silnik_podstawowe.pdf

SILNIK

Podstawowepojęcia

Silnik spalinowy jest silnikiem cieplnym, który wykonuje pracę mechaniczną kosztem

energii gorących spalin o wysokim ciśnieniu, wytwarzanych w wewnętrznej przestrzeni

roboczejprzezspalaniemieszankipalnej,czylimieszaninypaliwaipowietrza.Spalaniejest

procesemchemicznym,polegającymnałączeniusiępaliwaztlenemzawartymwpowietrzu

atmosferycznym.Zapłonmieszankiodbywasięalboodiskryelektrycznej,przeskakującej

naelektrodachświecyzapłonowej(wsilnikuozapłonieiskrowym,zasilanymbenzynąlub

gazem), albo w wyniku wzrostu temperatury silnie spręŜonego powietrza (w silniku o

zapłoniesamoczynnymzasilanymolejemnapędowym).

NapórrozpręŜającychsięspalinnatłokisprawia,Ŝeustępującprzemieszczająsięwdółi

zmuszająwałkorbowydoobracaniasię.Tenruchobrotowynapędzakołasamochodu.

Ruchtłokajestposuwistozwrotny,cooznacza,ŜepoosiągnięciunajniŜszegopołoŜenia

(nazywanegodolnympołoŜeniemzwrotnymlubzwrotemwewnętrznym)rozpoczynaruch

do góry, pchany przez korbowód, i osiąga górne połoŜenie zwrotne (nazywane takŜe

zwrotemzewnętrznym).Wsilnikuczterosuwowym,obecniepowszechniestosowanymw

samochodach, w trakcie dwóch obrotów wału korbowego, tłok wykonuje cztery kolejne

skoki (suwy), kaŜdy o innym przebiegu procesów w cylindrze: suw ssania – tłok

przemieszczającsiędozwrotuwewnętrznegozasysamieszankępaliwowopowietrzną,suw

spręŜania–tłokpowracadozwrotuzewnętrznegoipowodujewzrostciśnieniaładunkuna

zmniejszania ich objętości (wtedy oba zawory są zamknięte), suw pracy – paląca się

mieszankazwiększaswojeciśnienieinapieranatłok,którywykonujepracęmechaniczną,

suw wydechu – tłok przemieszczając się do zwrotu zewnętrznego wypycha spaliny z

cylindraprzezotwartyzawórwylotowynazewnątrzsilnika.

Odległośćpomiędzyzwrotamizewnętrznymawewnętrznymjestnazywanaskokiemtłoka.

Skok tłoka pomnoŜony przez powierzchnię przekroju otworu cylindra oraz przez liczbę

cylindrówwsilnikudajewwynikupojemnośćskokowąsilnika.

InnymiparametramiwyróŜniającymidanysilniksą:

Stopień spręŜania wskazuje ile razy objętość przestrzeni roboczej cylindra maleje

podczasspręŜaniawnimładunku,czylijaksilniezmieniasięobjętośćpobranejmieszanki

podczassuwuspręŜania.Tenparametrkonstrukcyjnysilnikadecydujeojegosprawności

cieplnej.WiększystopieńspręŜaniapowodujepowstaniewiększegociśnieniagazówicoza

tymidziewiększychosiągówsilnika(mocy,momentu).WpraktycemoŜliwościstosowania

wysokich stopni spręŜania są ograniczone skłonnością zbyt nagrzanej mieszanki do

niewłaściwego spalenia (tzw. detonacyjnego), bardzo szkodliwego dla mechanizmów

silnika.

Momentobrotowytosiłapowodującaobrótprzedmiotu.Momentobrotowysilnikajestto

moment przenoszony przez wał korbowy na elementy przeniesienia napędu, inaczej

mówiącmomentrozwijanyprzezsilnikjestźródłemsiłynapędzającejpojazd.

Momentobrotowy(podawanywniutonometrach)jestiloczynemsiłygazowej(Nnarysunku)oraz

ramieniajejdziałania,czyliramieniawykorbienia(Rnarysunku):

momentobrotowy[Nm]=siła[N]xramię[m]

Momentobrotowysilnikazmieniasięznaczniewzakresiedwuobrotówwałukorbowego

stanowiących cykl pracy silnika. Aby wahania momentu były mniejsze, stosuje się koło

zamachowe.Bezwładnośćkołazamachowegozmniejszanierównomiernośćbiegusilnika.

Dla zmniejszenia nierównomierności zwiększa się ilość cylindrów w silniku. Moment

obrotowyprzekazywanyzwałukorbowegodokółzwiększasięwtakiejproporcji,wjakiej

malejeprędkośćobrotowasilnikaredukowanawskrzynibiegówiprzekładnigłównej.

Moment obrotowy silnika zmienia się zaleŜnie od prędkości obrotowej silnika. Idealna

krzywamomentudlapojazdupowinnabyćpłaskabezwidocznegowpływuzmianprędkości

silnika.Wrzeczywistychcharakterystykachwystępujemaksimummomentu.JeŜelijestto

charakterystykaotrzymanaprzypełnymotwarciuprzepustnicy,tomomenttennazywamy

maksymalnym.

