1. Obiegi termodynamiczne porównawcze dla silników spalinowych.
2. Definicja średniego ciśnienia indykowanego, średniego ciśnienia użytecznego i sprawności mechanicznej. Orientacyjne wartości dla ZI i ZS.
Średnie ciśnienie indykowane: jest to takie niezmienne ciśnienie działające podczas całego suwu sprężania w wyniku, którego zostaje wykonana praca równa pracy indykowanej Li. Jest to średnie całkowite ciśnienie jednego obiegu.
Pi= Li- praca indykowana
Vs- objętość skokowa
Średnie ciśnienie użyteczne (efektywne): jest to różnica średniego ciśnienia indykowanego i ciśnienia strat oporów mechanicznych.
ZI: - sportowy 0.851.2 MPa
- osobowy 0.70.85 MPa
ZS: - osobowy 0.6
- sportowy 0.7 Pe= Pi-Pt Pt=
- ciężarowy 0.55 Le= Li-Lt
- ciągnik 0.85
- dostawczy Lt- praca straty oporów mechanicznych
Le- praca użyteczna
Sprawność mechaniczna: jest to iloraz pracy użytecznej o pracy indykowanej lub ciśnienia użytecznego do ciśnienia indykowanego.
hm=
3. Definicja współczynnika napełnienia; zależność współczynnika napełnienia od prędkości obrotowej dla silników ZI (dla różnych stopni otwarcia przepustnicy) i ZS.
Stopień współczynnika napełnienia: hn= me- masa powietrza pozostałego w
cylindrze po zakończeniu
wymiany ładunku
mt- masa teoretycznego ładunku
wynikającego z objętości
skokowej cylindra Vs i gęstości powietrza otoczenia
W silnikach pracujących w ustalonych warunkach atmosferycznych, stopień uzupełnienia cylindrów zależny jest w decydującej mierze od:
- prędkości obrotowej i obciążenia przy ZI
- prędkości obrotowej przy ZS
4)Fazy rozrządu, wykresy kinematyczny krzywki. Krzywki bezuderzeniowe, krzywka wielomianowa (polidyne).
W celu określenia zarys krzywki konieczne jest uprzednie przyjęcie faz rozrządu, tj. kątów:
-wyprzedzenia otwarcia zaworu dolotowego przed zwrotnym położeniem tłoka
-wyprzedzenia otwarcia zaworu wylotowego przed zwrotnym położeniem tłoka
-opóźnienie zamknięcia zaworu dolotowego po zwrotnym położeniu tłoka
-opóźnienie zamknięcia zaworu wylotowego po zwrotnym położeniu tłoka oraz przyjęcie skoku zaworów i przełożenia dźwigienki zaworowej
często przyjmuje się jednakowe krzywki, wtedy:
+=+
Wykres kinematyczny krzywki:Rodzaje zarysu krzywek:*krzywka bezuderzeniowa- wyznacza się ją zakładając przebieg przyspieszeń a=f( ) i znajduje się odpowiadający mu zarys krzywki.
*krzywki wielomianowa- kształtuje się część roboczą krzywki odcinkami podstawowych linii geometrycznych (np. prosta, łuk, koło, odc.paraboli). Określa się zależność drogi x popychacza w określonym kształcie od kąta jej obrotu . Następnie dwukrotnie różniczkując x= f( ) otrzymuje się prędkości i przyspieszenia ruchu w jednostkach długości na kąt obrotu i na kwadrat kąta obrotu.
Wykres czasoprzekroju:
5)Ciepło spalania paliwa, wartość opałowa paliwa, wartość opałowa mieszanki:
Ciepło spalania paliwa jest to liść ciepła (wyrażana w kJ/m^3) wydzielona przy zupełnym całkowitym spaleniu 1m^3 paliwa gazowego lub 1kg paliwa ciekłego, jeśli po zakończeniu spalania woda w produktach spalania występuje w postaci cieczy, a wartość liczbowa ciepła spalania odnosi się do T=25 st.C i p=0,1 MPa
Wp-Wartość opałowa paliwa określa ilość energii cieplnej uzyskiwanej przy całkowitym spaleniu jednostki masy paliwa. Pomniejszoną o ciepło skraplania pary wodnej zawartej w spalinach
Wartość opałową mieszanki określa zależność:
Wp- wartość opałowa paliwa
Wn=Wp/1+ -wsp.składu mieszanki
=me/mp*Lt
Lt- stała stechiometryczna paliwa
6)Def. wsp. nadmiaru powietrza (składu mieszanki). Pojęcia mieszanki stechiometrycznej, ubogiej, bogatej. Zakres palności mieszanki ZI.
