Temat 1 : OBLICZENIA CIEPLNE I WYKRES INDYKATOROWY SILNIKA O ZAPŁONIE ISKROWYM (S o ZI)

Wykres pracy wolnossącego czterosuwowego S o ZI

1. PARAMETRY TECHNICZNE SILNIKA

N_z [kW] - moc znamionowa silnika

n _z [obr/min] - prędkość obrotowa mocy znamionowa

M_max [Nm] - maksymalny moment obrotowy

n _M [obr/min] - prędkość obrotowa maksymalnego momentu obrotowego

V_SS [m³] - objętość skokowa silnika

i - liczba cylindrów silnika

ε - stopień sprężania

2. OBLICZENIE ŚREDNIEGO CIŚNIENIA UŻYTECZNEGO - p_e DLA MOCY ZNAMIONOWEJ

p_e [MPa] → z parametrów technicznych silnika za pomocą I postaci równania mocy silnika

Dla wolnossących S o ZI z wtryskiem paliwa lekkiego do samochodów osobowych średnie ciśnienie użyteczne przyjmuje wartości:

p_e [MPa] =0,8 ÷ 1,2

3. WARUNKI POWIETRZA OTACZAJĄCEGO

Do obliczeń silnika spalinowego przyjmuje się normalne warunki atmosferyczne wg PN-91/M-36160 odpowiednika normy ISO 3046/1)

p_o = 0,1 MPa

T_o = 298 K (25°C)

4. OBLICZENIA DO UPROSZCZONEGO WYKRESU INDYKATOROWEGO S o ZI (BEZ SUWU DOLOTU I WYLOTU)

4.1. Obliczenia parametrów punktu 1 wykresu obliczeniowego

4.1.1. Dobór p₁; T₁

Dla SoZI do samochodów osobowych przyjmuje się:

p₁ [MPa] = 0,08 ÷ 0,095

T₁ [K ] = 320 ÷ 400

4.1.2. Obliczenie objętości skokowej jednego cylindra - V_S

V_S [m³] → za pomocą V_SS

4.1.3. Obliczenie objętości komory spalania - V_O

V_O [m³] → za pomocą ε i V_S

4.1.4. Obliczenie objętości całkowitej cylindra - V_C

V_C [m³] → za pomocą V_S i V_O

przy czym: V_C = V₁

4.2. Obliczenia parametrów punktu 2 wykresu obliczeniowego

4.2.1. Dobór wykładnika politropy sprężania - m₁

Dla SoZI mamy:

m₁ = 1,28 ÷ 1,4

p₂ [MPa] = 1,5 ÷ 2,2

T₂ [K ] = 650 ÷ 800

4.2.2. Obliczenie masy czynnika - M w obiegu obliczeniowym

M [kg] → za pomocą równania stanu gazów

4.2.3. Obliczenie ciśnienia w punkcie 2

p₂ [MPa] - za pomocą równania politropy

4.2.4. Obliczenie objętości w punkcie 2

V₂ [m³] = V_O

4.2.5. Obliczenie temperatury w punkcie 2

T₂ [K] - za pomocą równania stanu gazów

4.3. Obliczenia parametrów punktu 3 wykresu obliczeniowego

4.3.1. Dobór maksymalnego ciśnienia spalania - p_max

Dla SoZI do samochodów osobowych mamy następujące związki liczbowe i zakresy wartości - p_max:

p_max [MPa] = 3,0 •p₂ → p_max [MPa] = 3,0 •(1,5 ÷ 2,2)