Mocsilnikajesttoilośćpracy,jakąmoŜeonwykonaćwokreślonymczasie.Mocsilnika

zaleŜyodwieluczynników,zktórychnajistotniejszymisą:konstrukcjasilnika,jegoobjętość

skokowa i prędkość obrotowa. W celu podwyŜszenia mocy silnika stosuje się czasami

doładowywanie,czylidodatkowyukład,którypozwalazmieścićwcylindrachwiększąmasę

powietrza,niŜzasysanaswobodnieprzeztłokiispalićwięcejpaliwa.

Wykres mocy silnika w funkcji prędkości obrotowej, rozwijanej przy pełnym otwarciu

przepustnicy nazywa się charakterystyką zewnętrzną (takŜe eksploatacyjną lub

prędkościową).NaleŜyzwrócićuwagę,Ŝecharakterystykazewnętrznanieokreślaosiągów

silnika po zamontowaniu w samochodzie, poniewaŜ wyznacza się ją w hamowani

silnikowej,mierzącmomentobrotowyorazprędkośćobrotową:moc=stałaxmomentx

prędkośćobrotowa.

Jak widać na wykresie moment obrotowy osiąga swoje maksimum przy określonej

prędkości,anastępniezaczynaspadać,leczrozwijanamocrośnienadaldziękitemu,Ŝe

wzrasta prędkość obrotowa. Gdy moment spadnie na tyle, Ŝe wzrost mocy dzięki

przyrostowiprędkościobrotowejstajesięniemoŜliwy–moctakŜezaczynaspadać.Ten

punkt, od którego zaczyna się spadek mocy nazywamy mocą maksymalną. Jest to

największa moc uŜyteczna, jaką silnik moŜe rozwijać pod niezmiennym obciąŜeniem w

ciąguokreślonegoczasu,nieprzekraczającdopuszczalnegoobciąŜeniaposzczególnych

elementów.

WmiędzynarodowymUkładzieJednostekMiar(UkładSI)jednostkąmocyjestwat,ale

dookreśleniamocysilnikówuŜywasięjejwielokrotności,np.kilowaty(kW).Wpublikacjach

prasowych moŜna jeszcze spotkać dawną jednostkę mocy, którą był koń mechaniczny

(KM),przyczym1KM=0,7355kWi1kW=1,36KM.

Producencipojazdówpodająwdanychtechnicznychmocznamionową(nominalną),czyli

największą gwarantowaną przez wytwórnię moc, jaką osiąga silnik z określonym

wyposaŜeniemwznormalizowanychwarunkachpracy.Wsilnikachsamochodowychbez

regulatoraprędkościobrotowejmocznamionowazregułyodpowiadamaksymalnejmocy

uŜytecznej.

ZdolnośćprzystosowaniasięsilnikadozmianyobciąŜenianazywasięelastycznością

silnika.Elastycznośćsilnikamaistotnywpływnawłasnościtrakcyjnepojazdów.Imsilnikje

stbardziejelastyczny,tymwiększąwykazujezdolnośćdoprzyspieszenia,dopokonywania

wzniesieńitp.Miarąelastycznościsilnikasąwskaźnikielastyczności:momentu,prędkościi

całkowity.

Wskaźnikelastycznościmomentu

e M =M max /M N

gdzie:M max największymomentobrotowysilnika,

M N momentobrotowyodpowiadającynajwiększejmocy.

Wskaźnikelastycznościmomentuobrotowegojestnaogółzawartywnastępujących

granicach:

e M =1,101,30silnikizzapłonemiskrowym,

e M =1,051,15silnikizzapłonemsamoczynnym.

Wskaźnikelastycznościprędkościobrotowej

e M = n N / n M

gdzie: n N prędkośćobrotowasilnikaodpowiadającanajwiększejmocy,

n M prędkośćobrotowasilnikaodpowiadającanajwiększemumomentowi

obrotowemu.

Wskaźniktennaogółjestzawartywgranicach1,32,0.Silnikodznaczającysię

większymwskaźnikiemelastycznościenmawiększyzakresmoŜliwejdowykorzystania

prędkościobrotowejidziękitemulepiejnadajesiędocelówtrakcyjnych.

Wskaźnikelastycznościcałkowitej

E=e M* e M

Wskaźniktennaogółjestzawartywgranicach1,52,5

Typowysilnikczterosuwowyozapłonieiskrowymlubsamoczynnymskładasięz:

kadłuba

układukorbowotłokowego

głowicyzukłademrozrządu

osprzętu,czyliukładówluburządzeńniezbędnychdlaorganizacjiikontroliprocesów

spalania(chłodzeniasilnika,smarowania,zasilaniapaliwem,zapłonu).

[Więcejinformacjinatematbudowysilnikówpodanowkarcie"Silnikkonstrukcja"]

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: