Postęp w konstrukcji szybkoobrotowych silników spalinowych o zapłonie samoczynnym do napędu samochodów osobowych i dostawczych

Z E S Z Y T Y N A U K O W E P O L I T E C H N I K I Ś L Ą S K I E J

S e r i a : E N E R G E T Y K A z. 101 N r k o l . 92 0

_________ 1 9 8 7

E r y k P R U G A R

Z a k ł a d S i l n i k ó w S p a l i n o w y c h P o l i t e c h n i k i Ź l ą s k i e j w G l i w i c a c h

P O S T Ę P W K O N S T R U K C J I S Z Y B K O O B R O T O W Y C H S I L N I K Ó W S P A L I N O W Y C H

O Z A P Ł O N I E S A M O C Z Y N N Y M D O N A P Ę D U S A M O C H O D Ó W O S O B O W Y C H I D O S T A W C Z Y C H

S t r e s z c z e n i e . A r t y k u ł d o t y c z y z a g a d n i e ń z w i ą z a n y c h z p r a c a m i n a d p o s t ę p e m w k o n s t r u k c j i s i l n i k ó w s p a l i n o w y c h o z a p ł o n i e s a m o c z y n n y m j a k o p r z y s z ł o ś c i o w y c h j e d n o s t e k n a p ę d o w y c h s a m o c h o d ó w o s o b o w y c h i d o s t a w c z y c h . W a r t y k u l e o m ó w i o n o p r o p o n o w a n y p r z e z a u t o r a n o w y o b i e g t e r m o d y n a m i c z n y d l a w y m i e n i o n y c h w y ż e j s i l n i k ó w .

O d c z a s u o p u b l i k o w a n e g o p r z e z e m n i e , w " T e c h n i c e M o t o r y z a c y j n e j " n r 10 w 1 9 6 8 r. , a r t y k u ł u p t . : S z y b k o o b r o t o w e s i l n i k i z z a p ł o n e m s a m o c z y n n y m (ZS) o p o j e m n o ś c i d o 3 0 0 0 c m ^ , d o n a p ę d u s a m o c h o d ó w o s o b o w y c h - d a ł i d a j e s i e z a u w a ż y ć z n a c z n y w z r o s t l i c z b y s a m o c h o d ó w o s o b o w y c h i d o s t a w c z y c h n a p ę d z a ­ n y c h t y m i s i l n i k a m i . W a r t y k u l e t y m , d o k t ó r e g o n a p i s a n i a s k ł o n i ł o m n i e p o ­ j a w i e n i e s i e w 1 9 6 7 r. n a j m n i e j s z e g o w ó w c z a s n a ś w i e c i e s i l n i k a s p a l i n o w e ­ g o ZS f i r m y P E U G E O T t y p X L D - p r z e d s t a w i ł e m d a n e t e c h n i c z n e p r o d u k o w a n y c h p r a k t y c z n i e o d 1 9 3 6 r. s i l n i k ó w s p a l i n o w y c h Z S p r z e z n a c z o n y c h d o n a p ę d u s a ­ m o c h o d ó w o s o b o w y c h .

P i e r w s z y n a ś w i e c i e s a m o c h o d o w y s i l n i k ZS z o s t a ł z b u d o w a n y w 192 3 r. w N i e m c z e c h , p r z e z f i r m ę B E N Z i M A N . P o t w i e r d z e n i e m p o s t ę p u w k o n s t r u k c j i s a ­ m o c h o d o w y c h s i l n i k ó w Z S m o ż e b y ć p o r ó w n a n i e d a n y c h t e c h n i c z n y c h w s p o m n i a n e g o u p r z e d n i o s i l n i k a P E U G E O T - X L D z d a n y m i t e c h n i c z n y m i a k t u a l n i e n a j m n i e j s z e ­ g o s i l n i k a ZS f i r m y D A I H A T S U t y p C L, z a m i e s z c z o n y c h w t a b l i c y 1. Z p o r ó w n a ­ n i a t e g o w y n i k a , ż e s i l n i k D A I H A T S U - C L o d z n a c z a s i e w y ż s z y m o b j ę t o ś c i o w y m w s k a ź n i k i e m m o c y u z y s k i w a n y m p r z y n i ż s z y m s t o p n i u s p r ę ż a n i a i p r z y n i ż s z e j p r ę d k o ś c i o b r o t o w e j ; w w e r s j i z d o ł a d o w a n i e m o s i ą g a o n m o c N g = 34 kW.

F a b r y k i s a m o c h o d ó w o s o b o w y c h i d o s t a w c z y c h p r o d u k u j ą m o d e l e , w k t ó r y c h s t o s o w a n e s ą s i l n i k i ZI i j a k o a l t e r n a t y w n e - s i l n i k i ZS. T y p o w y m p r z y k ł a d e m c o r a z w i ę k s z e g o w z r o s t u l i c z b y s a m o c h o d ó w o s o b o w y c h i d o s t a w c z y c h z s i l n i k a ­ m i ZS j e s t R F N , w k t ó r e j u d z i a ł t y c h s a m o c h o d ó w w g l o b a l n e j p r o d u k c j i s t a n o ­ w i a k t u a l n i e « » 1 4 % , a p r z e w i d u j e s i e . że d o 2 0 0 0 r o k u w y n i e s i e o n b l i s k o

2 0 %.

J a k k o l w i e k s a m o c h o d y o s o b o w e i d o s t a w c z e z s i l n i k a m i ZS s ą ś r e d n i o ~ 13%

d r o ż s z e o d s a m o c h o d ó w n a p ę d z a n y c h s i l n i k a m i ZI, t o j e d n a k n a s t ę p u j ą c e w z g l ę ­ d y d e c y d u j ą o c o r a z p o w s z e c h n i e j s z y m n a b y w a n i u t y c h p i e r w s z y c h :

14 E. P r u g a r

m n i e j s z e z u ż y c i e p a l i w a ,

s p e ł n i a n i e n o r m E W G d o t y c z ą c y c h t o k s y c z n o ś c i i c h s p a l i n .

T a b l i c a 1

D a n e t e c h n i c z n e s i l n i k ó w P E U G E O T - X L D i D A I H A T S U - C L

D V

ss n

N

N e'

S i l n i k

_

e o ¿ M V

ss

m m m m , 3

d m K M k W . -1

min Ń m . -1

min K M

d m k W d m

PEUGEOT-XLD 4 75 71 22,3 1.255 40 29 5000 73 32 23

DAIHATSU-CL 3 76 73 21,5 0.993 37 27 4600 60 3500 37,2 27,2

O z n a c z e n i a :

i - l i c z b a c y l i n d r ó w D - ś r e d n i c a t ł o k a S - s k o k t ł o k a

£ - s t o p i e ń s p r ę ż a n i a

V g s - p o j e m n o ś ć s k o k o w a s i l n i k a N e - m a k s y m a l n a m o c s i l n i k a

- p r ę d k o ś ć o b r o t o w a s i l n i k a p r z y m a k s y m a l n e j m o c y Mq - m a k s y m a l n y m o m e n t o b r o t o w y s i l n i k a

n M - p r ę d k o ś ć o b r o t o w a s i l n i k a p r z y m a k s y m a l n y m m o m e n c i e

N e— — - o b j ę t o ś c i o w y w s k a ź n i k m o c y

W 1 9 8 4 r. u d z i a ł s a m o c h o d ó w o s o b o w y c h i d o s t a w c z y c h z s i l n i k a m i Z S w g l o ­ b a l n e j p r o d u k c j i p o s z c z e g ó l n y c h f i r m z a c h o d n i o n i e m i e c k i c h w y n o s i ł :

- M e r c e d e s t y p 2 0 0 - 3 0 0 T D 4 4 % - M e r c e d e s t y p 19 0 3 9 %

- V W t y p J e t t a 19%

- V W t y p G o l f 2 1 %

- O p e l t y p K a d e t t 15%

- F o r d t y p F i e s t a 11 %

A k t u a l n i e f i r m a V o l k s w a g e n j e s t n a j w i ę k s z y m n a ś w i e c i e p r o d u c e n t e m s i l ­ n i k ó w ZS d o n a p ę d u s a m o c h o d ó w o s o b o w y c h i d o s t a w c z y c h . W t a b l i c a c h 2 , 1 , 2 . 2 i 2 . 3 z e s t a w i o n o d l a c e l ó w p o r ó w n a w c z y c h d a n e t e c h n i c z n e n i e k t ó r y c h s a ­ m o c h o d o w y c h s i l n i k ó w s p a l i n o w y c h o z a p ł o n i e i s k r o w y m (ZI). i o z a p ł o n i e s a ­ m o c z y n n y m ( Z S ) . Z d a n y c h t e c h n i c z n y c h p r z e d s t a w i o n y c h w t a b l i c a c h w y n i k a , że:

P o s t ę p w k o n s t r u k c j i .

- s i l n i k i ZS p r z y z b l i ż o n y c h o b j ę t o ś c i a c h s k o k o w y c h s i l n i k ó w ZI r o z w i j a j ą m n i e j s z ą m o c , ś r e d n i o o 3 0 % d o 40 % ,

- m a s y s a m o c h o d ó w n a p ę d z a n y c h s i l n i k a m i Z S s ą w i ę k s z e o 50 d o 1 0 0 k g o d m a s s a m o c h o d ó w n a p ę d z a n y c h s i l n i k a m i ZI.

?00 900 M 00 1300 1300 (łOO

m < is< ł 5 _>< 3 _.W(KV\odu.

+ 1 0 0 k g

--- S iln ik ZI s iln ik ZS

R ys . 1. P r z e b i e g z u ż y c i a p a l i w a p r z e z s i l n i k i Z I i Z S s a m o c h o d ó w o s o b o w y c h o r ó ż n y c h m a s a c h i p r z y j e ź d z i e w m i e ś c i e o r a z z s z y b k o ś c i ą 90 k m / h F i S. 1. T h e c o u r s e o f f u e l u s e b y t h e e n g i n e s ZI a n d Z S o f t h e d i f f e r e n t

m a s s c a r s w h i l e t o u r n i n g i n t h e c i t y a t t h e s p e e d o f 90 k m p e r h o u r

N a r y s . 1 p r z e d s t a w i o n o p r z e b i e g z u ż y c i a p a l i w a p r z e z s i l n i k i ZI i ZS s a m o c h o d ó w o s o b o w y c h o r ó ż n y c h m a s a c h i p r z y j e ź d z i e w m i e ś c i e o r a z z s z y b ­ k o ś c i ą 90 k m / h . O d c i n k i r z ę d n y c h , z a w a r t y c h p o m i ę d z y p r o s t y m i c h a r a k t e r y z u -

16 E . P r u g a r

c y m i p r z e b i e g z u ż y c i a p a l i w a , o k r e ś l a j ą r ó ż n i c ę w z u ż y c i u p a l i w a p r z e z s i l ­ n i k i ZI i ZS. P o m i a r ó w z u ż y c i a p a l i w a w g n o r m E C E N r 1 5 - 0 4 , k t ó r y c h w y n i k i p r z e d s t a w i o n o n a r y s . 1, d o k o n a n o n a 1 3 2 s a m o c h o d a c h o s o b o w y c h n a p ę d z a n y c h s i l n i k a m i ZI i n a 41 s a m o c h o d a c h o s o b o w y c h n a p ę d z a n y c h s i l n i k a m i ZS. Z p o ­ m i a r ó w t y c h w y n i k a , że z u ż y c i e p a l i w a p r z y s a m o c h o d a c h n a p ę d z a n y c h s i l n i k a ­ m i ZS j e s t m n i e j s z e , n i ż p r z y s a m o c h o d a c h o s o b o w y c h n a p ę d z a n y c h s i l n i k a m i ZI, ś r e d n i o o:

- 2 1 % p r z y j e ź d z i e m i e j s k i e j .

- 1 5 % p r z y j e ź d z i e z s z y b k o ś c i ą 9 0 k m / h .

J e ś l i c h o d z i o t o k s y c z n o ś ć s p a l i n u l a t u j ą c y c h z s i l n i k ó w s a m o c h o d o w y c h ZS, t o s p e ł n i a j ą o n e n o r m y E W G , d o p u s z c z a j ą c e z a w a r t o ś c i :

- C O w i l o ś c i ^ 30 g ( T e s t ) , - C H + N O w i l o ś c i 8 g ( T e s t ) ,

m n x

g d y ż i c h r z e c z y w i s t e i l o ś c i k s z t a ł t u j ą s i ę d l a s i l n i k ó w Z S o o b j ę t o ś c i a c h 3

s k o k o w y c h V gs = 1, 4 ... 2 d m n a p o z i o m i e :

- C O w i l o ś c i ~ 4 , 5 g ( T e s t ) , - C H + N O w i l o ś c i 5 g ( T e s t ) .

m n x

J a k k o l w i e k i l o ś c i e m i t o w a n y c h s k ł a d n i k ó w n i e p r z e k r a c z a j ą a k t u a l n i e d o ­ p u s z c z a l n y c h l i m i t ó w , t o j e d n a k d u ż e u t r u d n i e n i e s p r a w i a j e s z c z e r e d u k c j a m i e s z a n i n y ś l a d o w y c h z w i ą z k ó w , k t ó r y c h i l o ś c i w y r a ż a j ą s i ę w m g i ^ig na k i l o m e t r p r z e b y t e j p r z e z s a m o c h ó d d r o g i . W s k ł a d t e j m i e s z a n i n y w c h o d z ą :

- z a w i e s i n y w i e l o p i e r ś c i e n i o w y c h w ę g l o w o d o r ó w a r o m a t y c z n y c h , - z w i ą z k i s i a r k i ,

- p o d t l e n e k a z o t u , - z w i ą z k i c j a n o w e , - s a d z a .

W i ę k s z e s t ę ż e n i a t y c h z w i ą z k ó w s ą t o k s y c z n e o r a z r a k o t w ó r c z e . N o r m y k a l i ­ f o r n i j s k i e , a k t u a l n i e n a j o s t r z e j s z e w ś w i e c i e , d o p u s z c z a j ą w s p a l i n a c h s a ­ m o c h o d o w y c h s i l n i k ó w Z S i l o ś c i w y m i e n i o n y c h s k ł a d n i k ó w w g r a n i c a c h d o 0 , 1 2 4 g / k m , e u r o p e j s k i e s i l n i k i ZS w y d a l a j ą t e s k ł a d n i k i w i l o ś c i 0,375 g/km.

W w i ę k s z o ś c i d o t y c h c z a s p r o d u k o w a n y c h s i l n i k ó w s p a l i n o w y c h ZS p r z e z n a ­ c z o n y c h d o n a p ę d u s a m o c h o d ó w o s o b o w y c h i d o s t a w c z y c h s t o s o w a n y j e s t s y s t e m p o ś r e d n i e g o w y t r y s k u p a l i w a d o k o m ó r w s t ę p n y c h w z g l ę d n i e w i r o w y c h - o r ó ż ­ n y c h r o z w i ą z a n i a c h k o n s t r u k c y j n y c h . S y s t e m p o ś r e d n i e g o w t r y s k u p o z w a l a n a u z y s k i w a n i e d u ż y c h p r ę d k o ś c i o b r o t o w y c h s i l n i k ó w , r z ę d u : 4 2 0 0 - 5 0 0 0 [min ”*] , o r a z s t o s u n k o w o w y s o k i c h w a r t o ś c i o b j ę t o ś c i o w e g o w s k a ź n i k a m o c y ~ 20 [ k W / d m 3]

(2.8 K M / d m 3 ) . W a d ą t e g o s y s t e m u j e s t w i ę k s z e z u ż y c i e p a l i w a o r a z u t r u d n i o ­ n y r o z r u c h s i l n i k a , z w ł a s z c z a p r z y n i ż s z y c h t e m p e r a t u r a c h o t o c z e n i a .

U z y s k i w a n i e d u ż y c h p r ę d k o ś c i o b r o t o w y c h s i l n i k ó w Z S z s y s t e m e m p o ś r e d n i e ­ g o w t r y s k u p a l i w a j e s t m o ż l i w e d l a t e g o , ż e s y s t e m t e n z a p e w n i a s i l n e r u c h y w i r o w e p o w i e t r z a i j e g o d o b r e w y m i e s z a n i e z p a l i w e m , p r z e z c o u z y s k u j e s i ę w y s o k ą j e d n o r o d n o ś ć ł a d u n k u p o w i e t r z e - p a l i w o . Z r e g u ł y s t o s o w a n y j e s t s y ­ s t e m R I C A R D O - C o m e t M a r k V o r a z j e g o o d m i a n y .

P o s t ę p w k o n s t r u k c j i .

