Projekt wspfinansowany ze rodkw Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Spoecznego

Projekt Rozwj i promocja kierunkw technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie

Akademia Morska w Szczecinie, ul. Way Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin

1

Materiay dydaktyczne

Tokowe silniki spalinowe i ich systemy sterowania

Semestr V

Wykady

Projekt wspfinansowany ze rodkw Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Spoecznego

Projekt Rozwj i promocja kierunkw technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie

Akademia Morska w Szczecinie, ul. Way Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin

2

Temat 1 (3 godz.): Podstawy budowy i dziaania silnikw spalinowych Zagadnienia:

A. Zasada dziaania silnikw spalinowych B. Budowa konstrukcyjna silnika spalinowego

Zagadnienie: 1A Zasada dziaania silnikw spalinowych Energia

Energia okrela zdolno ciaa lub ukadu cia do wykonania pracy przy przejciu z jednego stanu do drugiego. Energia jest wasnoci materii, ktrej wydzielon cz nazywa si ukadem. Wykonanie przez ukad pracy dodatniej wystpuje wtedy, gdy jedynym skutkiem oddziaywania pomidzy tym ukadem a ciaami zewntrznymi moe by podniesienie ciaru znajdujcego si poza ukadem. Przekazywanie energii pomidzy ukadami zamknitymi, ktre nie jest wykonaniem pracy, nazywa si przepywem ciepa.

Silnik spalinowy suy do przetworzenia energii cieplnej, otrzymanej w wyniku spalania paliwa, na energi mechaniczn ruchu obrotowego. Wykorzystuje si do tego przestrze robocz w czci konstrukcyjnej zwanej cylindrem oraz mechanizm korbowy. W cylindrze realizuje si cykl przemian zamknitych gazu roboczego, tworzcych tzw. obieg cieplny, ktrego efektem jest praca cieplna obiegu. Prac t zamienia mechanizm korbowy na prac mechaniczn ruchu obrotowego.

Poszczeglne przemiany w obiegu cieplnym s dobierane w taki sposb aby speniay wymaganie realizowalnoci oraz odpowiedniej efektywnoci. Za przykad moe posuy obieg teoretyczny Sabathe, odpowiadajcy procesom realizowanym praktycznie w silnikach o zaponie samoczynnym.

Projekt wspfinansowany ze rodkw Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Spoecznego

Projekt Rozwj i promocja kierunkw technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie

Akademia Morska w Szczecinie, ul. Way Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin

3

Rys. 1. Obieg teoretyczny Sabathe

Spranie izentropowe a-c; doprowadzanie ciepa izochoryczno izobaryczne c-z'-; rozpranie izentropowe z-b; odprowadzanie ciepa izochoryczne b-a

W obiegu tym przyjmuje si, e ciepo dopywa do gazu roboczego drog wymiany

ciepa ze rdem grnym ciepa oraz jest odprowadzane od gazu roboczego drog wymiany ciepa ze rdem dolnym ciepa. Stwarza to moliwo zachowania niezmienionej masy gazu roboczego w cylindrze, niezalenie od iloci zrealizowanych cykli.

Zamiana dostarczonego ciepa na prac zewntrzn odbywa si z okrelon sprawnoci. Wielko tej sprawnoci zaley od wybranych parametrw konstrukcyjnych i roboczych silnika. Silnik o zaponie samoczynnym wedug patentu Rudolfa Diesela Silnik o spalaniu wewntrznym

Paliwem jest olej napdowy lub opaowy. Przemiany obiegu cieplnego odbywaj si w przestrzeni roboczej nazywanej cylindrem. Zmian objtoci gazu roboczego realizuje si za pomoc ruchu posuwisto-zwrotnego toka. Gazem roboczym jest powietrze pobierane z otoczenia poprzez mechanizm rozrzdu.

Projekt wspfinansowany ze rodkw Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Spoecznego

Projekt Rozwj i promocja kierunkw technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie

Akademia Morska w Szczecinie, ul. Way Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin

4

Obieg rzeczywisty cykl przemian

Spranie zwizane z ruchem toka od DMP do GMP. Procesowi podlega czyste powietrze zawarte w cylindrze. Maleje objto a rosn cinienie i temperatura gazu stosownie do charakteru wymiany ciepa z otoczeniem.

Spalanie doprowadzanie ciepa. Spalaniu podlega dawka paliwa ciekego (olej napdowy lub olej opaowy) wtrynitego do spronego powietrza znajdujcego si w komorze spalania. Wielkoci charakterystyczn tego paliwa jest jego warto opaowa dW .

dW = 42 - 43 MJ/kg dla oleju napdowego

dW = 39,3 - 40,5 MJ/kg dla oleju opaowego Rozpranie zwizane z ruchem toka od GMP do DMP.

Rozpraniu podlegaj spaliny utworzone w cylindrze w wyniku spalania. Zwiksza si objto a obniaj cinienie i temperatura gazu. Charakter zmian tych parametrw zaley od procesw dopywu i odpywu ciepa.

Wydech spalin i napenianie cylindra powietrzem. Odbywa si poprzez otwarcie kanau czcego cylinder z atmosfer, realizowane sekwencyjnie za pomoc elementw rozrzdu silnika. W czasie wydechu cinienie gazw w cylindrze jest wysze od cinienia otoczenia, a podczas napeniania cinienie powietrza zasilajcego jest wysze od cinienia panujcego w cylindrze. Poczenie cylindra z atmosfer odbywa si za pomoc mechanizmu rozrzdu. W praktyce spotyka si rozwizanie techniczne tego mechanizmu z zaworem grzybkowym umieszczonym w gowicy cylindrowej lub otworami wykonanymi w tulei cylindrowej, sterowanymi tokiem. Rodzaj zastosowanego mechanizmu rozrzdu wpywa na liczb suww toka niezbdn do uzyskania rzeczywistego obiegu cieplnego. Spotykane w praktyce to silniki dwusuwowe i czterosuwowe.

