Ústav automobilního
a dopravního inženýrství
PODPORA CVIČENÍ
1
Ing. Jan Vančura
Ústav automobilního a dopravního inženýrství
FSI VUTBR
Ústav automobilního
a dopravního inženýrství
Sací systém spalovacího motoru zabezpečuje přívod nové náplně do válců motoru.
Vzduchu u motorů vznětových a u motorů zážehových s přímým vstřikem paliva do válce
motoru. U motorů s vnější tvorbou směsi pak přívod čerstvé směsi paliva se vzduchem. V
druhém případě je nutno navrhovat sací systém i s ohledem na průběh vytváření směsi v
průběhu sání. U motorů přeplňovaných je vhodnější používat název „systém plnění válců
motoru“.
Požadavky na sací systémy:
Přívod nové náplně do válců motoru
Minimální tlaková ztráta
Co nejlepší naplnění válce ve všech pracovních režimech motoru
Kvalitní řízení tvorby směsi
Sací systémy, stejně jako i jiné strojní systémy, lze dělit podle několika kritérií. V tomto
případě provedeme rozdělení podle taktnosti motoru a podle přeplňování.
Sací systémy
Dvoudobých
motorů
Čtyřdobých
motorů
Bez přeplňování
S přeplňováním
2
Ing. Jan Vančura
Ústav automobilního a dopravního inženýrství
FSI VUTBR
Ústav automobilního
a dopravního inženýrství
Sací a výfukový systém dvoudobého rychloběžného motoru je určen specifickými
podmínkami konstrukce jednostopého vozidla i jinými legislativními požadavky
z hlediska hluku a emisí škodlivých látek ve výfukových plynech.
Požadavky na sací systém dvoudobého motoru:
Filtrace nasávaného vzduchu
Utlumení hluku sání
Příznivé ovlivnění průběhu točivého momentu a výkonu motoru
První dva body řeší uklidňovací komora s integrovaným prostorem pro sací filtr. Objem
komory je cca 20x větší než zdvihový objem válce. Dříve byla často komora tvořena
z plechu, v dnešní době je však velmi často využíváno plastu. S karburátorem popřípadě
klapkou je spojena pružným potrubím z gumy (s hladkou vnitřní plochou)
Uklidňovací komora
dvouválcového dvoudobého
motoru
Příznivého ovlivnění točivého momentu a výkonu motoru lze dosáhnout vhodnou
volbou objemu a délky sacího potrubí. Dalším možným řešením je využití pulzační
komory, které zabezpečuje obohacení směsi při prudkém otevření šoupátka karburátoru
akumulovanou z předešlého režimu motoru.
3
Ing. Jan Vančura
Ústav automobilního a dopravního inženýrství
FSI VUTBR
Ústav automobilního
a dopravního inženýrství
Jak bylo uvedeno v kapitole 1.2, můžeme sací systémy čtyřdobých motorů rozdělit podle
způsobu přeplňování. Jednotlivé části jsou uvedeny v následujícím schématu:
Sací systém
4D motoru
Bez
přeplňování
S
přeplňováním
Vzduchový
filtr
Vzduchový
filtr
Sací potrubí
Sací potrubí
Předehřev
vzduchu
Dmychadlo,
regulace
Škrtící klapka
Mezichladič
Sací kanál
Škrtící klapka
Sací kanál
Vzduchový filtr má významný vliv na tlakové ztrátě celého sacího
systému. Podílí se na předehřívání vzduchu, současně tlumí hluk. Musí
být schopen filtrovat vzduch s obsahem prachu až 50 mg/m3.
U motorů pracujících ve vysoce prašném prostředí, např. motory
nákladních automobilů na stavbách je používána vícestupňová filtrace.