P o c z ą w s z y o d 1 9 8 0 r. d a ł y s i ę z a u w a ż y ć t e n d e n c j e d o s t o s o w a n i a w s a m o ­ c h o d o w y c h s i l n i k a c h s p a l i n o w y c h Z S s y s t e m u b e z p o ś r e d n i e g o w t r y s k u p a l i w a . P o c z ą t k o w o s i l n i k i t e p r a c o w a ł y p r z y s z y b k o ś c i a c h o b r o t o w y c h r z ę d u : 3 0 0 0 - - 3 2 0 0 [ m i n -1] i w y k a z y w a ł y m n i e - j s z e o 5 0 - 7 0 [g/kWh] z u ż y c i e p a l i w a n i ż s i l n i k i z s y s t e m e m p o ś r e d n i e g o w t r y s k u . O s i ą g i t e z a c h ę c i ł y w i e l e r e n o m o ­ w a n y c h f i r m d o r o z w o j u k o n s t r u k c y j n e g o s a m o c h o d o w y c h s i l n i k ó w ZS z b e z p o ­ ś r e d n i m w t r y s k i e m p a l i w a i t a k w 1 9 8 4 r. f i r m a F O R D w y p r o d u k o w a ł a p i e r w s z y n a ś w i e c i e s z y b k o o b r o t o w y n > 3 2 0 0 [ m i n -1] s i l n i k ZS d o n a p ę d u s a m o c h o d u d o s t a w c z e g o " T r a n s i t " , o n a s t ę p u j ą c y c h d a n y c h t e c h n i c z n y c h : V gs = 2,496 [dm3] ,

£ = 1 9 , 1 , N e = 50

[kw]

M ó ż l i w e d o o s i ą g n i ę c i a n a j w y ż s z e w a r t o ś c i s p r a w n o ś c i o g ó l n y c h 'i n a j n i ż s z y c h w a r t o ś c i j e d n o s t k o w e g o z u ż y c i a p a l i w a p r z e z s a m o c h o d o w e s i l n i k i s p a l i n o w e

ZS p r z e d s t a w i o n o w t a b l i c y 3.

T a b l i c a 3

S p r a w n o ś ć o g ó l n a i j e d n o s t k o w e z u ż y c i e p a l i w a d l a r ó ż n y c h r o d z a j ó w s i l n i k ó w s p a l i n o w y c h

R o d z a j s i l n i k a

S p r a w n o ś ć o g ó l n a

%

J e d n o s t k o w e z u ż y c i e p a l i w a

g / k W h g / K M h

C z t e r o s u w o w y s i l n i k Z S w o l n o s s ą c y

- s y s t e m w t r y s k u p o ś r e d n i e g o 35 2 4 5 18 0

C z t e r o s u w o w y s i l n i k Z S w o l n o s s ą c y

- s y s t e m w t r y s k u b e z p o ś r e d n i e g o 41 211 •155

C z t e r o s u w o w y s i l n i k Z S d o ł a d o w a n y

- s y s t e m w t r y s k u b e z p o ś r e d n i e g o 44 19 7 1 4 5

Z p o r ó w n a n i a w a r t o ś c i s p r a w n o ś c i o g ó l n y c h i j e d n o s t k o w e g o z u ż y c i a p a l i ­ w a w y n i k a , że s p r a w n o ś ć o g ó l n a s i l n i k ó w ZS - z s y s t e m e m b e z p o ś r e d n i e g o w t r y ­ s k u p a l i w a - j e s t w y ż s z a o 1 7 % w p o r ó w n a n i u z s i l n i k a m i Z S - z s y s t e m e m p o ­ ś r e d n i e g o w t r y s k u , a w p r z y p a d k u s i l n i k a d o ł a d o w a n e g o o ¿ 6 % . O d n o ś n i e d o j e d n o s t k o w e g o z u ż y c i a p a l i w a , t o d l a s i l n i k ó w Z S - z s y s t e m e m w t r y s k u b e z ­ p o ś r e d n i e g o , j e s t o n o m n i e j s z e o 1 4 % i 2 0 % w p o r ó w n a n i u z j e d n o s t k o w y m z u ­ ż y c i e m p a l i w a p r z e z s i l n i k i Z S - z s y s t e m e m p o ś r e d n i e g o w t r y s k u p a l i w a .

J a k k o l w i e k s i l n i k i Z S z s y s t e m e m b e z p o ś r e d n i e g o w t r y s k u s ą b a r d z i e j e k o ­ n o m i c z n e o d s i l n i k ó w ZS z s y s t e m e m p o ś r e d n i e g o w t r y s k u i o d z n a c z a j ą s i ę s t o ­ s u n k o w o ł a t w y m i c h u r u c h o m i a n i e m p r z y n i ż s z y c h t e m p e r a t u r a c h o t o c z e n i a , t o j e d n a k d l a o s i ą g n i ę c i a w y m i e n i o n y c h w s k a ź n i k ó w p r a c y t a k i e g o s i l n i k a w y m a ­ g a n e j e s t s t o s o w a n i e w y s o k i c h s t o p n i s p r ę ż a n i a ć = 2 1 . . . 2 3 , 5 . P o w o d u j e to, że m a k s y m a l n e c i ś n i e n i a s p a l a n i a w z r a s t a j ą n i e p r o p o r c j o n a l n i e s z y b c i e j w s t o s u n k u d o n i e z n a c z n e g o w z r o s t u ś r e d n i c h c i ś n i e ń u ż y t e c z n y c h - d e c y d u j ą - c y c h o m o c y s i l n i k ó w . J e s t t o o b j a w n i e k o r z y s t n y , g d y ż p o c i ą g a za s o b ą k o ­

18 E . P r u g a r

n i e c z n o ś ć b u d o w y c i ę ż k i c h s i l n i k ó w , k t ó r y c h e l e m e n t y n a r a ż o n e n a d z i a ł a n i e z n a c z n y c h s i ł m u s z ą m i e ć o d p o w i e d n i o w i ę k s z e p r z e k r o j e i g r u b o ś c i l u b m u s z ą b y ć w y k o n a n e z b a r d z i e j w y t r z y m a ł y c h , a w i ę c k o s z t o w n y c h , w y s o k o g a t u n k o w y c h m a t e r i a ł ó w . P r z y w i ę k s z y c h s i ł a c h , d z i a ł a j ą c y c h p r z e d e w s z y s t k i m n a u k ł a d k o r b o w y s i l n i k a , w y s t ę p u j ą w i ę k s z e o p o r y r u c h u - n a s k u t e k c z e g o s p r a w n o ś ć m e c h a n i c z n a s i l n i k a z m n i e j s z a s i ę . W i e l k o ś ć t y c h o p o r ó w p r z y s t o p n i u s p r ę ż a ­ n i a £ > 12 s t a j e s i ę t a k z n a c z n a , że k o r z y ś ć w y n i k a j ą c a ze s t o s o w a n i a w y ­ s o k i c h s t o p n i s p r ę ż a n i a ( w y ż s z e s p r a w n o ś c i t e o r e t y c z n e ) p r z e s t a j e b y ć o p ł a ­ c a l n a , g d y ż o g ó l n a s p r a w n o ś ć s i l n i k a z a c z y n a s i ę z m n i e j s z a ć .

N a j b a r d z i e j o p t y m a l n e w a r t o ś c i w y s t ę p u j ą p r z y Ć = 1 2 . . . 1 3 , c o p r z e d s t a ­ w i o n o n a r y s . 2, i l u s t r u j ą c y m p r z e b i e g z a l e ż n o ś c i :

t' i •? o = f(£)

s p r a w n o ś ć t e o r e t y c z n a

sprawność mechaniczna-

>|0 s p r a w n o ś ć o ^ o l n a

R y s . 2. P r z e b i e g z a l e ż n o ś c i : i ip Q = f (£•)

F i g . 2. T h e c o u r s e o f t h e d e p e n d e n c e : i = f (6)

Z w i ę k s z e n i u s t o p n i a s p r ę ż a n i a t o w a r z y s z y w z r o s t m a k s y m a l n e j i ś r e d n i e j t e m p e r a t u r y , a t y m s a m y m w z r o s t e m i s j i t l e n k ó w a z o t u . S t w i e r d z o n o , że o b n i ­ ż e n i e s t o p n i a s p r ę ż a n i a o d w a r t o ś c i 6 = 1 6 , 5 d o 1 3 , 7 s p o w o d o w a ł o z m n i e j ­ s z e n i e e m i s j i N O ^ o 15 d o 2 0 % p r z y m a ł y c h o b c i ą ż e n i a c h i o 20 d o 6 0 % p r z y o b c i ą ż e n i a c h d u ż y c h .

C e l e m u n i k n i ę c i a k o n i e c z n o ś c i s t o s o w a n i a w y s o k i c h s t o p n i s p r ę ż a n i a w s a ­ m o c h o d o w y c h s i l n i k a c h ZS z s y s t e m e m b e z p o ś r e d n i e g o w t r y s k u p a l i w a , a u t o r w p r o w a d z i ł n o w y o b i e g t e r m o d y n a m i c z n y d l a t y c h s i l n i k ó w . C e l e m z r e a l i z o w a n i a

Tablica 2.1 Dane techniczne niektórych samochodowych silników spalinowych o zapłonie iskrowym (ZI) i samoczynnym (ZS)

Firma Rodzaj silnika i

V ss D S s

P -

N e nN ( ^{M o n} M «H

eM E

N e

V ss m

s

m s N e

N e l

Ft śr

d m J mm mn KM kW min ^ kGm Nfcn . -1

min kQn N m km

d m 3 kW dû?

kg kg

KM kg dm2

KM dm2

kW dm2

m/s

AUDI

ZI-G 4 1,595 81 77,4 0,95 9 75 55 5200 12,7 125 2700 10,3 101 1,92 1,24 2,38 47 34,5 36,3 26,7 13,4

ZS

1,588 76,5 86,4 1 ,13 23 54 40 4800 10,2 100 2500 8,15 80 2,09 1,25 2,61 34 25,2 29,6 21,7 13,8

ZS-Turbo

1,588 76,5 86,4 1,13 23 80 59 4500 15,8 155 2800 12,8 125 1 ,61 1,24 2,00 50,4 37 43,6 32,1 13

ZI-W 5 1,994 81 77,4 0,95 10 115 85 5200 17,3 170 3000 15,9 156 1,73 1,09 1,88 57,7 42,6 44,9 33 13,4

ZS 5 1 ,986 76,5 86,4 1,13 23 69 51 4800 12,5 123 2800 10,3 101 1,71 1,22 2,09 35,2 25,7 30,2 22,2 13,8

ZD-Turbo 5 1,986 76,5 86,4 1,13 23 87 64 4500 17,5 172 2750 13,9 136 1,64 1,26 2,07 44 32 37,9 27,9 13

BMW

ZI-W 6 2,494 84 75 0,89 8,8 170 125 5800 22,6 222 4000 21 206 1,45 1,08 1,56 68,2 50 51,1 37,6 14,5

ZS 6 2,443 80 31 1,01 22 86 64 4600 15,5 152 2500 13,3 131 1,84 1 ,16 2,13 35,2 25,7 28,9 21,2 12,4

ZS-Turbo 6 , 2,443 80 81 1,01 22 115 85 4800 21,4 210 2400 17,2 169 2,00 1 ,24 2,48 47 34,8 38,3 28,2 13

CITROEN

ZI-W

2,499 93 92 0,99 8,8 137 101 5000 21 206 4000 19,7 193 1,25 1,07 1,33 55 40,4 50,5 37,2 15,3

ZS

2,499 93 92 0,99 22,3 75 55 4250 14,7 144 2000 12,6 124 2,12 1 ,16 2,46 30 22 27,5 20,2 13

ZS-Turbo

2,499 93 92 0,99 22,2 95 70 3700 22 216 2000 18,4 181 1 ,85 1,19 2,23 38 28 35 25,8 11,3

DAIHATSU

ZI-G 3 0,993 76 73 0,96 9,5 60 44 5600 8,5 83 3200 7,6 75 1,75 1,11 1,94 60,4 44,3 92 1,53 2,1 44 32,3 13,6

ZS 3 0,993 76 73 0,96 21,5 38 28 4800 6,4 63 3500 5,7 56 1 ,28 1,12 1,44 38,3 28,2 111 2,92 3,96 28 20,6 11,7

ZS-Turbo 3 0,993 76 73 0,96 21,5 50 37 4800 9,9 93 2900 7,5 74 1,65 1,26 2,07 50,3 37,3 37 27,2 11,7

PIAT

ZI-G 4 1,301 86,4 55 0,64 9,5 66 48 5600 10,2 100 3000 8,3 81,9 1,87 1,22 2,28 50,7 36,9 20,8 15,3 10,3

ZS

1,301 76,1 71,5 0,94 20 45 33 5000 7,6 75 3000 6,4 63 1,67 1,19 1,99 34,6 25,4 24,7 18,1 12

ZS-Turbo

1,367 78 71,5 0,92 20 70 51 4800 11,9 117 3000 10,3 101 1 ,60 1,16 1,85 51,2 37,3 36,3 26,7 11,4

ZI-G

1,995 84 90 1,07 9,4 13! 96 5900 17,9 176 3600 15,8 155 1,64 1,13 1,86 65,7 48,1 58,9 43,3 17,7

ZS

1,929 82,6 90 1 ,09 21 65 48 4600 12 119 2000 10,2 100 2,30 1,19 2,74 33,7 24,9 30,4 22,4 13,8

ZS-Turbo

1,929 82,6 90 1 ,09 20 80 59 4200 17,5 172 2400 13,7 134 1,75 1 ,28 2,25 41,5 30,6 37,4 27,5 12,6

FORD

ZI-G

1,597 80 79,5 0,99 9,5 95 70 5750 13,4 132 4000 11 ,8 116 1,44 1,14 1,64 59,5 43,8 30,0 22,3 15,2

ZS

1,608 80 80 1 ,00 21 ,5 54 40 4800 9,7 95 3000 8,15 80 1,60 1,19 1,90 33,6 24,9 27 19,9 12,8

ZS

2,499 94 90 0,96 23 69 51 4200 15,1 148 2000 11,8 116 2,10 1,27 2,67 27,6 20,4 25 18,4 12,6

ZS-TUrbo

2,496 93,7 90,5 0,97 19,1 68 50 4000 14,8 145 27Ö0 12,1 119 1,48 1 ,22 1,80 27,2 20 200 3,2 4,3 24,6 18,1 12,1

ISUZU

ZI-G

1,471 79 77 0,97 9,8 85 63 5800 12,7 125 3600 10,6 104 1,61 1,20 1,93 57,8 42,8 43,7 32,1 14,9

ZS

1,488 82 76 0,93 23 54 40 5400 9,7 95 2600 7,2 71 2,08 1,34 2,78 36,3 26,9 25,7 18,9 13,7

ZS-Turbc

1,488 82 76 0,93 22 71 51 5000 13,8 135 2500 9,9 97 2,00 1,39 2,78 47,7 34,3 32,8 24,1 12,7

LANCIA

ZI-W

1,995 84 90 1,07 9,8 120 88 5250 17 167 3300 16,3 160 1,59 1,04 1 ,66 60,1 44,1 54 39,7 15,7

ZS

1,929 82,6 90 1 ,09 21 65 48 4600 12 119 2000 10,2 100 2,30 1,19 2,74 33,7 24,9 30,4 22,4 13,8

ZS-Torbo

1,929 32,6 90 1,09 20 80 59 4200 17,5 172 2400 13,7 134 1,75 1,28 2,25 41,5 30,6 37,4 27,5 12,6

Tablica 2.2 Dane techniczne niektórych samochodowych silników spalinowych o zapłonie iskrowym (ZI) i samoczynnym (ZS)

Firma

Rodzaj silnika

i

V ss D S

s

D P

N e nN M

o n M «N

e n eM E

N e V ss

m s

m s N e

N e l F t

C, sr

dm3 mm mm

c

kM kW . -1

min kQn Nm . -1

min kQn Nm

kM d m3

kW dit?

kg kg

KM kg k W

KM dm2

kW

dm

m/s

MAZDA

ZI-G 4 1,994 82 88 1,07 8,8 110 81 5400 17,3 170 3400 14,6 143 1,59 1,19 1 ,89 55,2 40,6 52,1 38,3 15,8

ZS 4 1,995 90 84 0,93 21 73 54 4700 12,9 127 2500 11,2 110 1,88 1,15 2,17 36,6 27,1 28,9 21,2 13,2

ZS-Turbo 4 1,995 90 84 0,93 21 88 65 4500 19,4 190 2500 14,1 138 1,80 1,38 2,48 44,1 32,6 34,7 25,5 12,6

MERCEDES

ZI-W 4 2,299 95,5 80,3 0,84 9 130 100 5100 20,9 205 3500 19 187 1 ,46 1,09 1 ,60 56,5 43,5 45,3 33,3 13,6

ZS 4 1,997 87 84 0,96 22 72 53 4600 12,5 123 2800 11,2 110 1,64 1,12 1,84 36 26,5 30,3 22,3 12,9

ZS-Turbo 6 2,296 87 84 0,96 22 143 105 4600 27,5 270 2800 22,2 218 1 ,64 1,24 2,03 62,3 45,7 30,3 22,3 12,9

MITSU­

BISHI

ZI-G 4 1,795 80,6 88 1,09 8,5 105 77 5500 15,3 150 3500 13,6 134 1,57 1,12 1,76 58,5 42,9 51 ,3 37,7 16,1

ZS 4 1,795 80,6 88 1,09 21 ,5 61 45 4500 11,7 115 2500 9,7 95 1,80 1,21 2,18 .34 25,1 30 22 13,2

ZS-Turbo 4 1,795 80,6 88 1 ,09 21,5 82 60 4500 16,3 160 2500 13 127 1,80 1,26 2,27 45,7 33,4 26 19,1 13,2

