Wskaźniki pracy silnika
Pracę silnika charakteryzują następujące wskaźniki: prędkość obrotowa, średnie ciśnienie indykowane i użyteczne, moment obrotowy, moc indykowana i użyteczna, godzinowe i jednostkowe zużycie paliwa, sprawność oraz tzw. wskaźniki porównawcze.
Prędkość obrotowa silnika (symbol n) określona jest liczbą obrotów wału korbowego na minutę. Znamionowa prędkość obrotowa silnika, tj. liczba obrotów wału korbowego odpowiadająca mocy znamionowej, podawana jest przez wytwórcę.
Prędkość maksymalnego momentu obrotowego jest to prędkość obrotowa wału korbowego, przy której silnik rozwija maksymalny moment obrotowy.
Dopuszczalna prędkość obrotowa silnika jest to największa prędkość obrotowa wału korbowego, z którą silnik bez obciążenia zewnętrznego może pracować przez dowolny okres.
Prędkość biegu jałowego jest to najmniejsza prędkość obrotowa wału korbowego, z którą silnik może jeszcze pracować regularnie przy zupełnym przymknięciu przepustnicy gaźnika (prędkość ta zawiera się w granicach 400-=-1100 obr/min).
Prędkość rozruchu jest to najmniejsza prędkość obrotowa wału korbowego, przy której silnik można uruchomić (w przeciętnych warunkach otoczenia prędkość ta wynosi około 50 obr/min).
Średnie ciśnienie indykowane (symbol pż) jest to takie zastępcze ciśnienie stałe, które działając na tłok w okresie suwu rozprężania (pracy) zapewnia uzyskanie takiej samej ilości pracy, jaką otrzymuje się w rzeczywistości wskutek działania na tłok ciśnienia zmiennego.
Średnie ciśnienie użyteczne (symbol pe) jest to takie obliczeniowe ciśnienie stałe, które działając na tłok w okresie suwu rozprężania (pracy) zapewnia uzyskanie ilości pracy równej pracy użytecznej jednego obiegu. Średnie ciśnienie użyteczne wyraża się iloczynem średniego ciśnienia indykowanego i sprawności mechanicznej (pe = p4 • rm).
Moment obrotowy silnika (symbol M0) jest to średni w ciągu całego obiegu moment przenoszony przez wał korbowy silnika na elementy przeniesienia napędu. Moment obrotowy jest iloczynem siły (w kG) oraz ramienia jej działania (w m), czyli odległości między osią obrotu wału i osią działania tej siły.
Moment obrotowy może być obliczony ze wzoru:
gdzie: Mo = ^~[kGml
Ne — moc użyteczna w KM, n — prędkość obrotowa w obr/min.
Maksymalny moment silnika jest to największy moment obrotowy, jaki można uzyskać na wale korbowym podczas pracy silnika przy całkowicie otwartej przepustnicy gaźnika.
Moc indykowana (symbol 2VŹ) jest to moc, jaką silnik rozwija w cylindrze (bez uwzględnienia własnych oporów ruchu). Moc indykowana silnika czterosuwowego oblicza się ze wzoru:
Vs-Pi-n-i 900
pojemność skokowa cylindra w 1, średnie ciśnienie indykowane w kG/cm2, prędkość obrotowa silnika w obr/min, liczba cylindrów silnika.
Moc oporów ruchu (symbol Nr) jest to moc tracona na tarcie w mechanizmach silnika (rys. 1.5) oraz na napęd osprzętu silnika, będącego zwykle w ruchu (np. pompa wody, wentylator, pompa oleju, prądnica).
Moc użyteczna lub efektywna (symbol iVe) jest to moc, jaką przekazuje wał korbowy elementom przeniesienia napędu. Moc użyteczna
stanowi więc różnicę mocy indykowanej i mocy oporów ruchu (iVe = =Nt - Nr).
Podczas badań silnika na hamowni moc użyteczną *) określa się na podstawie pomiarów momentu obrotowego i prędkości obrotowej, posługując się wzorem:
Moc maksymalna jest to największa moc użyteczna, jaką silnik może rozwijać pod niezmiennym obciążeniem w ciągu określonego czasu, nie przekraczając dopuszczalnego obciążenia cieplnego poszczególnych elementów.
Moc znamionowa lub nominalna jest to moc użyteczna podawana przez wytwórnię dla określonych warunków pracy. W silnikach samochodowych bez regulatora prędkości obrotowej moc znamionowa z reguły odpowiada maksymalnej mocy użytecznej.
Moc trwała jest to największa moc użyteczna, jaką silnik może rozwijać pod niezmiennym obciążeniem w ciągu dowolnego okresu, nie przekraczając dopuszczalnego obciążenia cieplnego poszczególnych elementów.
Moc zredukowana jest to użyteczna moc silnika sprowadzona do tzw. normalnych warunków atmosferycznych, ustalonych w odpowiednich normach (np. PN ustala jako warunki normalne ciśnienie baro-metryczne 760 mm Hg i temperaturę otoczenia 15°C).