První stupeň tvoří odstředivý filtr. Lopatky 3 na vstupu filtru uvedou
vzduch do rotace. Prachové částice jsou odstředivou silo neseny po
povrchu kužele nahoru a mezerou mezi víkem 1 a kuželem propadávají
4
Ing. Jan Vančura
Ústav automobilního a dopravního inženýrství
FSI VUTBR
Ústav automobilního
a dopravního inženýrství
do zásobníku 2. Takto očištěný vzduch vstupuje přes papírovou filtrační vložku 5, do
pojistného filtru 4 a dále do sacího traktu motoru.
Moderní filtrační systémy jsou vybavovány ukazatelem zanesení filtru, měří velikost
podtlaku v sání za filtrem.
Sací potrubí je u současných motorů většinou vyrobeno z plastických hmot. Oproti
potrubím z hliníkových slitin vykazuje nižší hmotnost, velmi hladké povrchy vnitřních
stěn potrubí při současném poklesu výrobních nákladů. Dalším přínosem je zabezpečení
velmi přesné geometrie vnitřních povrchů ve vztahu ke vstupům sacích kanálů v hlavě
válců a možnost integrace dalších funkčních prvků do jednoho odlitku.
Cílem přeplňování spalovacích motorů je zvýšení krouticího momentu v nízkých otáčkách
a výkonu ve vysokých otáčkách při zachování zdvihového objemu motoru. Průběh
točivého momentu je úměrný hmotnosti nasátého vzduchu v závislosti na otáčkách
motoru. Přeplňováním je dosaženo vysoké plnící účinnosti což vede k zvýšení výkonu
motoru.
Jednotlivé druhy přeplňování lze dělit následovně:
Přeplňování SM
Dynamické
Mechanické
Pulzační
Turbodmychadlo
Rezonanční
Supercharger
Comprex
5
Ing. Jan Vančura
Ústav automobilního a dopravního inženýrství
FSI VUTBR
Ústav automobilního
a dopravního inženýrství
Pulzačního přeplňování je dosaženo změnou délky sacího potrubí. Dochází k rozkmitání
vzduchu v sacím potrubí, kmitání postupuje směrem k válci.
Krátké sací potrubí má za následek vysoký jmenovitý výkon a pokles krouticího momentu
v nízkých otáčkách, dlouhé potrubí naopak. Z toho plyne požadavek dlouhého potrubí
v nízkých a krátkého ve vysokých otáčkách.
Obrázek 1 Radiální systém změny délky SP
Obrázek 2 Přímý systém změny délky SP
Obrázek 3 Rotační systém změny délky sacího potrubí
6
Ing. Jan Vančura
Ústav automobilního a dopravního inženýrství
FSI VUTBR
Ústav automobilního
a dopravního inženýrství
Rezonanční přeplňování je tvořeno rezonanční soustavou pro vílce válců. Jednotlivé
skupiny válců jsou propojeny pomocí krátkých potrubí s rezonanční komorou. Mohou být
opatřeny klapkami pro přepínání větví a zvýšení tlaku ve vyšších otáčkách.
Turbodmychadlo se skládá z kompresoru a výfukové turbíny, jejichž kola jsou umístěna
na společné hřídeli. Výfuková turbína převádí část energie výfukových plynů na rotační
energii kompresoru, který pak zvyšuje tlak v sání a zajišťuje vysokou plnící účinnost.
Turbodmychadla musí být opatřena regulací, buď obtokovým ventile (Wastegate, vlevo)
nebo rozváděcími lopatkami (VNT, vpravo).
Dmychadlo je na rozdíl od turbodmychadla poháněno klikovou hřídelí. Příkon dmychadla
tak snižuje výkon odebíraný z klikové hřídele. Nevýhodami jsou kromě výše uvedeného
vysoká výrobní náročnost a vysoké náklady. Výhodou je pak okamžitá odezva na změnu
provozního režimu motoru.
7
Ing. Jan Vančura
Ústav automobilního a dopravního inženýrství
FSI VUTBR
Ústav automobilního
a dopravního inženýrství
V podstatě se jedná o tlakový výměník. K přenosu energie dochází tlakovými vlnami
v komorách tvořenými podélnými lopatkami rotoru. Výhodou je rychlá reakce na změnu
zatížení motoru a minimální potřebný příkon. Nevýhodou pak pouze nízký přetlak v sání.