OPEL

ZI-G 4 2,197 95 77,5 0,84 9,4 115 85 5800 18,5 182 2600 14,3 140 2,23 1,30 2,89 52,3 38,4 40,8 30 15

ZS 4 2,260 92 85 0.12. 23 73 54 4400 14,1 138 2400 11,9 117 1,83 1,18 2,16 32,3 23,9 27,6 20,3 12,5

ZS-Turbo 4 2,260 92 85 0,92 23 90 66 4200 19,4 190 2200 15,3 150 1,90 1,27 2,41 39,8 29,2 33,7 24,8 12

ZS-Comprex 4 2,260 92 85 0,92 22 95 70 4200 19,9 195 2200 16,2 159 1 ,91 1,23 2,34 42 31 35,8 26,3 12

PEUGEOT P

ZS 4 2,498 94 90 0,96 23 70 51 4500 14,8 145 2000 11 108 2,25 1,34 3,02 28 20,4 25 18,4 13,5

ZS-Turbo 4 2,498 94 90 0,96 21 90 66 4150 20,8 204 2000 15,5 152 2,07 1 ,34 2,78 36 26,4 32,3 23,8 12,4

ZS-Turbo 4 2,498 94 90 0,96 21 105 77 4150 23,9 235 2.000 15,1 177 2,07 1,33 2,75 42 30,8 37,7 27,7 1-2,4

NISSAN ZI-W 4 1,585 76 88 1,16 9,4 73 54 5000 13,1 129 2800 10,5 103 1 ,78 1,25 2,23 46 34,1 40,5 29,7 14,7

ZS 4 1,667 80 83,6 1,04 21,8 54 40 4800 10,6 104 2800 8,1 80 1 ,71 1,30 2,22 32,4 24 27 19,9 13,4

R

ZI-W 4 2,165 88 89 1,01 9,9 124 91 5250 I18,1 178 2750 16,5 162 1 ,91 1 ,09 2,09 55,9 41,1 50,9 37,4 15,6

ZS 4 2,068 86 69 1,03 21 ,5 63 46

----

4500 12,6 124 2250 9,9 98 2,00 1 ,26 2,52 30,5 22,2 26,9 19,8 13,3

ZS-Turbo 4 2,068 86 89 1 ,03 21,5 89 65 4250 18,4 181 2000 14,9 146 2,12 1,24 2,63 43 31,4 38 28 12,6

P

s t e y r

ZS 3 1,600 91 82 0,90 22 43,5 32 4300 9,2 90 2300 7,2 71,1 1 ,87 1,26 2,37 27,2 20 140 3,22 4,37 18,5 13,6 11 ,7 ZS-Turbo 3 1,600 91 82 0,90 22 68 50 4300 13,8 135 2500 11 ,3 111 1 ,72 1 ,22 2,09 42,4 31,2 150 2,20 2,99 34,9 25,6 11,7 ZS-Turbo 3 1,600 91 82 0,90 22 83 61 4300 19,4

1

190 2800 I 3,8 135 1 ,53 1,41 2 / 5 51 ,8 38,1 165 1 ,99 2,71 42,5 31,3 11,7 ZS 4 2,133 91 82 0,90 22 66,6 49 4300 14,5 142 2300 11,1 109 1,87 1,30 2,43 40,8 30 165 2,48 3,37 25,6 18,8 11,7 ZS-Turbo 4 2,133 91 82 0,90 22 99,3 73 4300 17,8 175 2500 16,5 162 1,72 1,08 1 ,86 46,5 34,2 175 1 ,76 2,39 38,2 28,1 11,7 p

p

ZS-Turbo 4 2,133 91 82 0,90 22 116 85 4300 22,9 225 2800 19,3 189 1,53 1,19 1 ,82 54,1 39,8 190 1 ,64 2,23 44,4 32,7 11,7 ZS 6 3,200 91 82 0,90 22 99,3 73 4300 20.4 200 2300 16,5 162 1 ,87 1 ,23 2,31 31 22,8 230 2,32 3,15 25,4 18,7 11,7 ZS-Turbo 6 3,200 91 82 0,90 22 143 105 4300 30,6 ! 300 2500 23,7 233 1,72 1,29 2,21 44,6 32,8 240 1 ,68 2,28 36,6 27 11,7 ZS-Turbo 6 3,200 91 82 0,90 18,5 164 121 4300 33,6 330 2800 27,4 268 1,53 1,23 1,88 51,4 37,8 255 1 ,55 2,11 42,2 31 11,7

^

ZI-W 4 1 ,832 80,5 90 1,12 9 105 77 5400 16,3 160 3000 13,9 I 136 1 ,80 1,18 2,12 57,3 42 41,4 30,4 16,2

ZS 4 1,839 83 85 1,02 23 64 47 47>: i 12 j 118 2600 9,7 I 95 1 ,81 1,24 2,25 35 25,5 29,5 21,7 11,3 1

ZS-Turh'1 4 1,839 8 3 6 > 1,02 22,5 88 65 .i / U l A . 153. 2400 14,1 [_ 138 1 ,87 1,12 2,10 47,8 39,3 40,8 30 12,; ¡

Tablica 2.3 Dane techniczne niektórych samochodowych silników spalinowych o zapłonie iskrowym (ZI) i samoczynnym (ZS)

Firma Rodzaj silnika i

V SS D S

Olrn

£

N e "

M

3 «N

e

n *>1 E

N e V ss

m s N e

N e

*7

1_ C

sr

dm"’ irm mm KM kW . -1

min kGm Nm . -1

min kGm Nm. k M k W

kg kg kM

kg kW

KM kW

m/s d m , 3

d m dirt^ dm2

ZI-W 4 2,383 96 80 0,83 10,3 131 96 5500 19,4 190 3300 17 167 1,67 1,14 1,90 55 40,3 . 45,3 33,2 14,7

VOLVO ZS 6 2,383 76,5 86,4 1,13 23 82 60 4800 14,3 140 2800 12,2 119 1,71 1,18 2,01 34,4 25,2 29,6 21,8 13,8

ZS-Turbo 6 2,383 76,5 86,4 1,13 20 109 80 4800 20,9 205 2400 16,2 159 2,00 1,29 ,2,58 45,7 33,6 39,5 29 13,8

ZI-G 4 1,595 81 77,4 0,95 9 75 55 5000 12,7 125 2500 10,7 105 2,00 1,19 2,38 47 34,5 23,8 17,5 12,9

VW ZS 4 1,588 76,5 86,4 1,13 23 54 40 4800 10,2 100 2500 8,1 80 1,92 1,25 2,40 34 25,2 29,6 21,7 13,8

ZS-Turbo 4 1,588 76,5 86,4 1,13 23 70 51 4500 13,5 133 2700 11 108 1,67 1,23 2,06 44,1 32 37,7 27,7 13

WSW-4C90 ZS 4 2,416 90 95 1,05 20,5 70 51 4200 14,9 146 2500 11,9 117 1 ,68 1,25 2,09 29 21,3 235 3,36 4,56 48,1 35,4 13,3 Oznaczenia:

R o d z a j s i l n i k a :

Z I - G , silnik o zapłonie iskrowym, zasilany gaźnikiem Z I - W , silnik o zapłonie iskrowym, zasilany wtryskowo zs ~ silnik o zapłonie samoczynnym

ZS-Turbo - silnik o zapłonie samoczynnym z turbosprężarką

ss

V .

D

S / D

6

N

e

°M M o M

- l i c z b a c y l i n d r ó w

- p o j e m n o ś ć s k o k o w a s i l n i k a - ś r e d n i c a t ł o k a

- s k o k t ł o k a

- s t o s u n e k s k o k u t ł o k a d o j e g o ś r e d n i c y - s t o p i e ń s p r ę ż a n i a

- m a k s y m a l n a , e f e k t y w n a m o c s i l n i k a

- p r ę d k o ś ć o b r o t o w a s i l n i k a p r z y m a k s y m a l n e j m o c y - m a k s y m a l n y m o m e n t o b r o t o w y s i l n i k a

- p r ę d k o ś ć o b r o t o w a s i l n i k a p r z y m a k s y m a l n y m m o m e n c i e - m o m e n t o b r o t o w y s i l n i k a p r z y m a k s y m a l n e j m o c y

M E = e

ss

'śr

- w s k a ź n i k e l a s t y c z n o ś c i p r ę d k o ś c i o b r o t o w y c h - w s k a ź n i k e l a s t y c z n o ś c i m o m e n t ó w o b r o t o w y c h .e.. - w s k a ź n i k e l a s t y c z n o ś c i s i l n i k a

