Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej

Wydział: Budowy Maszyn i Informatyki

Kierunek: Mechanika i Budowa Maszyn

Specjalność: Samochody i Silniki

Rok III / sem. 6

Wojciech Duraj

LABORATORIUM SILNIKÓW

SALINOWYCH

Temat: Ocena sprawności napełnienia silnika ZI.

Cel ćwiczenia

Poznanie i zmierzenie współczynnika napełnienia badanego silnika o zapłonie iskrowym.

Wstęp teoretyczny

Wartości współczynnika napełniania w zależności od rodzaju silnika:
         
    - dla silników o zapłonie iskrowym  η_v = 0, 6 ÷ 0, 7
          
    - dla silników o zapłonie samoczynnym η_v = 0, 8 ÷ 0, 9

Parametry wpływające na napełnienie cylindra:

• Fazy rozrządu

• Prędkość obrotowa i obciążenie

• Konstrukcja układu dolotowego

• Współczynnik reszty spalin

• Temperatura świeżego ładunku

• Temperatura na początku napełniania

• Ciśnienie na początku napełniania

• Gęstość powietrza

• Filtr powietrza o zmniejszonych oporach przepływu powietrza

Przebieg ćwiczenia

Ćwiczenie polegało na obliczeniu współczynnika napełnienia. Do którego potrzebne jest rzeczywisty strumień masy powietrza wpływającego do cylindrów oraz teoretyczny strumień masy powietrza. Ten pierwszy jest wyświetlany w trakcie badań z komputerem przepływowym Masstrol St2 - HOFER HO 1 ½ .

Natomiast teoretyczny strumień masy należy obliczyć z podanych parametrów:

P=970 hPa - ciśnienie

t=18 stop . C w pomieszczeniu (18 stop . C = 291 K)

Silnik : 903 cm3 , 4cylindry , wtrysk 1-punktowy

$\dot{m_{t}} = \frac{2 \bullet 60 \bullet V_{\text{ss}} \bullet n \bullet \rho_{p}}{\tau}$ $\left\lbrack \frac{\text{kg}}{h} \right\rbrack$

Gdzie:

V_ss – objętość skokowa silnika w m³,

n – prędkość obrotowa silnika w obr/min,

τ - liczba suwów silnika

ρ_p – gęstość powietrza w pomieszczeniu badawczym

$$\rho_{p} = \frac{P}{r \bullet T} = \frac{97000}{287,05 \bullet 291} = 1,16\left\lbrack \frac{\text{kg}}{m^{3}} \right\rbrack$$

$$\dot{m_{r2}} = \dot{V \bullet 1,2}$$

Pomiar przeprowadziliśmy starając się utrzymać stały moment obrotowy na poziomie 30Nm odpowiednio sterując przepustnicą dla zmiennych prędkości obrotowych.

Wyniki pomiarów:

n [obr/min]	Mo [Nm]	$$\dot{V}\left\lbrack \frac{m^{3}}{h} \right\rbrack$$	$$\dot{m_{r}}\left\lbrack \frac{\text{kg}^{3}}{h} \right\rbrack$$	$$\dot{m_{t}}\left\lbrack \frac{\text{kg}^{3}}{h} \right\rbrack$$	ηv	$$\dot{m_{r2}}\left\lbrack \frac{\text{kg}^{3}}{h} \right\rbrack$$	ηv2
1400	30	16,37	19,02	43,85	0,4337712	19,644	0,4480022
1800	30,7	21,4	24,81	56,38	0,4400809	25,68	0,455513
2200	31,2	26,85	31,17	68,90	0,4523685	32,22	0,4676071
2600	30,8	31,57	36,6	81,43	0,4494548	37,884	0,4652225
3000	30,6	36,54	42,45	93,96	0,451788	43,848	0,4666667
3400	30,8	42,55	49,35	106,49	0,4634325	51,06	0,4794906
3800	30,2	48,92	56,75	119,02	0,4768266	58,704	0,4932446
4200	30,1	54,15	62,82	131,54	0,4775588	64,98	0,4939792
4600	30,3	60,86	70,61	144,07	0,4901022	73,032	0,5069132

Wykres:

Wnioski

Utrzymując stały moment obrotowy zauważamy, że przy wzroście prędkości obrotowej rośnie współczynnik napełnienia.. Dla niższych obrotów (gdzie prędkość przepływającego powietrza jest mała i stosunkowo mało powietrza jest „zasysane” przez silnik) kanał dolotowy jest zbyt krótki i powstałe pulsacje powietrza w wyniku pracy zaworów powodują podciśnienie które zmniejsza napełnienie cylindra. Z kolei dla wyższych prędkości obrotowych (gdzie wymaga się strumienia dużej ilości powietrza, a pulsacje zanikają przez częste napełnianie któregoś z cylindrów) kanał jest zbyt długi i utrudnia dopływ powietrza do cylindrów. Odpowiednia budowa kanału powoduje wzrost sprawności napełnienia dla optymalnych obrotów silnika.

Spadek sprawności wolumetrycznej wraz ze spadkiem obciążenia jest spowodowany przymknięciem przepustnicy. Wraz ze wzrostem obciążenia opory przepływu powietrza rosną jednak nie dzieje się to w sposób liniowy. Wynikiem tego jest wzrost sprawności wraz ze wzrostem obciążenia.

W celu zmniejszenia efektu pulsacji zastosowano zbiornik wyrównawczy.

Wartości współczynnika napełniania   utrzymuje się na stosunkowo niskim poziomie 0,43-0,50  ( dla silników o zapłonie iskrowym  η_v = 0, 6 ÷ 0, 7) jest to związane z zakresem pracy na jakim zostało przeprowadzone badanie. Przy stałej prędkości obrotowej wartość współczynnika rośnie proporcjonalnie do wzrostu wartości momentu obrotowego.