od prędkości obrotowej silnika i dawki wtrysku paliwa, paliwo jest magazynowane w zasobniku paliwa - POD WYSOKIM CIŚNIENIEM gotowe do wtrysku, dawka wtrysku jest regulowana przez operatora maszyny, natomiast chwila i ciśnienie wtrysku są odliczane w sterowniku elektronicznym, na podstawie zapisanych w jego pamięci charakterystyk uniwersalnych które realizowane są za pośrednictwem sterowanego zaworu elektro magnetycznego przez wtryskiwacz odzienie dla każdego cylindra silnika,
Układ Cr posiada zalety
1 Wyższe ciśnienie wtrysku 200 Mp
2 umożliwia zwiększenie mocy z cylindra
3 zmienny początek wtrysku
4 możliwość wtrysku -wtrysku wstępnego, zasadniczego i dotrysk
5 ciśnienie dostosowane do warunków pracy silnika
6 niższa emisja hałasu i toksyczności paliwa
Do sterownika elektronicznego układu CR mogą być podłączone dodatkowe czujniki aby poprawić bezpieczeństwo i komfort pracy.
- Przekładami są recyrkulacja spalin
- regulacja ciśnienia doładowania
- regulacja prędkości jady
- elektroniczna blokada silnika
- złącze diagnostyczne
Wtryskiwacze służą do odpowiedniego rozpylenia wtryskiwanego paliwa w komorach spalania.
Wtryskiwacze dzielimy na
1 otworkowe do silników z wtryskiem bezpośrednim
2 czopikowe do silników z komorami dzielonymi
W tradycyjnym systemie CR zaworem wtryskowym steruje cewka elektromagnesu
Coraz częściej stosuje się inny rodzaj sterowania wtryskiem wykorzystujące zjawisko piezo techniki
Dzięki czemu wtryskiwacze precyzyjnie dawkują paliwo i lepiej je rozpylają
CEL STOSOWANIA ORAZ BUDOWA I ZASADA PRACY TURBO DOŁADOWANIA SILNIKA SPALINOWEGO Z ZAPŁONEM ZS
TURBO doładowanie stosuję się w celu powiększenia mocy silników wysokoprężnych bez zmienny liczby obrotów lub wymiarów cylindra, polega ona na dostarczenia do silnika sprężonego powietrza dzięki temu zwiększa się ilość powietrza w cylindrach do których można wtrysnąć większą ilość paliwa bez spowodowania dymienia. Przez doładowanie zwiększamy moc od 25% do 50% zwiększenie ciśnienia w układzie dolotowym podwyższa prędkość napełnienia cylindrów powoduje zawirowanie ładunków, co poprawia wymieszanie paliwa z powietrzem. Ponadto skraca się okres opóźnienia zapłonu prowadząc do miękkiej pracy silnika.
W maszynach do robót ziemnych najczęściej stosowane są zespoły doładowujące się z turbiny gazowej oraz sprężarki odśrodkowej nazywane turbo sprężarkami, sprężarka i napędzającą ją turbiną gazową osadzone są na jednej osi wspólnie ułożyskowanej i tworzą z doładowanym silnikiem, jeden układ przepływowy wykorzystujących energię gazów spalinowych opuszczających silnik. Turbo sprężarka pracuje z dużymi prędkościami obrotowymi od 15do 60 tysięcy obrotów na minutę
Zalety silnika doładowanego
- większa elastyczność momentu obrotowego
- większa sprawność mechaniczna-
- mniejsza hałaśliwość
Obsługa turbo sprężarek
Aby zabezpieczyć trwałość i niezawodność działania operator musi przestrzegać nakazów eksploatacyjnych
1 należy często sprawdzać szczelność układu filtrującego powietrze
2 jeżeli silnik nie była używany więcej niż 30 dni to przed uruchomieniem silnika należy zalać turbosprężarkę olejem poprzez kilka krotne obrócenie rozrusznikiem przy odciętym dopływie paliwa
3 w przypadku usłyszenia zgrzytów lub gdy turbina wpada w drgania należy natychmiast przerwać pracę
4 natychmiast po uruchomieniu silnika należy zmniejszyć prędkość obrotowa do biegu jałowego.