M

- o b j ę t o ś c i o w y w s k a ź n i k m o c y

- m a s a s i l n i k a

- j e d n o s t k o w a m a s a s i l n i k a

- t ł o k o w y w s k a ź n i k m o c y

- m o c z j e d n e g o c y l i n d r a

- p o w i e r z c h n i a d n a t ł o k a

- s i l n i k z c h ł o d n i c ą p o w i e t r z a d o ł a d o w u j ą c e g o

- ś r e d n i a s z y b k o ś ć t ł o k a

P o s t ę p w k o n s t r u k c j i

n o w e g o o b i e g u t e r m o d y n a m i c z n e g o d l a s z y b k o o b r o t o w y c h s i l n i k ó w s p a l i n o w y c h o zapłonie samoczynnym i z wtryskiem bezpośrednim, każdy cylinder silnika wyposaża się w d o d a t k o w ą k o m o r ę , z w a n ą k o m o r ą z a p ł o n o w ą . D o k o m o r y t e j , k t ó r a ł ą c z y s i ę z p r z e s t r z e n i ą r o b o c z ą c y l i n d r a z a p o m o c ą o d p o w i e d n i e g o o t w o r u , w t ł a c z a s i ę p o w i e t r z e p r z e z t ł o k p r z e s u w a j ą c y s i ę ( p o d c z a s s u w u s p r ę ż a n i a ) o d Z P Z k u W P Z . W c h w i l i , g d y p r z e s u w a j ą c y s i ę t ł o k z n a j d z i e s i ę w p o ł o ż e n i u , p r z y k t ó r y m s t o p i e ń s p r ę ż a n i a o s i ą g n i e w a r t o ś ć £ ^ 7,5 , d o k o m o r y z a p ł o n o w e j z o ­ s t a j e w t r y ś n i ę t a m a ł a d a w k a b e n z y n y , p o c z y m n a s t ę p u j e je j z a p ł o n z a p o m o c ą i s k r y e l e k t r y c z n e j . W w y n i k u s p a l a n i a w t r y ś n i ę t e j d a w k i b e n z y n y w k o m o r z e z a p ł o n o w e j n a s t ę p u j e w z r o s t t e m p e r a t u r y i c i ś n i e n i a s p a l i n . W y p ł y w a j ą c e p o d z n a c z n y m c i ś n i e n i e m z k o m o r y z a p ł o n o w e j d o p r z e s t r z e n i r o b o c z e j c y l i n d r a s p a l i n y o w y s o k i e j t e m p e r a t u r z e , m i e s z a j ą c s i ę z p o w i e t r z e m w y p e ł n i a j ą c y m c y l i n d e r , p o w o d u j ą w z r o s t j e g o t e m p e r a t u r y . D a l s z e p o d w y ż s z a n i e t e m p e r a t u r y p o w i e t r z a w y p e ł n i a j ą c e g o p r z e s t r z e ń r o b o c z ą c y l i n d r a , n i e z b ę d n e j d o w y w o ł a ­ n i a s a m o z a p ł o n u o l e j u n a p ę d o w e g o w c h w i l i , g d y o l e j t e n z o s t a j e w t r y ś n i ę t y d o tej p r z e s t r z e n i , o d b y w a s i ę p r z e z s p r ę ż a n i e t e g o p o w i e t r z a o d p o ł o ż e n i a t ł o k a o d p o w i a d a j ą c e m u s t o p n i o w i s p r ę ż a n i a £ ** 7 , 5 d o W P Z , p r z y k t ó r y m s t o p i e ń s p r ę ż a n i a w y n o s i 6 12. N a r y s . 3 p r z e d s t a w i o n o w u j ę c i u s c h e m a ­ t y c z n y m p o s z c z e g ó l n e p o ł o ż e n i a t ł o k a o r a z z a s i l a n i e s i l n i k a , p r z y r e a l i z a ­ c j i n o w e g o o b i e g u t e r m o d y n a m i c z n e g o , w k t ó r y m o z n a c z a j ą :

1 - p r z e s t r z e ń r o b o c z a c y l i n d r a , 2 - k o m o r a z a p ł o n o w a ,

3 - w t r y s k i w a c z b e n z y n y ( m e t a n o l u ) , 4 - ś w i e c a z a p ł o n o w a ,

5 - w t r y s k i w a c z o l e j u n a p ę d o w e g o .

W n o w y m o b i e g u t e r m o d y n a m i c z n y m d l a s z y b k o o b r o t o w y c h s i l n i k ó w s p a l i n o ­ w y c h o z a p ł o n i e s y m o c z y n n y m z w t r y s k i e m b e z p o ś r e d n i m , o d p o w i e d n i o w y s o k ą t e m p e r a t u r ę p o w i e t r z a p o t r z e b n ą d o s a m o z a p ł o n u o l e j u n a p ę d o w e g o u z y s k u j e s i ę w i ę c n i e p r z e z s t o s o w a n i e w y s o k i c h s t o p n i s p r ę ż a n i a : £ = 2 0 . . . 2 3 , l e c z p r z e z w p r o w a d z e n i e d w u s t o p n i o w e g o p o d g r z e w a n i a t e g o p o w i e t r z a . M o ż l i w o ś ć u z y s k a n i a o d p o w i e d n i o w y s o k i e j t e m p e r a t u r y p o w i e t r z a p r z y n i ż s z y c h w a r t o ś ­ c i a c h s t o p n i a s p r ę ż a n i a £ s p r a w i a , ż e w p r o w a d z e n i e n o w e g o o b i e g u t e r m o d y ­ n a m i c z n e g o d o s z y b k o o b r o t o w y c h s i l n i k ó w s p a l i n o w y c h o z a p ł o n i e s a m o c z y n n y m z b e z p o ś r e d n i m w t r y s k i e m p a l i w a d a j e n a s t ę p u j ą c e k o r z y ś c i : W z n a c z n e j m i e - r z e o b n i ż a s i ę m a k s y m a l n e c i ś n i e n i e s p a l a n i a , p r z e z c o z m n i e j s z a j ą s i ę m a ­ k s y m a l n e s i ł y t ł o k o w e . W w y n i k u t e g o p o s z c z e g ó l n e e l e m e n t y s i l n i k a m o g ą roieć o d p o w i e d n i o z m n i e j s z o n e p r z e k r o j e i g r u b o ś c i , a w i ę c i m a s y ( m n i e j s z e w a r t o ś c i : j e d n o s t k o w e j m a s y s i l n i k a i s i ł b e z w ł a d n o ś c i ) . P r z y m n i e j s z y c h s i ł a c h t ł o k o w y c h z m n i e j s z a j ą s i ę o p o r y r u c h u i w z r a s t a s p r a w n o ś ć m e c h a n i c z - na s i l n i k a . D a l s z ą k o r z y ś c i ą j e s t m o ż l i w o ś ć z m n i e j s z e n i a k ą t a w y p r z e d z e n i a w t r y s k u o l e j u n a p ę d o w e g o i o s i ą g n i ę c i e p o c z ą t k u j e g o s p a l a n i a b e z p o ś r e d n i o w p o b l i ż u W P Z . S k r ó c e n i e o k r e s u o p ó ź n i e n i a z a p ł o n u s p r a w i a , że b i e g s i l - n i k a s t a j e s i ę b a r d z i e j " m i ę k k i " ( m n i e j h a ł a ś l i w y ) , z e w z g l ę d u n a ł a g o d n i e j - s z y p r z e b i e g p r z y r o s t u c i ś n i e n i a n a 1 s t o p i e ń o b r o t u w a ł u k o r b o w e g o . O s i ą -

20 E. P r u g a r

Rys.3.Położenietłoka oraz zasilaniesilnikaprzy realizacjinowegoobiegutermodynamicznego Fig.3.Pistonsituationandenginefeedattherealizationofthenewthermodynamiccycle

p o s t ę p w k o n s t r u k c j i .

21

g a s i ę t o d z i ę k i t e m u , że s t r u m i e ń p ł o n ą c e j m i e s z a n k i w y p ł y w a j ą c y z k o m o r y z a p ł o n o w e j , o p r ó c z p o d g r z e w a n i a p o w i e t r z a z a w a r t e g o w p r z e s t r z e n i r o b o c z e j c y l i n d r a , s t a j e s i ę r ó w n o c z e ś n i e w i e l o p u n k t o w y m ( p r z e s t r z e n n y m ) ź r ó d ł e m z a ­ p ł o n u w t r y s k i w a n e g o d o te j p r z e s t r z e n i o l e j u n a p ę d o w e g o . O p i s a n e r o z w i ą z a ­ n i e z e z w a l a r ó w n i e ż n a u s t a l a n i e w y s o k o ś c i t e m p e r a t u r y p o w i e t r z a w p r z e ­ s t r z e n i r o b o c z e j c y l i n d r a - d z i ę k i r e g u l a c j i i l o ś c i b e n z y n y w t r y s k i w a n e j d o k o m o r y z a p ł o n o w e j , c o m a o g r o m n e z n a c z e n i e p r z y u r u c h a m i a n i u s i l n i k a , z w ł a s z c z a p r z y n i s k i c h t e m p e r a t u r a c h o t o c z e n i a o r a z p r z y p r a c y s i l n i k a n a b i e g u j a ł o w y m .