*współczynnik nadmiaru powietrza jest to stosunek rzeczywistej masy powietrza, w której spalane jest paliwo do ilości paliwa potrzebnej do całkowitego spalenia paliwa
me-masa powietrza znajdującego się w cylindrze
mp-masa paliwa składu mieszanki
Lt-stała stechiomteryczna
*mieszanka stechiometryczna to mieszanka, w której =1 i gdy na 1kg spalanego paliwa przypada 14,7kg powietrza
*mieszanka uboga to mieszanka, w której powietrza jest więcej(rośnie wtedy zawartość tlenków azotu w spalinach)
*mieszanka bogata to mieszanka, w której powietrza jest mniej(rośnie wtedy zawartość węglowodorów i tlenku węgla)
Należy dążyć do tego aby skład mieszanki był najbardziej zbliżony do składu mieszanki stechiometrycznej
****7)Stała stechiometryczna paliwa, wsp. nadmiaru powietrza, wsp. AFR. Zakres palności mieszanki jednorodnej ZI:
*wsp. AFR jest to stosunek mas powietrza i paliwa (Air Fuel Ratio)
AFR=(masa spalin-masa paliwa)/masa paliwa
Dla mieszanek stechiometrycznych wsp. AFR jest liczbowo równy stałej stechiometrycznej paliwa
8)Def. Liczby oktanowej. Wpływ składu chemicznego na wartość liczby oktanowej.
*liczba oktanowa-liczba określająca zdolność paliwa do spalania detonacyjnego, jeśli mamy zbyt niską liczbę oktanów może dojść do lokalnego samozapłonu paliwa przed właściwym momentem początku spalania. Im wyższy stopień sprężania , tym wyżej oktanowe paliwo jest potrzebne.
Paliwo składa się zasadniczo z węglowodorów alifatycznych, najlepiej z nich spala się izooktan a najgorzej n-heptan. Mieszając tylko te dwa składniki można „symulować” zachowanie prawie wszystkich rodzajów benzyn. Gdy analizowana benzyna zachowuje się jak czysty izooktan przyjmuje się, że ma liczbę oktanową 100, a gdy jak n-heptan przyjmujemy 0. Liczbę oktanową wyznaczamy przez porównanie badanej mieszanki do mieszanki wzorcowej( tylko izooktan+n-heptan w różnych proporcjach)
9)Definicja liczby cetanowej. Wpływ składu chemicznego paliwa na wartość liczby cetanowej.
*Liczba cetanowa(LC) jest to wskaźnik zdolności do samozapłonu olejów napędowych
Liczbę cetanową wyznacza się porównując czas zapłonu dla paliwa wzorcowego i analizowanego oleju napędowego. Paliwo wzorcowe to mieszanka cetanu (bardzo krótki czas zapłonu) i naftalenu. Gdy badany olej ma własności takie jak czysty cetan ma on liczbę cetanową 100, a gdy własności takie jak 50/50 cetan/neftan to ma liczbę cetanową 50.
10)Spalanie stukowe: wpływ czynników konstrukcyjnych i eksploatacyjnych na skłonność do występowania spalania stukowego.
*Spalanie stukowe- w momencie zapłonu iskra zapala mieszankę w okolicy świecy, powoduje to dodatkowe sprężenie pozostałego ładunku w komorze spalania. Ciśnienie to, oraz podwyższona temperatura może wywołać samozapłon i gwałtowne spalenie mieszanki w przeciwległym końcu komory. Proces ten jest lawinowy i spalanie następuje nieprawidłowo, wywołuje to charakterystyczny stuk.
*przyczyny spalania stukowego:
-zbyt wysoki stopień sprężania
-zbyt wczesny zapłon
-za mała liczba oktanów paliw
-przegrzanie silnika
-za małe zawirowania mieszanki w komorze spalania
-duże napełnienie cylindra
11)Spalanie w silnikach tłokowych: podstawowe prawa kinetyki reakcji spalania.
Spalanie paliwa w silnikach tłokowych przebiega w fazie gazowej, w związku z tym paliwo przed spaleniem musi ulec całkowitemu odparowaniu. Reakcja ta jest połączona z wydzieleniem ciepła, energii promieniowania, oraz energii powodująca]ej przemieszczenie reagentów i powstających spalin.
Reakcje te można podzielić ze względu na liczbę cząstek reagentów biorących udział w reakcji. Liczba to rząd reakcji. Najczęściej mamy do czynienia z reakcjami* I rzędu AM+N
* II rzędu A+BM+N+R
* III rzędu (ale to bardzo rzadko)
*Szybkość reakcji chemicznej jest to pochodna koncentracji jej substratu względem czasu
w= dC/d -czas
C-koncentracja paliwa
*Ilość ciepła Q wydzielona podczas reakcji spalania jest proporcjonalna do jej bezwzględnej szybkości
12)Zasada katalizy
kataliza-zjawisko zmiany szybkości reakcji chemicznej(przyspieszenia jej) pod wpływem dodania do układu niewielkiej ilości związku chemicznego, zwanego katalizatorem, którym sam nie ulega trwałym przekształceniom, lecz tylko tworzy z innymi substratami przejściowe kompleksy.
13)Wpływ kąta wyprzedzenia zapłonu na wykresy indykatorowe: otwarty i zamknięty.
*kąt wyprzedzenia zapłonu jest to kąt o jaki obróci się wał korbowy od chwili zapłonu mieszanki od iskry na świecy do chwili dojścia tłoka do GMP.
Fragment otwartego wykresu indykatorowego wyjaśniający pojęcie okresu zwłoki zapłonu (kąta wyprzedzenia zapłonu).