5 po pracy przy pełnym obciążeniu należy utrzymać silnik na biegu jałowym przez około 5 minut (według zaleceń DTR - w celu stopniowego i równomiernego schłodzenia turbiny
6 Przed transportowaniem maszyny przy użyciu platformy samochodowej lub kolejowej należy zaślepić układ wlotowy i wylotowy przed zanieczyszczeniami które znajdują się w powietrzu.
Układy rozruchowe
Do rozruch silników spalinowych stosuje się rozruszniki elektryczne zdolne do wytworzenia bardzo dużego momentu obrotowego, rozruszniki zasilane są prądem stałym pochodzącym z akumulatora. Rozruszniki posiadają sprzęgła jedno kierunkowe które odłączają zębnik od wirnika po uruchomieniu silnika.
W okresie zimowym powstaje problem z uruchomieniem zimnego silnika, ponieważ ścianki cylindrów są zmrożone i paliwo nie jest w stanie odparować w związku z tym aby uruchomić zimny silnik wysoko prężny należy powietrze dostarczone do cylindra podgrzać w układach dolotowych Albo w przestrzeniach komory spalania. W śród grzejnych urządzeń rozruchowych
podgrzewacze elektryczne (świece żarowe_
urządzenia promieniowe
wózki rozruchowe (akumulatorowe)
wykorzystanie akumulatorów z innych maszyn
zastosowanie samo startu (eter)
zastosowanie urządzenia podgrzewającego płyn chłodzący lub podgrzewacza w misce olejowej
Obsługa i eksploatacja silników spalinowych
Obsługa i eksploatacja silników spalinowych powinna być przeprowadzana zgodnie z przepisami które mówią o prawidłowej eksploatacji maszyny a zawarte w DTR
- obowiązkowo codziennie przegląd OC
- nie wolno pracować maszyną na przegrzanym i niedogrzanym silniku
-należy unikać pracy przy maksymalnych obciążeniach i niskich prędkościach obrotowych
- nie dopuszczać do rozcieńczania oleju np. paliwem lub cieczą chłodzącą,
- nie wolno stosować nie właściwych gatunków oleju, paliw i niewolno spuźniac się z okresową wymianą oleju,
Diagnozowanie silnika
przyczyn przegrzewania się silnika
2. niedomagania powodujące dymienie
3. nieprawidłowa praca podstawowych układów -
- smarowana
-chłodzenia
-zasilania
Niedomagania powodujące rozbiegani się silnika
5 przyczyny powietrznia się silnika
Ad 1 uszkodzenie termostatu, zbyt mała ilość płynu (wycieki), zanieczyszczenie filtra powietrza, zbyt małe luzy zaworowe, niskie ciśnienie końcowe sprężania, luźny pasek klinowy.
Ad2 niedomagania powodujące dymienia - pojawienie się dymienia (czarny dym) może być spowodowane : zbyt małe wyprzedzenie wtrysku (wpadanie zapłonu), zbyt duże obciążenie silnika, sile zanieczyszczenie filtra powietrza stosowanie nie odpowiedniego paliwa, wadliwe działanie wtryskiwaczy, zbyt duże zużycie układu tłokowo korbowego,
Pojawie się dymu stalowo błękitnego usterka wnikająca z winy operatora - 1 zbyt Duzy stan w misce olejowej, 2 przechłodzenie silnika, 3 zbyt długa praca na biegu jałowym,
W śród objawów nieprawidłowości pracy związanych z układami występującymi w silniku mogą być np. : silnik nie daje się uruchomić lub po rozruchu zatrzymuje się, (problemy z pompą paliwową pompą wtryskową, nie odpowiednie wyprzedzenie wtrysku, zapiekanie końcówki wtryskiwacza, zapowietrzenie układu paliwo ergo, uszkodzenie regulatora prędkości obrotowej. Silnik pracuje nie regularnie (zanieczyszczenie filtra powietrza, niedomaganie układu zasilania i układu rozrządu)
Silnik nie daje się rozkręcić do prędkości znamionowej : (zanieczyszczenie filtru powietrza, zbyt małe dawkowanie paliwa, niedomagania regulatora prędkości obrotowej)
Nagle zatrzymanie silnika ( brak paliwa, zatkany filtr paliwa, uszkodzona pompa)
Zapowietrzenie układu paliwowego ( nieszczelne przewody, brak paliwa, po wymianie filtra)
Ad 4 Rozbieganie silnika może być spowodowane (uszkodzenie regulatora prędkości obrotowej, uszkodzenie mechaniczne sterującej listwy zębatej
Bezpieczeństwo pracy podczas użytkowania silnika polega na tym żeby nie dopuścić.