P r z e d s t a w i o n a m o ż l i w o ś ć u s t a l a n i a w y s o k o ś c i t e m p e r a t u r y p o w i e t r z a ( p r z e d w t r y s k i e m o l e j u n a p ę d o w e g o ) w z a l e ż n o ś c i o d o b c i ą ż e n i a s i l n i k a d a j e t a k i s a m e f e k t , j a k i u z y s k u j e s i ę w s i l n i k u o z m i e n n y m s t o p n i u s p r ę ż a n i a - o s i ą ­ g a n y m p r z e z s p e c j a l n ą k o n s t r u k c j ę j e g o t ł o k ó w .

N o w y o b i e g t e r m o d y n a m i c z n y u z y s k a ł 2 0 . 0 8 . 1 9 8 6 r. d e c y z j ą U r z . P a t . P R L P a t e n t N r P - 2 3 8 2 3 9 .

D u ż e s z a n s e d l a d a l s z e g o p o s t ę p u w k o n s t r u k c j i s z y b k o o b r o t o w y c h s i l n i k ó w s a m o c h o d o w y c h Z S s t w a r z a j ą p e w n e o s i ą g n i ę c i a w d z i e d z i n i e m a t e r i a ł ó w c e r a ­ m i c z n y c h . D z i ę k i t y m o s i ą g n i ę c i o m w y ł a n i a s i ę m o ż l i w o ś ć w y p r o d u k o w a n i a w n i e d a l e k i e j j u ż p r z y s z ł o ś c i p e ł n o s p r a w n e g o i t r w a ł e g o s i l n i k a " c e r a m i c z n e ­ g o " . P r o b l e m t e n , j a k k o l w i e k n i e j e s t z u p e ł n i e n o w y , d o p i e r o w l a t a c h s i e ­ d e m d z i e s i ą t y c h n a b r a ł r e a l n e g o k s z t a ł t u . W w i e l u o ś r o d k a c h b a d a w c z y c h i w y ­ t w ó r c z y c h s i l n i k ó w s p a l i n o w y c h p r o w a d z o n e s ą a k t u a l n i e i n t e n s y w n e p r a c e d o ­ t y c z ą c e m o ż l i w o ś c i w y k o n a n i a n i e k t ó r y c h e l e m e n t ó w s i l n i k ó w c a ł k o w i c i e z m a ­ t e r i a ł ó w c e r a m i c z n y c h l u b p o k r y w a n i a e l e m e n t ó w m e t a l o w y c h t r w a ł ą w a r s t w ą m a t e r i a ł ó w c e r a m i c z n y c h - m e t o d ą i c h p l a z m o w e g o n a p a w a n i a a l b o n a t r y s k i w a ­ n i a .

Z m a t e r i a ł ó w c e r a m i c z n y c h n a d a j ą c y c h s i ę d o i c h w y k o r z y s t a n i a w s i l n i ­ k a c h s p a l i n o w y c h i t u r b o s p r ę ż a r k a c h n a l e ż y w y m i e n i ć :

- S i ^ N ^ a z o t e k k r z e m u , - S i C w ę g l i k k r z e m u ,

~ S i0 2 d w u t l e n e k k r z e m u , - Z r [siO^] k r z e m i a n c y r k o n u ,

~ d w u t l e n e k c y r k o n u ,

- A l ^ O ^ t r ó j t l e n e k g l i n u .

M a t e r i a ł y c e r a m i c z n e n a b a z i e c y r k o n u n a j l e p i e j n a d a j ą s i ę d o p o ł ą c z e n i a ze s t a l ą l u b ż e l i w e m , g d y ż i c h w s p ó ł c z y n n i k i r o z s z e r z a l n o ś c i c i e p l n e j m a j ą z b l i ż o n e w a r t o ś c i .

W y m i e n i o n e m a t e r i a ł y c e r a m i c z n e o d z n a c z a j ą się :

~ d u ż ą w y t r z y m a ł o ś c i ą w w y s o k i c h t e m p e r a t u r a c h ( 1 0 0 0 - 1 5 0 0 K ) , - m a ł y m w s p ó ł c z y n n i k i e m p r z e w o d n i c t w a c i e p l n e g o ,

• d u ż ą o d p o r n o ś c i ą n a z u ż y c i e ,

- m a ł y m w s p ó ł c z y n n i k i e m t a r c i a w z e t k n i ę c i u z m e t a l e m .

22 E. P r u g a r

W a d ą m a t e r i a ł ó w c e r a m i c z n y c h j e s t j e s z c z e i c h n i e d o s t a t e c z n a o d p o r n o ś ć n a s z y b k i e ( m i l i s e k u n d o w e ) z m i a n y t e m p e r a t u r y , j a k i e w y s t ę p u j ą w s i l n i k a c h s p a l i n o w y c h i i c h d u ż a k r u c h o ś ć - m a ł a o d p o r n o ś ć n a o b c i ą ż e n i a u d a r o w e .

S t o s u j ą c m a t e r i a ł y c e r a m i c z n e n a t a k i e e l e m e n t y s i l n i k a , j a k : d e n k o t ł o k a i t u l e j a c y l i n d r o w a o r a z p o k r y w a j ą c w a r s t w ą m a t e r i a ł ó w c e r a m i c z n y c h t a l e r z y k i z a w o r ó w o r a z w n ę t r z e p r z e w o d u w y l o t o w e g o , z m n i e j s z a s i ę i l o ś ć c i e p ł a o d d a w a n e g o n a r z e c z o t o c z e n i a p r z e z u k ł a d c h ł o d z e n i a s i l n i k a . P o w o -

\. Silnik

2 . S p r ę ż a r k a ocU rodikow a. 1— p o w i e t r z e 3 . C h ł o d n ic a p o w i e t r z a s p a l i n y 1 T u r b in a n a p ą d u s p r ę ż a r k i

5. T u r b i n a mocy

6 . S p r z ę t o

PrzektacLma (reduktor)

R y s . 4a. S c h e m a t s i l n i k a s p a l i n o w e g o Z S z t u r b o s p r ę ż a r k ą i t u r b i n ą m o c y F i g . 4a. S c h e m e o f t h e c o m b u s t i o n e n g i n e ZS a l o n g w i t h t h e t u r b o - c o m p r e s ­

s o r a n d p o w e r t u r b i n e

P o s t ę p w k o n s t r u k c j i . 23

l.Turbo sprężarka..

2..Turbina mocy,

s p r z ę ż o n a z

u / d ł e m k o r b o w y w .

silnika poprzez przekłd-Amę rd-

d.ukc'j j n ą .

o w i e l r z - e

R y s . 4b. S c h e m a t s i l n i k a s p a l i n o w e g o Z S z t u r b o s p r ę ż a r k ą i t u r b i n ą m o c y F i g . 4b. S c h e m e o f t h e c o m b u s t i o n e n g i n e ZS a l o n g w i t h t h e t u r b o - c o m p r e s ­

s o r a n d p o w e r t u r b i n e

24 E. P r u g a r

d u j e t o w p r a w d z i e p e w i e n p r z y r o s t m o c y s i l n i k a , l e c z r ó w n o c z e ś n i e w z r a s t a e n e r g i a c i e p l n a s p a l i n o d p r o w a d z a n y c h d o o t o c z e n i a . W t ej s y t u a c j i , w c e l u o d z y s k a n i a z w i ę k s z o n e j e n e r g i i c i e p l n e j s p a l i n , c e l o w e j e s t s t o s o w a n i e , o b o k t u r b i n y n a p ę d z a j ą c e j s p r ę ż a r k ę d o ł a d o w u j ą c ą , d o d a t k o w e j t u r b i n y p o ł ą ­ c z o n e j za p o m o c ą o d p o w i e d n i e j p r z e k ł a d n i z w a ł e m k o r b o w y m s i l n i k a (tzw.

t u r b i n a m o c y ) , c o p r z e d s t a w i o n o n a r y s . 4 a i 4b.

m d t c r t a t y c e r a m i u n e

R y s . 5. F r a g m e n t s i l n i k a " c e r a m i c z n e g o "

F i g . 5. F r a g m e n t o f t h e " c e r a m i c " e n g i n e

P o s t ę p w k o n s t r u k c j i . 25

N a r y s . 5 p r z e d s t a w i o n o w u j ę c i u s c h e m a t y c z n y m f r a g m e n t s i l n i k a " c e r a - m i b z n e g o " .