Rys.2. Schemat dziaania silnika dwusuwowego: a) suw sprania, b) suw pracy (rozprania)

Projekt wspfinansowany ze rodkw Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Spoecznego

Projekt Rozwj i promocja kierunkw technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie

Akademia Morska w Szczecinie, ul. Way Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin

5

Rys.3. Schemat dziaania silnika czterosuwowego: a) suw napeniania, b) suw sprania, c) suw rozprania, d) suw wydechu.

Zagadnienie: 1B Budowa konstrukcyjna silnika spalinowego

Budowa konstrukcyjna silnika spalinowego zapewnia praktyczn realizacj przemiany energii cieplnej na energi mechaniczn w oparciu o teori obiegw cieplnych, odpowiednio do zdefiniowanych wskanikw pracy. Przestrze robocza jest uksztatowana w formie cylindra, z moliwoci zmiany objtoci gazu roboczego w czasie kadego cyklu oraz powtarzalnoci cykli przez czas uytkowania silnika. Wystpujce obcienia mechaniczne i cieplne wpywaj na przyjte rozwizania konstrukcyjne poszczeglnych elementw, zastosowane materiay i technologie wykonania. W budowie konstrukcyjnej silnika wyrniamy trzy zasadnicze zespoy: kadub, mechanizm korbowy, mechanizm rozrzdu zaworowego.

Projekt wspfinansowany ze rodkw Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Spoecznego

Projekt Rozwj i promocja kierunkw technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie

Akademia Morska w Szczecinie, ul. Way Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin

6

1. Kadub stanowi zbir elementw nieruchomych tworzcych przestrzenie robocze (cylindry), umoliwiajcych funkcjonowanie mechanizmu korbowego i rozrzdu zaworowego, monta i dziaanie podzespow instalacji silnika oraz posadowienie silnika na fundamencie. Gwnymi elementami kaduba s: blok cylindrowy, skrzynia korbowa i gowica. Stosowane s silniki wielocylindrowe, std liczba cylindrw odpowiada liczbie przestrzeni roboczych silnika.

2. Mechanizm korbowy stanowi zbir elementw ruchomych powizanych odpowiednimi przegubami, umoliwiajcymi ruch posuwisto-zwrotny toka w cylindrze oraz obrotowy wykorbienia w skrzyni korbowej, przy zastosowaniu korbowodu czcego tok z wykorbieniem. Dziki temu, praca obiegu roboczego moe by przeksztacona na prac mechaniczn ruchu obrotowego, ktra to forma pracy jest wykorzystywana w dziaaniu odbiornika energii (np. ruby okrtowej) bezporednio poczonego z silnikiem.

3. Mechanizm rozrzdu zaworowego stanowi zbir elementw umoliwiajcych realizacj procesu wymiany adunku w cylindrze, celem sekwencyjnego kontynuowania kolejnych cykli pracy silnika. Zawr grzybkowy umieszczony w gowicy stanowi zasadniczy element tego mechanizmu, ktrego zadaniem jest okresowe otwieranie poczenia midzy cylindrem i otoczeniem silnika (atmosfer). Praktycznie, stosuje si oddzielny zawr dolotowy, umoliwiajcy napenienie cylindra powietrzem i odrbny zawr wylotowy, umoliwiajcy oprnianie cylindra ze spalin. Z zaworem wsppracuje mechanizm umoliwiajcy ruch zaworu w okrelonym przedziale czasu trwania cyklu roboczego, zapewniajce stosowny przekrj swobodnego przepywu gazu. Najczciej do tego celu wykorzystuje si mechanizm krzywkowy, z krzywk pask, wykonujc ruch obrotowy zsynchronizowany z ruchem wykorbienia. Stosownie do rozwizania konstrukcyjnego mechanizmu, pomidzy krzywk pask a zaworem grzybkowym wystpuj rne elementy poredniczce w ruchu. Ponadto, w silniku znajduj zastosowanie inne podzespoy funkcjonalne, tworzce okrelone instalacje silnikowe . S to:

4. Instalacja wtryskowa, ktra jest zbiorem podzespow pozwalajcych na doprowadzenie do cylindrw silnika odpowiedniej dawki paliwa, pod wymaganym cinieniem i w odpowiednim okresie, tak aby speni wymagania narzucane przez sposb tworzenia mieszaniny palnej. W swej podstawowej formie zawiera pomp wtryskow i wtryskiwacze, poczone wysokocinieniowymi rurkami.

5. Instalacja smarowania, ktra jest zbiorem podzespow pozwalajcych na smarowanie okrelonych elementw i par kinematycznych silnika. Odbywa si to za pomoc oleju smarnego, krcego w obiegu zamknitym w czasie funkcjonowania silnika. Gwnymi elementami instalacji smarowania s: zbiornik oleju, pompa, filtry, chodnica i przewody czce.

6. Instalacja chodzca, ktra jest zbiorem podzespow pozwalajcych na odprowadzanie czci ciepa od elementw silnika, naraonych na dziaanie intensywnego strumienia ciepa, do otoczenia za pomoc pynu chodzcego (najczciej wody). W celu zapewnienia cigej realizacji zadania, organizuje si

Projekt wspfinansowany ze rodkw Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Spoecznego

Projekt Rozwj i promocja kierunkw technicznych w