p_max [MPa] =4,5 ÷ 6,6

4.3.2. Obliczenie ciśnienia w punkcie 3

p₃ [MPa] = p_max

4.3.3. Obliczenie objętości w punkcie 3

V₃ [m³] = V_O

4.3.4. Obliczenie temperatury w punkcie 3

T₃ [K] → za pomocą równania stanu gazów

4.4. Obliczenia parametrów punktu 4 wykresu obliczeniowego

4.4.1. Dobór współczynnika izobarycznego wzrostu objętości - φ

Dla SoZI mamy: φ = 1,2 ÷ 1,8

4.4.2 Obliczenie ciśnienia w punkcie 4

p₄ [MPa] = p₃

4.4.3. Obliczenie objętości punkcie 4

V₄ [m³] = φ V₃ gdyż →φ = V₄/V₃

4.4.4. Obliczenie temperatury w punkcie 4

T₄ [K] → za pomocą równania stanu gazów

4.5. Obliczenia parametrów punktu 5 wykresu obliczeniowego

4.5.1. Dobór wykładnika politropy rozprężania - m₂

Dla SoZI do samochodów osobowych mamy: m₂ = 1,25 ÷ 1,35

4.5.2. Obliczenie ciśnienia w punkcie 5

p₅ [MPa] → za pomocą równania politropy

4.5.3. Obliczenie objętości w punkcie 5

V₅ [m³] = V_S + V_O

4.5.4. Obliczenie temperatury w punkcie 5

T₅ [K] → za pomocą równania stanu gazów

5. Obliczenie pracy obiegu obliczeniowego - L_obl.

6. Obliczenie pracy indykowanej - L_i

6.1. Dobór współczynnika wypełnienia wykresu - ξ

Dla SoZI do samochodów osobowych współczynnik wypełnienia wykresu przyjmuje wartości: ξ = 0,92 ÷ 0,98

7. Obliczenie średniego ciśnienia indykowanego - p_i

8. Sprawdzenie zgodności średniego ciśnienia użytecznego z wykresu indykatorowego - p_{e wykr.} ze średnim ciśnieniem użytecznym obliczonym z równania mocy - p_e

Dla SoZI do samochodów osobowych przyjmuje się - η_m = 0,75 ÷ 0,9

Jeżeli obliczenia cieplne zostały przeprowadzone poprawnie, to średnie ciśnienie użyteczne z wykresu indykatorowego - p_{e wykr.} powinno być równe średniemu ciśnieniu użytecznemu obliczonemu z równania mocy - p_e. W przypadku braku zgodności tych wartości p_{e wykr.} i p_e obliczenia należy korygować aż do skutku.

9. Obliczenie sprawności ogólnej silnika - η_O

gdzie:

λ - współczynnik nadmiaru powietrza; z uwagi na obecność czujnika tlenu (sondy λ) w układzie zasilania z wtryskiem benzyny przyjmujemy λ = 1,

M_t - przeciętna teoretyczna ilość powietrza niezbędna do spalenia 1 kg paliwa ciekłego; dla benzyny - M_t [kg powietrza/kg paliwa]= 14 ÷ 15

v_a - objętość właściwa otaczającego powietrza dla warunków normalnych p_a, T_a;

v_a [m³/kg powietrza] = 0,855η_v - współczynnik napełnienia; przy czym dla SoZI do samochodów osobowych współczynnik przyjmuje wartości: η_v = 0,75 ÷ 0,90

10. Obliczenie sprawności ogólnej silnika - η_O

gdzie:

W_U [MJ/kg paliwa] -wartość opałowa paliwa;

Dla benzyny W_U [MJ/kg paliwa ]= 43 ÷ 44

Sprawność ogólna SoZI do samochodów osobowych wynosi - η_O = 0,28 ÷ 0,35

11. Obliczenie jednostkowego zużycia paliwa - g_e

lub

Dla wolnossących SoZI do samochodów osobowych jednostkowe zużycie paliwa wynosi:

g_e [g/MJ] = 60 ÷ 90 lub

g_e [g/kWh] = 220 ÷ 325

W tekście pracy zespołowej należy podać zastosowane wzory, wykonane obliczenia dotyczące dwóch punktów pracy silnika):

I wersja:

II wersja:

I następujące :

1. Wykresy otwarty wykres indykatorowy dla p_{max I} = f (α), p_{max II} = f (α) w jednym układzie współrzędnych

2. Indywidualnie oceny wrażliwości wybrane parametru pracy silnika np. sprawności, analogu obciążeń cieplnych (Tmax),analogu obciążeń mechanicznych (Pmax, dp/dα max), analogu toksyczności (stężenie tlenków azotu) od wybranych parametrów konstrukcyjnych, regulacyjnych lub eksploatacyjnych . Oceny takie można przeprowadzić metodą analityczna bądź z zastosowaniem programu Zinox lub ZPAL

Do wspólnego dla zespołu, przedstawionego w formie zwartej, wydrukowanego egzemplarza pracy domowej należy dołączyć na CD całą treść pracy domowej z indywidualnymi ocenami wrażliwości .

6