Moment obrotowy i moc silnika a jego obciążenie (1)

Wiemy, jak np. w silniku ma przebiegać proces spalania i jak należy nim kierować w różnych warunkach pracy silnika, aby uzyskać oczekiwany cel. Ta wiedza, w postaci programu, jest wprowadzona do sterownika. Nie jest on w stanie zrobić nic więcej lub w inny sposób, niż jest to napisane w programie. Ta zasada dotyczy wszystkich elektronicznych układów sterujących. Uważam, że jest dobrze, jeśli diagnosta zna, choć pobieżnie, zasadę pracy diagnozowanego układu, a nie tylko przyjmuje za prawdę to, co przekazuje tester diagnostyczny. Wówczas łatwiej analizować wartości parametrów bieżących lub oscylogramy itp.

Wspomniałem na wstępie o silniku, gdyż w ostatnich miesiącach przeczytałem lub usłyszałem kilka twierdzeń świadczących o tym, że autorzy nie znają obecnych zasad sterowania silnikami. Oto przykłady:
- „6. bieg samochodu VW Golf z silnikiem TDI można wykorzystać chyba tylko na autostradzie”;
- „oszczędna jazda, tzw. ecodriving, wymaga płytkiego naciskania pedału gazu”;
- „wadą hybrydowej Toyoty Prius jest brak możliwości ręcznej zmiany biegów”.

Również podkreślanie wyższości współczesnego silnika ZS, polegającej na wyższej wartości jego momentu obrotowego, w porównaniu z silnikiem ZI, o porównywalnej wielkości, nie jest w pełni uzasadnione. To konieczność, a nie szczególna cecha! Bez tej nadwyżki silnik ZS nie byłby, jeśli chodzi o osiągi, porównywalny z silnikiem ZI. Wyjaśnię to w tej serii artykułów.
[img_full]12133|Rys. 1. Ilustracja definicji momentu obrotowego na przykładzie korby. Oznaczenia na rysunku: Mo – moment obrotowy; Fk – siła działająca na ramię korby; Fkp – rzut siły Fk działającej na ramię korby, na kierunek prostopadły do ramienia korby; r – długość ramienia korby. Poszczególne rysunki pokazują trzy charakterystyczne kierunki działania siły Fk w stosunku do ramienia korby: a – siła Fk prostopadła do ramienia korby; b – siła Fk nieprostopadła do ramienia korby; c – siła Fk działa wzdłuż ramienia korby.[/img_full]
Osoby oczekujące bardziej zaawansowanej wiedzy przepraszam, że zaczynam od podstaw, ale nie wszystkie opisywane zagadnienia są obecnie łatwo dostępne w literaturze. Proszę może zaproponować tę lekturę młodszym kolegom.
[skip_main_image]
Moment obrotowy
Znamy tę wielkość, ale proponuję przypomnienie wzoru, z którego ją obliczamy. Moment obrotowy najprościej opisać za pomocą korby, czyli urządzenia, które zamienia ruch posuwisty na obrotowy – (rys. 1a). Jeśli siłą Fk naciskamy na ramię korby w kierunku prostopadłym do tego ramienia, to powstaje moment obrotowy Mo, obliczany ze wzoru (1):
[img_full]12138|[/img_full]
To, gdy siła Fk działa prostopadle do ramienia korby, jest przypadkiem szczególnym. Przeważnie ten kąt jest inny niż prostopadły – (rys. 1b). Wówczas do obliczenia momentu obrotowego, generowanego przez tę siłę, uwzględniamy rzut siły Fk na kierunek prostopadły do ramienia korby, oznaczony Fkp. Wzór do obliczenia momentu obrotowego przybiera ogólniejszą postać (2):
[img_full]12139|[/img_full]
Pozostał jeszcze do rozpatrzenia drugi szczególny przypadek, gdy siła Fk działa wzdłuż ramienia korby – (rys. 1c). Wówczas jej rzut na kierunek prostopadły do ramienia korby ma wartość zerową, a więc nie powstaje moment obrotowy – ma on wartość zerową.
Wszystkie opisane sytuacje, zilustrowane na rys. 1, powtarzają się podczas każdego obrotu wału korbowego silnika spalinowego.

Powstawanie momentu obrotowego w silniku
Siła, która za pośrednictwem korbowodu naciska na ramię wykorbienia wału korbowego, powstaje wskutek nacisku gazów wypełniających komorę spalania o ciśnieniu oznaczonym jako pks na denko tłoka. Wartość tego ciśnienia zmienia się w każdej chwili cyklu pracy silnika. Podczas suwu pracy i wylotu jego wartość zależy istotnie od chwili, w której został inicjowany proces spalania:
- iskrą elektryczną – w silniku ZI;
- wskutek samozapłonu – w silniku ZS.

Chwila rozpoczęcia procesu spalania jest określana przez podanie wartości:
- kąta wyprzedzenia zapłonu - w silniku ZI;
- kąta wyprzedzenia wtrysku – w silniku ZS.

Pomiędzy silnikami ZI i ZS jest taka różnica, że po rozpoczęciu procesu spalania w silniku ZI nie mamy już możliwości wpływania na przebieg procesu spalania. Natomiast w silniku ZS po rozpoczęciu procesu spalania można wpływać na przebieg procesu spalania przez zmiany masy paliwa wtryskiwanego w jego trakcie do komory spalania. Kiedyś uzyskiwano to przez kształtowanie charakterystyki wtryskiwacza, a obecnie jest stosowana technika podziału dawki paliwa na części i ich niezależny wtrysk.
Jeśli najważniejszym kryterium oceny przebiegu procesu spalania podczas jednego cyklu pracy silnika jest wykonanie największej pracy (są też i inne cele, ważniejsze w niektórych stanach lub warunkach pracy silnika – o nich w dalszej części artykułu), to niezależnie od tego, czy jest to silnik ZI, czy ZS, proces spalania powinien być zainicjowany w takiej chwili, aby spełnione były poniższe warunki.
1. Jak największa część procesu spalania powinna się odbyć, gdy tłok jest w pobliżu punktu swojego najwyższego położenia, który nazywamy górnym martwym punktem (GMP) lub zwrotem zewnętrznym (ZW) – rys. 3a. Wówczas całkowita powierzchnia ścianek komory spalania jest najmniejsza, dlatego ilość ciepła tracona przez odpływ do ścianek komory spalania jest najmniejsza, a więc większa ilość ciepła jest zamieniana na pracę.
2. Ciśnienie procesu spalania...

Reklama w Świecie Opon

Raport warsztatowy

Zapisz się, aby otrzymywać regularnie "Raport Warsztatowy"

Twój e-mail

Zamów prenumeratę

Projekt i realizacja:
2007-2012 GlobalVanet