14)Spalanie w silnikach ZI
Proces spalania jest zapoczątkowany wyładowaniem iskrowym pomiędzy elektrodami świecy. Wyładowanie następuje przed osiągnięciem przez ładunek cylindra minimum objętości(patrz. kąt wyprzedzenia zapłonu).
Spalanie dzielimy na 3 okresy:
*I okres-powstanie płomienia (w chwili iskrzenia świecy) rozpoczęcie, a zakończenie w chwili uwidocznienia na wykresie indykatorowym gwałtownego wzrostu ciśnienia spowodowanego spalaniem
*II okres-rozprzestrzenianie się płomienia (w chwili osiągnięcia przez ładunek cylindra maksymalnej temperatury)
*III okres-dopalanie (może następować jeszcze w kolektorze wylotowym)
P – ciśnienie w cylindrze
Pbs – ciśn. W cylindrze bez spalania
T – śr. Temp. Ładunku
1 – iskrzenie świecy zapłonowej
2 – pocz. Widocznego spalania
3 – szczyt. ciśnienie spalania
4 – szczyt. Temp. Spalania
15)Spalanie w silnikach ZS
W silnikach o ZS paliwo wtryskiwane jest do sprężonego powietrza o ciśnieniu 3.5-4.5 MPa i temperaturze 500-700K. Wtrysk paliwa rozpoczyna się średnio ok. 15-30° kąta OWK przed głowicowym zwrotem tłoka i z tego powodu temperatura i ciśnienie sprężonego ładunku są w chwili wtrysku niższe niż wskazywałby na to stopień sprężania. Cechą takiej mieszaniny jest znaczna niejednorodność.
Spalanie dzielimy na 4 okresy:
*I okres- opóźnienia zapłonu (opóźnienia wzrostu ciśnienia)
*II okres- gwałtownego wzrostu ciśnienia
*III okres- spadku szybkości spalania paliwa
*IV okres- dopalania paliwa
Schemat otwartego wykresu indykatorowego silnika o zapłonie samoczynnym(fragment dotyczący okresu spalania)
16)Definicja sprawności ogólnej silnika oraz związek między sprawnością ogólna i jednostkowym zużyciem paliwa.
*sprawność ogólna silnika jest to stosunek pracy użytecznej Le do ciepła doprowadzonego wraz z paliwem Qp zużytym dla jej wytworzenia.
` Qp- ciepło doprowadzone wraz z paliwem
=Le/(ge*Wp) ge- jednostkowe zużycie paliwa
17)Równanie mocy silnika I (jednostki)
Równanie mocy silnika określa jego chwilową moc. Moc chwilowa odnosząca się do przedziału krótszego od czasu jednego obiegu, podobnie jak chwilowa wartość ciśnienia w cylindrze przyjmuje wartości zmienne w czasie.
Ne=pe*Vss*n/225 pe[kG/cm^2]- śr .ciśnienie użyteczne
Vss[dm^3]-objętość skokowa
n[obr/min]-prędkość obrotowa
Ne[KM]-moc
lub:
Le=pe*Vss -liczba suwów obiegu silnika
Ne=Le/t t=/2n pe[N/m^2]
Vss[m^3]
t[s];Ne[W]
****znalezione w necie (nie wiem na ile prawdziwe)
Jest to tak zwane równanie mocy silnika. Mówi ono o tym, z czego tak naprawdę powstaje moc. Dzięki niemu możemy się dowiedzieć jak poszczególne czynniki wpływają na jej kształtowanie. Uzależniając od siebie pewne wielkości fizyczne otrzymujemy równanie mocy, które w najprostszej postaci wygląda tak:
Pojskok × n × Sprmech × Wspnap × GpMoc =―――――――――――――――――― ×XLambda
Występują tu znane wszystkim tuningowcom pojęcia:Pojskok - to oczywiście pojemność skokowa. Czyli widać, że powiększając pojemność proporcjonalnie zwiększamy moc.n - to prędkość obrotowa silnika, przy której ma wystąpić określona mocSprmech - to sprawność mechaniczna, która jest tym lepsza im niższe są straty w silniku (mniejsze tarcie, lepszy bilans cieplny itp.)Wspnap - to współczynnik napełniania, jeden z najważniejszych składników tego równania, czyli stosunek tego ile mieszanki udało się zmieścić w cylindrze do geometrycznej pojemności skokowej cylindrów. Zmieniając wałki, modyfikując głowicę czy montując turbosprężarkę zmieniamy właśnie współczynnik napełniania. W seryjnych silnikach wynosi on około 70-85%. W turbodoładowanych przekracza nawet 150%.Gp - to gęstość powietrza. Im wyższa temperatura, tym powietrze jest rzadsze (inaczej mówiąc ma mniejszą gęstość). Stąd wynika, że należy do silnika doprowadzać zawsze jak najzimniejsze powietrze (tzw. zimny dolot), a umieszczenie filtra stożkowego w gorącej komorze silnika tylko pogarsza moc.Lambda - to istniejący w naszym silniku ...
Volfodzio