9
Silniki Cieplne
Rafał Łukosz IIB
Silnik cieplny
Urządzenie, które zmienia dostarczone ciepło na energię mechaniczną w formie pracy
W silnikach cieplnych odbywają się procesy kołowe
- po wykonaniu pewnego cyklu przemian silnik wraca do swojego pierwotnego stanu
Proces kołowy
Schemat
Silnik Carnota
- Jest to silnik idealny, o maksymalnej sprawności
- Jest oparty na cyklu Carnota
1 -> 2, 3 ->4 izoterma
2 -> 3, 4 ->1 adiabata
Pole pod wykresem to praca jednego cyklu (W)
- sprawność cyklu liczymy ze wzoru
Animacja
(opcja "loop" wskazana)
- Przemiana pierwsza jest rozprężaniem izotermicznym, w którym gaz wykonuje pracę kosztem ciepła pobranego.
- Przemiana druga jest adiabatycznym rozprężaniem gazu, w którym nie występuje wymiana ciepła z otoczeniem
- W przemianie trzeciej gaz podczas sprężania oddaje ciepło Q2 do otoczenia.
- Czwarta przemiana jest sprężaniem adiabatycznym, ciepło nie jest wymieniane
Silnik Otta
- Bazuje na cyklu Otta
- wydajność zależy bezpośrednio od stopnia sprężania
- Charakterystyczną cechą jest to, że każdy suw trwa od momentu osiągnięcia przez tłok górnego lub dolnego położenia
- Sprawność cyklu liczymy ze wzoru
Cykl Otta to odwracalny obieg termodynamiczny składający się z 4 procesów składowych:
- 1->2 sprężanie adiabatyczne,
- 2->3 ogrzewanie izochoryczne (spalanie),
- 3->4 rozprężanie adiabatyczne,
- 4->1 chłodzenie izochoryczne – wydech,
Cykl Otta
Silnik Wankla
- charakteryzuje się prostotą myśli konstrukcyjnej
- uzanwany jest za cichy, bowiem brak w nim hałaśliwych zaworów
- silnik osiąga znaczne prędkości obrotowe
- cechuje się wysoką sprawnością mechaniczną
Schemat działania
Silnik Wankla dzięki konstrukcji z wirującym tłokiem wykonuje naraz cztery takty pracy:
1. ssanie
2. sprężanie ładunku,
3. pracę (rozprężanie gazów spalinowych),
4. usuwanie spalin.
Schemat
Budowa silnika
Budowa
Wady
Zalety
- generuje wysokie temperatury, potrzebuje potężnego chłodzenia
- stosunkowo wysokie zużycie paliwa
Cechy
- bardzo prosty, niezawodny
- brak w nim takich częśći jak: napędu rozrządu, wałków rozrządu, popychaczy, dźwigienek zaworowych, zaworów,korbowodów.
- jest bardzo stabilny
- praktycznie nie generuje wibracji
- świetny stosunek mocy do wagi
Silnik Diesla
- Silnik jest odmianą silnika cieplnego o spalaniu wewnętrznym
- paliwo jest spalane wewnątrz silnika
- wadą jest znaczne rozgrzewanie się cylindra i tłoków co może prowadzić do uszkodzeń
- Trzeba go intensywnie chłodzić.
- duża waga
- stosunkowo wysoki koszt produkcji
- temperatura w cylindrze osiąga znaczne temperatury, przez co dochodzi do zamozapłonu
- Sprawność cyklu liczymy ze wzoru
Cykl Diesla
- izobaryczne ogrzewanie czynnika w wyniku spalania paliwa; jednocześnie występuje ekspansja czynnika od objętości V1 do objętości V2
- adiabatyczne rozprężanie od ciśnienia p3 do ciśnienia p2
- izochoryczne chłodzenie przy objętości V3
- adiabatyczne sprężanie od ciśnienia p1 do ciśnienia p3
Cykl
Ciekawostki
Fakty
Wynalazł je i opatentował w roku 1893, niemiecki inżynier Rudolf Diesel (produkcję rozpoczęto w roku 1897).
Wynalazca omal nie zginął, kiedy jego prototyp eksplodował.
Silniki Diesla od razu zyskały sympatię producentów pojazdów mechanicznych. Ich sukces wynikał z tego, że ich sprawność wynosiła 26%, podczas gdy silnika Otta zaledwie w 13%.
Poniżej uruchomienie silnika o mocy 10HP z 1909r
Silnik dwusuwowy
- cały obieg pracy następuje co drugi suw
- teoretycznie może osiągać wyższą moc jednostkową, niż silnik czterosuwowy
- wysoka emmisja spalin
Cykl pracy silnika
Cykl
Fakty
- Żaden inny silnik tłokowy nie jest w stanie rywalizować z dwusuwowym jeśli chodzi o wagę i stosunek mocy do masy.
Z tego powodusilniki te dominują w miejscach gdzie potrzebna jest mała jednostka napędowa o wysokiej mocy – np. ręcznych urządzeniach napędzanych spalinowo.
- Silniki dwusuwowe zużywają więcej paliwa, niż czterosuwy, różnica to około 20-30 %
Ciekawostki
Zalety
Wady
- duża emisja spalin
- mała wytrzymałość
- smarowanie olejem z zewnątrz
- hałaśliwa praca
- duże spalanie
- duże obciążenie cieplne
Cechy
- duża moc i moment na wysokich obrotach
- niewielki koszt naprawy, obsługi
- łatwy rozruch
- szybkość nagrzewania
- prosta konstrukcja
- korzystny stosunek mocy do masy
Silnik czterosuwowy
Nazwa odnosi się do czterech faz działania:
- wpływu powietrza lub mieszanki paliwowo-powietrznej,
- sprężenia,
- pracy,
- wydmuchu spalin
Jego konstrukcja jest bardziej złożona niż silnika dwusuwowego
Spełnia normy czystości spalin
Cykl
SUW DOLOTU
SUW SPRĘŻANIA
Cykl
SUW PRACY
SUW WYLOTU