Sprawność teoretyczna (symbol rt) jest to stosunek ciepła przetworzonego na pracę mechaniczną, zgodnie z teoretycznym wykresem indykatorowym, do ciepła wywiązującego się w cylindrze wskutek zupełnego spalenia doprowadzonego do niego paliwa.
Sprawność indykowana (symbol t)4) jest to stosunek ciepła przetworzonego na pracę mechaniczną w cylindrze silnika do ciepła wywiązującego się w cylindrze wskutek zupełnego spalenia doprowadzonego do niego paliwa.
Sprawność cieplna (symbol rc) jest to stosunek ciepła przetworzonego na pracę mechaniczną w cylindrze silnika, wyrażonego w jednostkach ciepła, do całkowitej ilości ciepła doprowadzonego do cylindra.
*) Według DIN oraz PN moc użyteczną silnika wyznacza się z kompletnym osprzętem będącym zwykle w ruchu (pompa wody, wentylator, pompa oleju, ipompa paliwa, prądnica itp.). Według SAE moc użyteczną silnika wyznacza się z odłączonym lub zdjętym osprzętem, bez którego silnik może pracować (pompa wody, wentylator, prądnica itd.). Oprócz tego wg SAE zwykle mierzy się moc silnika dotartego, natomiast wg DIN najczęściej ustala się moc silnika nie dotartego lub tylko wstępnie dotartego. Dlatego moc użyteczna dla tego samego silnika podawana wg SAE jest większa niż wg DIN.
Sprawność mechaniczna (symbol t)m) jest to stosunek ilości ciepła zamienionego na pracę użyteczną do ilości ciepła zamienionego na pra-
cę indykowaną lub inaczej — jest to stosunek mocy użytecznej silnika do jego mocy indykowanej.
Sprawność ogólna (symbol t)0) jest to stosunek ciepła zamienionego na pracę użyteczną do całkowitej ilości ciepła doprowadzonego do silnika.
Godzinowe zużycie paliwa (symbol Ge) jest to ilość paliwa zużywanego przez silnik w ciągu jednej godziny. Ilość tę wyznacza się przy pomiarze metodą objętościową ze wzoru.
lub przy pomiarze metodą ciężarową ze wzoru:
Ge = _3600^[kg/h]
gdzie:
Vp — objętość paliwa zużytego w czasie t w 1, YP — ciężar właściwy paliwa w kg/l,
i — czas pomiaru w s, Gp — ciężar paliwa zużytego w czasie t w kg.
Jednostkowe zużycie paliwa (symbol ge) jest to ilość paliwa zużywanego przez silnik w ciągu jednej godziny na 1 KM. W badanym silniku jednostkowe zużycie paliwa oblicza się ze wzoru.
W silnikach czterosuwowych o zapłonie elektrycznym jednostkowe zużycie paliwa wynosi od 0,24 do 0,28 kg/KMh (w korzystnych warunkach pracy).
Zużycie eksploatacyjne paliwa przez silnik może zmieniać się w szerokim zakresie, odpowiednio do warunków jego pracy, a zwłaszcza obciążenia i prędkości obrotowej. Oprócz tego bardzo istotny wpływ na zużycie paliwa ma stan techniczny silnika oraz prawidłowość regulacji lub ustawienia jego mechanizmów i osprzętu.
Przebiegowe zużycie paliwa jest miernikiem informującym o ilości paliwa zużywanego przez silnik na jednostkę przebiegu pojazdu w określonych warunkach pomiarów. Zwykle wyznacza się tzw. drogowe zużycie paliwa na 100 km przebiegu samochodu, podawane w 1/100 km. Według normy DIN, pomiary zużycia paliwa wykonuje się, gdy pojazd porusza się z połową obciążenia użytecznego, ze stałą prędkością, wynoszącą 75°/o prędkości maksymalnej, na drodze równej i poziomej, bez wiatru. Do ilości paliwa zużytego przez silnik w takich warunkach pomiaru dodaje się 10% i wartość ta podawana jest przez wytwórnie jako eksploatacyjne zużycie paliwa (bardziej szczegółowe rozważania na ten temat — patrz str. 255).
Pojemnościowy wskaźnik mocy (symbol N{) jest to stosunek znamionowej mocy użytecznej do pojemności skokowej silnika wyrażonej w litrach (KM/1). Pojemnościowy wskaźnik mocy charakteryzuje, niezależnie od rodzaju i wielkości silnika, wykorzystanie jego pojemności skokowej. Na przykład dla współczesnych silników europejskich pojemnościowy wskaźnik mocy wynosi około 50 KM/1.
Ciężarowy wskaźnik mocy (jednostkowy ciężar silnika) jest to stosunek ciężaru suchego silnika do jego znamionowej mocy użytecznej, wyrażony w kG/KM. Ciężarowy wskaźnik mocy charakteryzuje niezależnie od rodzaju i wielkości silnika jego masywność budowy, a pośrednio obciążenie mechaniczne zasadniczych części silnika.