Nie wolno lekceważyć zaleceń z DTR
2 nie wolno obciążać silnika gdy jeszcze nie jest nagrzany
3 nie wolno samemu wykonywać zbędnych zabiegów regulacyjnych
4 nie wolno zaniedbywać smarowania okresowego i konserwacji
5 nie wolno przeceniać własnych możliwości tylko pracować zgodnie z zadami eksploatacji.
Zasady pracy napędowych układów hydrostatycznych
W zależności od sposobów zasilania cieczą roboczą układy dzielą się na
1 napędy pracujące zasadzie stałej wydajności - pompy zębate
2 napędy pracujące na zasadzie stałej mocy - pompy wielo tłoczkowe.
Stała wydajność pompy nie zależy od wielkości obciążenie układu, zmianę prędkości elementów roboczych uzyskuje się dławienie cieczy co pociąga za sobą utratę energii
Napędy pracujące na zasadzie stałej mocy współpracują z pompami o zmiennej wydajności które regulowane są automatycznie. Układ hydrauliczny z pompą o zmiennej wydajności pracuje z automatem stałej mocy ( regulator mocy) może mieć odbiornik w postaci silnika hydraulicznego lub siłownika hydraulicznego tworząc razem przekładnie hydro statyczną. Za pomocą tej przekładni napęd dopasowuje się automatycznie w pewnym zakresie do stale zmieniających się warunków pracy. Regulator mocy wylicza spadek prędkości obrotowej spalinowego silnika napędowego. Zastosowanie takiego regulatora zabezpiecza silnik przed utratą elastyczności czyli wyjściem poza zakres prędkości obrotowych przy których silnik daje się obciążyć
Układy sterujące w napędzie hydro statycznym
najstarsze układy sterujące mechanizmami były sterowane układami mechanicznymi
sterowanie suwakami rozdzielaczy na drodze hydraulicznej było realizowane przez sterowniki do których olej pod ciśnieniem za pośrednictwem hydro-akumlatora tłoczy pompa olejowa.
Nowa generacja układów sterujących wyczuwających obciążenie - układ dten nazywamy LS lada sensing , celem stosowania tego układu jest dążenie do stałego utrzymania chwilowych wydajności i ciśnienia maksymalnie bliskiego pożądanego do punktu, zapotrzebowań pracy.
W śród tych układów LS wyróżnia się układ
open center - oparty na pompie zębatej i rozdzielaczu sterujący strumieniem cieczy przy mniejszym zapotrzebowaniu olej trafia bezpośrednio do zbiornika.
Closed center - system oparty na pompie o zmiennym wydatku który przez sterowania LS rozdzielacza przystosowuje wydajność pompy do aktualnego zapotrzebowania
ten system sterowania opary jest na magistrali CAN (control Area Network) gdzie sterowanie polega Na przekazywaniu wszystkich sygnałów sterowniczych do centrali. Jest to pełny system sterowania elektro hydraulicznego do którego trafiają wszystkie sygnały z generatorów i czujników. Układy CAN mają pamięć programowalną sterowniki i mechanizmy wykonawcze tworzą pełny system sterownia elektro hydraulicznego. Dzięki takiemu rozwiązaniu sterowanie odbywa się pod wpływem określonych charakterystyk pracy wpisanych w pamięć komputera.