Wskaźniki porównawcze silników

WSKAŹNIKI SZYBKOBIEŻNOŚCI

1. Zastosowanie prędkości obrotowej silników

2. Celowość zwiększania prędkości obrotowej silników

3. Co ogranicza prędkość obrotową4. Typowe prędkości obrotowe silników5. Prędkość tłoka

Ad.1. Zastosowanie prędkości obrotowej silników

Prędkość obrotową silnika stosuje się jako wskaźnik porównawczy do oceny

silników tego samego typu i zastosowania.

Ad.2. Celowość zwiększania prędkości obrotowej silników

Zwiększenie prędkości obrotowej silnika przy określonej pojemności skokowej cylindrów powiększa moc

silnika.

Ad.3. Co ogranicza prędkość obrotową

A. w ZS (zapłon samoczynny) – czas na przygotowanie mieszanki palnej i jej spalenie (ZS szybkoobrotowe) oraz obciążenie spowodowane wzrostem sił bezwładności w układzie korbowym.

B. w ZI (zapłon iskrowy ) opory przepływu przez zawór co powoduje pogorszenie

napełniania (spada moc) znaczny wzrost sił bezwładności w układzie korbowym co

powoduje konieczność dokładniejszego wyrównoważenia, a co wiąże się z kosztami

wzrost sił bezwładności w układzie rozrządu, wobec czego należy stosować mocniejsze, a więc o większych wymiarach sprężyny zaworowe a co ogranicza konstrukcja głowicy silnika

wzrasta częstotliwość suwów pracy, a tym samym rośnie obciążenie cieplne silnika w czasie. Najbardziej obciążonymi cieplnie elementami silnika są : denko tłoka i zawór wylotowy. Powoduje to konieczność stosowania materiałów o wyższej jakości, a co za tym idzie – droższych.

Ad.4. Typowe prędkości obrotowe silników

Typowe prędkości obrotowe nowoczesnych silników kształtują się następująco:

Silniki ZI samochodów: osobowych n ~ 5500

obr/min sportowych n ~ 7500

obr/min wyścigowych ~ 10000

obr/min

Silniki ZS samochodów: ciężarowych n ~ 300

obr/min osobowych ~ 4200

obr/min

Ad.5.Prędkość tłoka

Średnia prędkość tłoka Cśr jest określona zależnością:

Cśr = 2S∙n m/s

S – skok tłoka w mn – prędkość obrotowa w obr/s

Wzrost prędkości obrotowej powoduje zwiększenie średniej prędkości tłoka, co niekorzystnie wpływa na trwałość silnika, a w szczególności gładzi cylindrowej i pierścieni tłokowych. Aby zapobiec wzrostowi średniej prędkości tłoka stosuje się mały stosunek skoku tłoka do średnicy cylindra S/D. Stosunek ten w najnowszych konstrukcjach jest bliski jednej lub nawet mniejszy od jedności.

Przy zachowaniu określonej objętości skokowej cylindra zmniejszeniu skoku tłoka musi towarzyszyć zwiększenie średnicy cylindra, a więc i średnic gniazd zaworowych, co sprzyja dobremu napełnieniu cylindra. Krótszy skok tłoka daje mniejsze straty tarcia i umożliwia ponadto zmniejszenie wysokości silnika. Zwiększenie średnicy cylindra zwiększa pole czynnej powierzchni tłoka, na którą działa ciśnienie gazów, dzięki czemu zwiększa się również siła gazowa działająca na tłok.

W nowoczesnych silnikach są stosowane następujące maksymalne wartości średniej

prędkości tłoka:

Silniki ZI: osobowe małe cśr

=13m/s osobowe duże cśr

=16m/s sportowe cśr=19m/s wyścigowe cśr=22m/s

Silniki ZS: osobowe cśr=14m/s ciężarowe średnie

cśr=12m/s ciężarowe duże

cśr=11m/s

WSKAŹNIK MOCY

1. Zadanie wskaźników mocy2. Zwiększenie mocy silnika3. Wskaźnik Nv

4. Wskaźnik tłokowy mocy NF

5. Wskaźnik masowy mocy NG

Ad.1. Zadanie wskaźników mocy

Wskaźniki mocy charakteryzują obciążenie silnika w warunkach

znamionowych.

Ad.2. Zwiększenie mocy silnika

Zwiększenie średniego ciśnienia pe a tym samym mocy silnika można uzyskać przez:

podwyższenie stopnia sprężania w silnikach ZI zmniejszenie współczynnika nadmiaru powietrza λ w

silnikach ZS zastosowanie doładowania

Ad.3. Wskaźnik Nv

Nz – moc znamionowa silnika w MW Vss – objętość skokowa silnika w m3

pe – średnie ciśnienie użyteczne w MPa n – prędkość obrotowa w obr/s π – wskaźnik obiegu

Objętościowy wskaźnik mocy charakteryzuje stopień wykorzystania objętości skokowej. Wskaźnik Nv jest

to stosunek znamionowe mocy użytecznej do objętości skokowej silnika

Nv = Nz /Vss = (pe*2n )/∏ MW/m3

Ad.4.Wskaźnik tłokowy mocy NF

Tłokowy wskaźnik mocy NF jest to stosunek znamionowej mocy cylindrowej tj. mocy jednego cylindra N1 do pola czynnej powierzchni denka tłoka:

NF= N1 / Atπ kW/m3 

N1 – moc przypadająca na jeden cylinder N1

Atπ – pole czynnej powierzchni denka tłoka w cm2

Ad.5. Wskaźnik masowy mocy NG

Masowy wskaźnik mocy NG jest to stosunek mocy znamionowej do masy silnika suchego.

NG= Nz / Gs kW/kg

Nz – moc znamionowa w kW Gs – masa silnika suchego w kg

WSKAŹNIKI MASY

1. Zadanie wskaźników masy2. Jednostkowa masa silnika Gn

3. Objętościowy wskaźnik masy silnika Gv

Ad.1. Zadanie wskaźników masy

Wskaźniki masy charakteryzują stopień wykorzystania materiałów, które zostały użyte do

budowy silnika.

Ad.2. Jednostkowa masa silnika Gn

Jednostkowa masa silnika Gn jest to stosunek masy silnika suchego do jego mocy znamionowej.

Gn= Gs / Nz kg/kW

Ad.3. Objętościowy wskaźnik masy silnika Gv

Objętościowy wskaźnik masy silnika Gv jest to stosunek masy silnika suchego do objętości

skokowej silnika.

Gv=Gs / Vss kg/m3

WSKAŹNIKI EKONOMICZNOŚCI

Oznaczenia 

Csr - średnia prędkość tłoka Nv - objętościowy wskaźnik mocy NF - masowy wskaźnik mocy Gn - jednostkowa masa silnika Gv - objętościowy wskaźnik masy

silnika qe -jednostkowe zużycie ciepła

Wskaźniki te charakteryzują silnik pod względem ekonomiki jego użytkowania. Głównym z nich jest

jednostkowe zużycie paliwa ge. Jednostkowe zużycie paliwa może być parametrem

porównawczym dla silników zasilanych paliwem o takiej samej wartości opałowej Wu. Aby uzyskać

parametr do porównania silników zasilanych paliwami o różnych wartościach opałowych,

należy pomnożyć ge przez Wu. Otrzymaną w ten sposób wielkość nazywamy jednostkowym

zużyciem ciepła:

qe = ge ∙ Wu J/(W∙S)

Literatura[1]Jan Kijewski Silniki spalinowe.

Pracę wykonał Pietras Patryk

Dziękuję za uwagę