Mezichladič stlačeného vzduchu slouží k ochlazení vzduchu, který se ohřál vlivem stlačení
v dmychadle. Je vždy umístěn mezi škrticí klapkou a dmychadlem. Může být buď jeden
pro celý motor anebo jeden pro řadu válců.
8
Ing. Jan Vančura
Ústav automobilního a dopravního inženýrství
FSI VUTBR
Ústav automobilního
a dopravního inženýrství
Recirkulace spalin zajišťuje snížení obsahu oxidů dusíku ve výfukových plynech. Část
výfukových plynů je přiváděna zpět do spalovacích prostor motoru, aby se snížila teplota
spalování a tím se snížil podíl škodlivých látek ve výfukových plynech. Když je požadován
vyšší výkon motoru, nejsou přiváděny zpět do motoru žádné výfukové plyny.
9
Ing. Jan Vančura
Ústav automobilního a dopravního inženýrství
FSI VUTBR
Ústav automobilního
a dopravního inženýrství
Z teoretické části jasně vyplynuly požadavky na jednotlivé části sacího systému. Veškeré
prvky sacího systému, kromě dmychadel, způsobují tlakovou ztrátu, čímž snižují plnicí
účinnost a snižují výkon motoru, resp. zvyšují podíl CO2 ve spalinách. Vaším úkolem bude
provést sadu měření vybraných komponent spočívající ve stanovení tlakové ztráty při
daných okrajových podmínkách.
Pro danou hlavu zážehového motoru stanovte velikost tlakové ztráty v závislosti na
zdvihu ventilů. Okrajové podmínky určete z následujícího:
Zdvihový objem motoru:
Počet válců:
Otáčky motoru:
Maximální zdvih ventilu:
Počet ventilů na válec:
V
i
n
z
s
1598 ccm
4
6500 /min
14 mm
4
Pozor! Porovnejte také tlakovou ztrátu jednotlivých sacích kanálů a tlakovou ztrátu celku.
Naměřené veličiny vyneste do grafu, stanovte rovnici regrese a velikost ztrátového
součinitele. Vyjádřete se k výsledkům.
Rada: Objemový tok můžete stanovit podle vztahu:
̇
kde t je taktnost motoru, v našem případě pro čtyřdobý motor t = 2.
Pro stejnou hlavu válců a stejný motor jako v případě 1 určete ztrátový součinitel vstupu
sacího potrubí. Použijte následující geometrické varianty:
Ostrá hrana
Vstup s kruhovým průřezem
Vstup s eliptickým průřezem
Vstup s průřezem profilu NACA 012
Tato měření proveďte pro otáčky v rozsahu 500 – 6500 /min, krok 500 /min. Výsledky
zaneste do grafu a vyjádřete se k nim.
10
Ing. Jan Vančura
Ústav automobilního a dopravního inženýrství
FSI VUTBR
Ústav automobilního
a dopravního inženýrství
Pro daný motor jako v případě 1 proveďte měření ztrátového součinitele sacích filtrů.
Změřte následující varianty:
Bez sacího filtru
Se sériovým sacím filtrem
S nízko-odporovým filtrem KN
Tato měření proveďte pro otáčky v rozsahu 500 – 6500 /min, krok 500 /min. Výsledky
zaneste do grafu a vyjádřete se k nim.
Pro daný motor jako v případě 1 a pro stejný režim stanovte celkový ztrátový součinitel
sacího a výfukového traktu. Pro vyhodnocení použijte software Port Flow Analysis v1.0
dostupný na webu ÚADI.
11
Ing. Jan Vančura
Ústav automobilního a dopravního inženýrství
FSI VUTBR
Download

PODPORA CVIČENÍ - Ústav automobilního a dopravního inženýrství