1
POD.NAD-TS-3
Lekcja 15
Temat: Źródła napędu i ich charakterystyka
Powszechnie stosowanym źródłem napędu w pojazdach samochodowych jest tłokowy silnik spalinowy z zapłonem iskrowym ZI lub samoczynnym ZS.
W celu poznania właściwości roboczych silnika, silnik poddaje się wszechstronnym badaniom. W zależności od miejsca badania silników rozróżniamy badania stanowiskowe i eksploatacyjne.
Badania stanowiskowe, prowadzone są na specjalnych stanowiskach badawczych w odpowiednio przystosowanym do tego celu pomieszczeniu zwanym hamownią.
Stanowisko do badań silników jest wyposażone w następujące urządzenia:
Ø urządzenie do ustawienia i zamocowania silnika,
Ø hamulec obciążeniowy do hamowania silnika,
Ø instalację do chłodzenia i zasilania paliwem silnika,
Ø pulpit sterowniczy oraz urządzenia i przyrządy niezbędne do wykonania pomiarów.
Urządzenia i przyrządy, w jakie wyposażone jest stanowisko do badań silników, powinny umożliwiać pomiary następujących wielkości:
Ø moment obrotowy silnika [Nm],
Ø prędkości obrotowej wału korbowego silnika [obr/min],
Ø zużycia paliwa [kg/h], (zmierzone metoda objętościową lub masową),
Ø temperatury ładunku na dolocie oraz cieczy chłodzącej i oleju,
Ø ciśnienie oleju,
Ø kąta wyprzedzenia zapłonu lub wtrysku paliwa.
Wyznaczane parametry pracy silnika na stanowisku badawczym można przedstawić graficznie na wykresie w postaci charakterystyk.
Charakterystyka zewnętrzna (pełnej mocy) silnika przedstawia zależność mocy użytecznej (efektywnej), momentu obrotowego i jednostkowego zużycia paliwa od prędkości obrotowej silnika.
Charakterystykę zewnętrzną pełnej mocy przedstawia rysunek 15.1.
Rys.15.1 Charakterystyka zewnętrzna pełnej mocy silnika spalinowego: - moc efektywna (użyteczna) silnika, - moment obrotowy silnika, - jednostkowe zużycie paliwa, - godzinowe zużycie paliwa, - obroty silnika.
Moc na kole zamachowym silnika można obliczyć ze wzoru:
[kW]
gdzie:
- moment obrotowy,
– prędkość kątowa w [rad/s],
- obroty silnika [obr/min],
Pomiędzy mocą silnika , momentem silnika i prędkością obrotową silnika zachodzi zależność
w której moment jest wyrażony w , prędkość obrotowa w obr/min.
Charakterystykę zewnętrzną silnika wykorzystuje się w budowie samochodów do określenia siły napędowej na kołach pojazdu w funkcji prędkości jazdy oraz do sporządzenia charakterystyki trakcyjnej pojazdu uwzględniając charakter zmian sił oporów ruchu podczas jazdy.
Znając przebieg mocy i momentu obrotowego na charakterystyce zewnętrznej silnika możemy określić rozpiętość prędkości obrotowej silnika, przy której jego praca jest najkorzystniejsza.
Kształt krzywej momentu silnika zawarty między prędkością obrotową maksymalnego momentu i maksymalnej mocy rysunek 15.2, charakteryzuje zdolność silnika do samoczynnego dostosowania się do chwilowego obciążenia. W tym zakresie prędkości obrotowej silnik posiada tendencję do dostosowania momentu obrotowego do wartości chwilowych sił oporów ruchu samochodu (obciążenia). W przypadku:
● wzrostu obciążenia kosztem zmniejszenia prędkości obrotowej silnika następuje zwiększenie momentu obrotowego a tym samym siły napędowej na kołach pojazdu,
● zmniejszenia obciążenia następuje zwiększenie prędkości obrotowej silnika i tym samym następuje wzrost prędkości pojazdu.
Rys.15.2 Kształt krzywej momentu obrotowego w zakresie prędkości obrotowe maksymalnego momentu i maksymalnej mocy
O silnikach, które charakteryzują się dużą rozpiętością momentu obrotowego i znaczną rozpiętością prędkości obrotowej mówimy, że są elastyczne.
Miarą elastyczności silnika jest współczynnik elastyczności silnika gdzie:
- współczynnik rozpiętości momentu obrotowego,
- współczynnik rozpiętości prędkości obrotowej silnika.
Wskaźnikiem (współczynnikiem) elastyczności momentu obrotowego nazywamy stosunek momentu maksymalnego do momentu maksymalnej mocy .
Wskaźnikiem (współczynnikiem) elastyczności prędkości obrotowej nazywamy stosunek prędkości obrotowej mocy maksymalnej do prędkości obrotowej maksymalnego momentu .
Wskaźnik elastyczności silnika umożliwia porównanie silników między sobą i ocenę ich przydatności do wykonywania zadań trakcyjnych. Duża elastyczność silnika jest cechą korzystną, ponieważ przy wzroście sił oporów ruchu podczas jazdy pozwala dostosować moment obrotowy silnika do pokonania tych sił bez zmiany przełożenia w skrzyni biegów. Zmniejsza to liczbę przełożeń w skrzyni biegów. Mała elastyczność silnika powoduje konieczność stosowania w samochodach skrzyń biegów o większej liczbie przełożeń.
Silnik elektryczny szerokie zastosowanie znalazł w napędach trakcyjnych, transporcie miejskim osobowym trolejbusy i tramwaje oraz w transporcie wewnętrznym w zakładach przemysłowych wózki akumulatorowe. W trolejbusach i tramwajach silniki elektryczne zasilane są z sieci o stałej wartości napięcia. Podstawowymi zaletami napędu elektrycznego jest:
¾ możliwość uproszczenia układu napędowego (silnik elektryczny nie wymaga stosowania sprzęgła oraz przekładni),
¾ cichobieżność,
¾ łatwość sterowania i prosta obsługa,
¾ brak spalin w miejscu pracy.
Przeszkodą niepozwalającą na powszechne stosowanie napędów elektrycznych w pojazdach samochodowych jest duża masa i mała pojemność akumulatorów. Duża masa akumulatorów ogranicza ładowność pojazdu, natomiast mała pojemność akumulatorów ogranicza zasięg pojazdu.
Najkorzystniejszą charakterystykę do napędu samochodu posiada silnik elektryczny szeregowy prądu stałego rys.15.3.
Rys.15.3. Charakterystyka elektrycznego silnika szeregowego prądu stałego
Silnik elektryczny szeregowy prądu stałego cechuje:
¾ możliwość uruchamiania silnika pod obciążeniem,
¾ duża elastyczność momentu,
¾ możliwość krótkotrwałych przeciążeń,
¾ możliwość użycia tego silnika do hamowania,
Przeciążenie silnika szeregowego zmniejsza znacznie prędkość kątową, natomiast nieznacznie zwiększa pobór mocy z sieci. Ta właściwość decyduje o powszechnym stosowaniu silników szeregowych w napędach trakcyjnych. Wadą tych silników jest możliwość rozbiegania się przy zmniejszaniu momentu obciążenia. Silnik szeregowy nie może, zatem pracować nieobciążony. W napędach trakcyjnych taki przypadek pracy nigdy nie występuje.
kaka93pl