Zakład Pojazdów Samochodowych i Silników Spalinowych Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa POLITECHNIKA RZESZOWSKA	Soliszewski Mateusz Grupa L-5 II MTD
				Rok akad. 2010/2011 Semestr: letni
Laboratorium Silników Spalinowych		Ćwiczenie nr 4
Temat: Ocena procesu spalania na podstawie wykresu indykatorowego

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z procesem indykowania silnika wysokoprężnego oraz nabycie umiejętności wykonania, opracowania i oceny wykresu indykatorowego silnika spalinowego.

2. Wiadomości ogólne

Indykowanie tłokowego silnika spalinowego oznacza pomiar szybkozmiennych ciśnień w cylindrze silnika i stanowi podstawę jakościowej i ilościowej analizy zjawisk cielno-chemicznych oraz przepływowych zachodzących w silniku. Znajomość przebiegu ciśnienia temperatury i współczynnika nadmiaru powietrza w komorze spalania jest niezbędna przy doskonaleniu procesy spalania z jednoczesnym uwzględnieniem możliwości ograniczenia szkodliwych toksycznych składników w spalinach. W wyniku indykowania silnika otrzymujemy wykres indykatorowy.

Wykres indykatorowy jest to wykres przedstawiający zmiany ciśnienia czynnika roboczego w cylindrze w czasie całego cyklu pracy. Rozróżnia się następujące rodzaje wykresów:

- zamknięte

- otwarte ( pełne, częściowe, wielokrotne)

Wykres indykatorowy zamknięty przedstawia przebieg ciśnienia czynnika roboczego

w cylindrze w funkcji chwilowej objętości komory spalania lub drogi tłoka. Zamknięte wykresy indykatorowe sporządza się w celu porównania obiegu rzeczywistego z teoretycznym.

Wykres indykatorowy otwarty przedstawia przebieg ciśnienia czynnika roboczego w cylindrze w funkcji kąta obrotu wału korbowego lub czasu.

Pełny - przedstawia jeden pełny cykl pracy dla silnika czterosuwowego - 720˚ OWK

Częściowe - dla wybranej części całego cyklu pracy silnika

Wielokrotne - przedstawia przebieg ciśnienia w cylindrze w dłuższym przedziale czasowym

Otwarte wykresy indykatorowe sporządza się w celu analizy cyklu pracy silnika lub wybranego fragmentu np. procesu spalania, napełniania lub wylotu.

Pomiary szybkozmiennych ciśnień w komorze spalania najprościej jest przeprowadzić

w jednocylindrowych silnikach doświadczalnych. Określenie parametrów indykowanych wielocylindrowych silników utrudnione jest niepowtarzalnością procesów roboczych.

Do indykowania silnika stosuje się specjalne systemy rejestrujące, które w czasie rzeczywistym mogą wykonywać obliczenia i analizy oraz przedstawiać je w postaci graficznej na ekranie komputera. Sygnał ciśnienia doprowadzany do komputera z czujnika ciśnienia współpracującego z odpowiednim torem pomiarowym. Do rejestracji ciśnień w cylindrze silnika stosuje się zazwyczaj piezoelektryczne czujniki ciśnienia, w których wykorzystywany jest efekt piezoelektryczny, czyli generowanie ładunku elektrycznego przez kryształ kwarcu pod wpływem przyłożonej do niego siły. Przetwornik musi współpracować ze wzmacniaczem ładunku, który przetwarza wytworzony przez kryształ ładunek na napięcie elektryczne. Napięcie to, rejestrowane jest przez kartę pomiarową znajdującą się w komputerze. Pomiary ciśnienia powinny być prowadzone w odniesieniu do położenia wału korbowego, co wymaga enkodera zamontowanego na wale korbowym, którego impulsy wykorzystywane są do sterowania procesem akwizycji danych. Wykorzystuje się różne rodzaje czujników ciśnienia, dostosowane zakresem pomiarowym ciśnienia, zakresem dopuszczalnych temperatur oraz wymiarami do badanych silników. Podczas indykowania silnika mierzone są jeszcze takie parametry jak ciśnienie w układzie wtryskowym, wznios iglicy wtryskiwacza, sygnały sterujące pracą wtryskiwacza oraz inne, które ułatwiają analizę wykresu indykatorowego.

3. Schemat i opis stanowiska badawczego

Rys.31 Schemat stanowiska do indykowania silnika

4. Przebieg ćwiczenia

- wyłączyć hamulec i ustawić tryb pracy na „n=const”

-uruchomić układ rejestrujący

-uruchomić silnik oraz niezbędne układy w tym system chłodzenia czujnika w komorze spalania

-ustalić odpowiednią prędkość obrotową i obciążenie silnika

-ustawić parametry regulacyjne

-doprowadzić silnik do stanu równowagi cieplnej

-dokonać pomiaru i rejestracji przebiegów, po uzyskaniu stabilnych wartości parametrów silnika dla ustalonego punktu pracy

-ustawić nowe parametry regulacyjne i ponownie dokonać pomiarów

-po zakończeniu pomiarów ustalić pracę hamowni na biegu jałowym (obroty min.) w celu schłodzenia silnika i hamulca

-wyłączyć silnik i hamownie

6. Wykresy indykatorowe

7. Obliczenia i wyniki

Stała hamulca K= 1000 [ N*obr/kW*min ]

p=F*n/10000 [kW]

n=const. (1200 obr/min)

Czas [μs]	Kąt wyprzedzenia wtrysku [˚OWK]	Siła na hamulcu [kG]	Temp.spalin [˚C]	Moc [kW]
2200	16	81	314	9.72
2200	13	80	317	9.6
2200	10	79	321	9.48
2200	8	77	326	9.24
2200	19	80	312	9.6
2200	22	79	314	9.48
2200	25	76	314	9.12

Opracowany wykres indykatorowy silnika badawczego SB 3.1 o kącie wyprzedzenia wtrysku 16 stopni oraz 1200 obr/min

7. Wnioski

Na podstawie przeprowadzonego doświadczenia dotyczącego oceny procesu spalania silnika czterosuwowego z zapłonem samoczynnym możemy sporządzić otwarty wykres indykatorowy. Wykres ten przedstawia ciśnienie czynnika roboczego w cylindrze w funkcji kąta obrotu wału korbowego lub czasu. W trakcie badania oceny procesu spalania, ustawialiśmy kąt wyprzedzenia wtrysku za sprawą, którego silnik zachowywał się różnie w zależności od zadanego kąta. Zwiększając kąt wyprzedzenia wtrysku do cylindra dostarczana jest większa dawka paliwa która wydłuża również zwłokę zapłonu przez co po rozpoczęciu spalania dawka spala się w sposób niekontrolowany, gwałtowny zwiększając szybkość przyrostu ciśnienia. Wywołuje to niekorzystne zjawiska towarzyszące „twardej” pracy silnika. Takie zjawiska prowadzą do zwiększenia mechanicznych i cieplnych obciążeń silnika. Natomiast zmniejszając kąt, silnik pracował „równiej” i ciszej, uwagę natomiast zwrócił znaczny wzrost temperatury. Optymalna praca oraz największa moc silnika, która została uzyskana w trakcie badania wynikała z kąta wyprzedzenia wtrysku równego 16 stopni.

---