W 1981 r. j a p o ń s k a f i r m a K y o t o C e r a m i c s C O . ( K y o c e r a ) p r z e d s t a w i ł a d o ­ ś w i a d c z a l n y s i l n i k " c e r a m i c z n y " z s y s t e m e m w t r y s k u b e z p o ś r e d n i e g o z t u r b o ­ s p r ę ż a r k ą , o n a s t ę p u j ą c y c h d a n y c h t e c h n i c z n y c h :

L i c z b a c y l i n d r ó w 3:

- V - 2 , 8 2 d m 3 , s s

- £ = 17,

- N g = 43 k W p r z y n ^ = 2 8 0 0 m i n ^ ,

k t ó r e g o s p r a w n o ś ó o g ó l n a w y n o s i ł a Q = 0 , 4 5 , p o d c z a s g d y s p r a w n o ś ć t a k i e g o s i l n i k a w w y k o n a n i u " m e t a l o w y m " w y n o s i ł a = 0 , 3 2 . S i l n i k p r a c o w a ł b e z u k ł a d u c h ł o d z e n i a . J a k o m a t e r i a ł u c e r a m i c z n e g o w t y m s i l n i k u u ż y t o S i ^ N ^ . Z t a k i e g o s a m e g o m a t e r i a ł u c e r a m i c z n e g o i n n a f i r m a j a p o ń s k a . M i t s u b i s h i H e a v y I n d u s t r i e s , w y k o n a ł a w i r n i k i d l a t u r b o s p r ę ż a r e k , k t ó r y c h m a s a j e s t o 3 0 % m n i e j s z a o d m a s y w i r n i k ó w s t a l o w y c h ( P S i ^ N ^ = 2 , 2 - 3 , 1 8 k g / d m 3 ) . P r z y p r ó b i e w y t r z y m a ł o ś c i o w e j n a r o z e r w a n i e w i r n i k i t e p r a c o w a ł y b e z a w a r i i w t e m p e r a t u r z e p o n a d 7 0 0 K p r z y s z y b k o ś c i o b w o d o w e j r z ę d u 6 0 0 m / s .

I z o l o w a n i e p r z e s t r z e n i , w k t ó r e j p r z e b i e g a p r o c e s s p a l a n i a , j a k k o l w i e k p o w o d u j e z m n i e j s z e n i e z u ż y c i a p a l i w a ś r e d n i o o 1 5 % , u ł a t w i a u r u c h a m i a n i e s i l n i k a p r z y n i ż s z y c h t e m p e r a t u r a c h o t o c z e n i a i z e z w a l a n a s t o s o w a n i e g o r ­ s z y c h g a t u n k ó w p a l i w a , t o j e d n a k p r z y z b y t d u ż y m s t o p n i u " i z o l o w a n i a " ( 60—

-70%) p o w o d u j e występowanie problemu smarowania gładzi cylindrowych. Z u w a g i n a ł a ­ t w i e j s z e " i z o l o w a n i e " p r z e s t r z e n i , w k t ó r e j p r z e b i e g a p r o c e s s p a l a n i a , w y ­ d a j e s i ę k o r z y s t n i e j s z e b u d o w a n i e d w u s u w o w y c h s i l n i k ó w ZS z t ł o k a m i p r z e ­ c i w b i e ż n y m i , k t ó r y c h k o n c e p c j ę p r z e d s t a w i o n o n a r y s . 6.

x,<xŁ ,

tf- ‘ rnd.tcria.l'Y cer<iwitcz»ia

R y s . 6. K o n c e p c j a "ceramicznego" d w u s u w o w e g o s i l n i k a z t ł o k a m i p r z e c i w b i e ż n y m i F i g . 6. T h e c o n c e p t of the "ceramic" t w o - s t r o k e e n g i n e w i t h t h e oposite pistons

26 E. P r u g a r

W s p o m n i a n y s i l n i k d o ł a d o w a n y t u r b o s p r ę ż a r k ą w r a z z d o d a t k o w ą t u r b i n ą w s p o m a g a j ą c ą ( t u r b i n ą m o c y ) i p o ł ą c z o n y z 5 - s t o p n i o w ą s k r z y n k ą b i e g ó w m ó g ł ­ b y s t a ć s i ę p r z y s z ł o ś c i o w ą j e d n o s t k ą n a p ę d o w ą d l a s a m o c h o d ó w .

N a s z c z e g ó l n ą u w a g ę z a s ł u g u j ą o s t a t n i e r o z w i ą z a n i a k o n s t r u k c y j n e s i l n i ­ k ó w Z S z s y s t e m e m w t r y s k u b e z p o ś r e d n i e g o , p r z e d s t a w i o n e p r z e z z n a n ą a u ­ s t r i a c k ą f i r m ę S T E Y R o r a z p r z e z z a c h o d n i o n i e m i e c k ą f i r m ę E L S B E T T - K O N S T R U K - T I O N . D a n e t e c h n i c z n e r o d z i n y s i l n i k ó w S T E Y E R , o b e j m u j ą c e j o d m i a n y 3-, 4- i 6 - c y l i n d r o w e , z a m i e s z c z o n e s ą w t a b l i c y 2 . 2 . S i l n i k i t e w k a ż d e j z o d m i a n b u d o w a n e s ą j a k o :

- w o l n o s s ą c e , - t u r b o d o ł a d o w a n e ,

- t u r b o d o ł a d o w a n e z c h ł o d z e n i e m p o w i e t r z a d o ł a d o w u j ą c e g o .

S i l n i k i r o d z i n y M1 o d z n a c z a j ą sie:

d u ż ą t r w a ł o ś c i ą , m n i e j s z ą h a ł a ś l i w o ­ ś c i ą , w y s o k i m i o b j ę t o ś c i o w y m i w s k a ź -

k W * , . . . ,

o r a z n i s k i m i j e d - n i k a m i m o c y

d m

[ S ] - «

t y c h w r ó c o n o d o d a w n y c h r o z w i ą z a ń k o n s t r u k c y j n y c h , w k t ó r y c h k a d ł u b s i l n i k a , t u l e j e c y l i n d r o w e i g ł o w i c e s t a n o w i ł y m o n o l i t ( j e d n o l i t y o d l e w ) . P r z y t a k i m r o z w i ą z a n i u u z y s k u j e s i e k o n s t r u k c j e s z t y w n i e j s z ą , l ż e j s z ą i r ó w n o c z e ś n i e m n i e j p o d a t n ą n a o d ­ k s z t a ł c e n i a m e c h a n i c z n e i t e r m i c z n e .

N a r y s . 7 p r z e d s t a w i o n o p r z e k r ó j p o p r z e c z n y 3 - c y l i n d r o w e g o d o ś w i a d ­ c z a l n e g o s i l n i k a ZS t u r b o d o ł a d o w a n e ­ g o " E L K O - 9 1 " w g k o n c e p c j i E L S B E T T A , k t ó r e g o d a n e t e c h n i c z n e p o d a n o w t a ­ b l i c y 4. W s i l n i k u t y m w p r o w a d z o n o c i e k a w e r o z w i ą z a n i a k o n s t r u k c y j n e , z k t ó r y c h n a u w a g ę z a s ł u g u j ą : R y s . 7. F r a g m e n t s i l n i k a " E L K 0 - D 1 "

w p r z e k r o j u

F i g . 7. F r a g m e n t o f t h e engine "EL­

K O - D I " i n i t s s e c t i o n

- z m n i e j s z e n i e p o j e m n o ś c i u k ł a d u c h ł o ­ d z e n i a , p r z y c z y m j a k o c z y n n i k c h ł o d z ą c y w y s t ę p u j ę o l e j ,

- z a s t o s o w a n i e n i e k o n w e n c j o n a l n y c h t ł o k ó w , w k t ó r y c h d e n k o i c z e ś ć p i e r ś c i e n i o w a w y k o n a n e s ą z ż e l i w a s f e r o i d a l n e g o , a c z e ś ć p r o w a d z ą c a w y - k s z t a ł t o w a n a j a k o w o d z i k w y k o n a n a j e s t ze s t o p ó w l e k k i c h .

O b i e t e c z ę ś c i t ł o k a ł ą c z ą s i e n a w z a j e m p o p r z e z s w o r z e ń t ł o k o w y . W d e n k u t ł o k ó w z n a j d u j ą s i e s p e c j a l n e g o k s z t a ł t u k o m o r y s p a l a n i a , d o k t ó r y c h z o s t a ­ je b e z p o ś r e d n i o w t r y s k i v : a n e p a l i w o p r z e z u k o ś n i e u s y t u o w a n e w t r y s k i w a c z e .