Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
AdexAdex
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Sprawność silnika tłokowego

_andmir 25 Kwi 2013 23:53 29472 98
  • #1
    _andmir
    Poziom 8  
    Witam

    Podobno jednym z powodów niskiej sprawności silników tłokowych (spalinowego, parowego, stirlinga i innych) jest to, że siła P działająca na tłok, osiąga swoją maksymalną wartość w takim momencie ułożenia korbowodu gdy składowa S wywołująca moment obrotowy na wale korbowym jest bardzo mała (rys.1).

    Sprawność silnika tłokowego

    Chciałbym przedstawić do dyskusji pomysł rozwiązania tego problemu.

    Proponuję zrezygnować z przetwarzania ruchu posuwistego na obrotowy za pomocą korbowodu.

    Korzystam z rozwiązania znanego z układu napędu rowerów – czyli z wolnobiegu (sprzęgła jednokierunkowego) (rys.2).

    Sprawność silnika tłokowego

    W przykładzie łańcuch zastępuję listwą zębatą, która poprzez sprzęgło jednokierunkowe porusza wał (na animacji, dla większej czytelności działania, dorysowałem jeszcze koło zamachowe) (rys.3).

    Sprawność silnika tłokowego

    Rys. 3

    Na animacji siła poruszająca listwę w dół powoduje obrót wału, natomiast przy ruchu w górę nasze sprzęgło jednokierunkowe odłącza działanie listwy na wał (tak jak to działa w rowerze: gdy kręcimy pedałami w jednym kierunku napędzamy koło, a przy kręceniu w drugą stronę nie działamy na koło żadną siłą).

    Pozostaje pytanie jak zastosować ten mechanizm w typowym silniku.
    Proponuję pozostawić cały mechanizm silnika bez zmian, a tylko przenieść miejsce odbierania momentu obrotowego.
    Jeżeli możliwe jest takie dobranie wysokości cylindra i tłoka by trzpień na którym przymocowany jest tłok do korbowodu poruszał się poniżej komory roboczej silnika to po wykonaniu podłużnych otworów w ściankach cylindra można by przedłużyć nasz trzpień, tak by wystawał on z jednej i drugiej strony poza cylinder (rys.4).

    Sprawność silnika tłokowego

    Teraz połączenie tłoka z mechanizmem napędu nowego wału nie powinno już sprawiać żadnych problemów (na przykład tak jak na rysunku 5).

    Sprawność silnika tłokowego

    Sposoby połączeń też mogą być różne (rys. 6).

    Sprawność silnika tłokowego

    Uważam, że przy takim rozwiązaniu sprawność silnika powinna być znacznie wyższa niż przy klasycznym przeniesieniu siły przez korbowód.

    Proszę o opinie na temat tego rozwiązania.

    Pozdrawiam


    UWAGA!!!: Autor nie bierze żadnej odpowiedzialności za szkody powstałe podczas doświadczalnego sprawdzania przedstawionych powyżej teorii. Jeżeli natomiast ktoś chciałby wdrożyć do produkcji przedstawione pomysły, to musi samodzielnie przeprowadzić sprawdzenie czy przypadkiem nie narusza istniejących patentów.
  • AdexAdex
  • #2
    Świr
    Poziom 34  
    A jak tłok sam z siebie "podniesie się" do góry, czyli spręży mieszankę paliwową? Przecież sprzęgło go "odłączy"...
  • #3
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #4
    sm48
    Poziom 15  
    Jeżeli coś jest bardzo proste to znaczy że ktoś wcześniej to już wymyślił i prawdopodobnie pomysł nie wypalił.
    Nie pamiętam nazwiska ale ktoś już skonstruował podobny silnik gdzie ciężki tłok był wyrzucany do góry za pomocą wybuchu a potem tłok opadając napędzał, przez listwę zębatą i mechanizm wolnego koła, pojazd.

    Problem nierównej wartości momentu obrotowego w silnikach tłokowych rozwiązuje się w prostszy sposób a mianowicie dobierając odpowiednie koło zamachowe.

    Pomyśl też o tym że ten twój mechanizm z zębatką też ma jakieś straty a i przynajmniej w takim wykonaniu zajmuje dużo miejsca, a konstruktorom chodzi raczej o to by silniki były możliwie najmniejsze.
  • #5
    _andmir
    Poziom 8  
    Świr napisał:
    A jak tłok sam z siebie "podniesie się" do góry, czyli spręży mieszankę paliwową? Przecież sprzęgło go "odłączy"...


    Jak napisałem:
    "Proponuję pozostawić cały mechanizm silnika bez zmian, a tylko przenieść miejsce odbierania momentu obrotowego."

    Czyli wał korbowy jest nadal i wykonuje swoje zadania.
  • #6
    Świr
    Poziom 34  
    Ok, zasugerowałem się tym co tutaj napisałeś:

    _andmir napisał:
    Proponuję zrezygnować z przetwarzania ruchu posuwistego na obrotowy za pomocą korbowodu.
  • AdexAdex
  • #7
    Hucul
    Poziom 39  
    _andmir napisał:
    ...Czyli wał korbowy jest nadal i wykonuje swoje zadania.

    To chyba lepiej połączyć dwa tłoki przeciwsobnie i jednak zrezygnować z koła zamachowego, wału korbowego i całej resztu "balastu".
  • #8
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #9
    Świr
    Poziom 34  
    Ja tam nie chcę nic poprawiać. Mi moja V6 daje wystarczającą frajdę z jazdy ;)
  • #10
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #11
    Hucul
    Poziom 39  
    Zastosowanie dwóch lub czterech zespołów takich tłoków zniweluje ten efekt.
  • #12
    saskia
    Poziom 38  
    Dobre! :-)

    Moze by tak autor udoskonalil silnik Wankla, bo w takowym jeszcze mozna co nieco poprawic.
    Tak czytajac ten temat pierwszy raz, usmiechnalem sie :-), ale tez jednoczesnie patrzac na te obrazki autora i jego pytania, jedyne co mi przychodzilo do glowy ( z nudow) :-), to byl mechanizm przeniesienia obrotow z wirnika na wal w silniku Wankla.
    Nie zaglebialem sie w to, ale na pierwszy rzut, mozna by pomyslec nad uzyciem mechanizmu z silnika Wankla, aby spowodowac plynne przemieszczanie sie kata przeniesienia sily tloka na wal, tak aby najwiekszy nacisk korbowodu na wykorbienie walu wystepowal w zakresie 45- 135 stopni od ZPZ.
  • #13
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #14
    saskia
    Poziom 38  
    Tak ! Dokladnie taki sam, nawet to samo zdjecie bylo w ksiazce z mechaniki, ale chyba 2 lata po Potopie. :-) :-)
  • #15
    _andmir
    Poziom 8  
    giepetto napisał:
    Bzdura. Nic takiego nie ma miejsca. Polecam książkę A. Wajanda. Silniki spalinowe.


    To sobie podyskutowaliśmy ;-)

    Czy bzdurą jest przedstawiony rozkład sił występujących w korbowodzie?
    Czy może fakt, że sprawność silnika spalinowego to około 40% dostarczonej energii?

    Oczywiście i rozkład sił i informacje o sprawności pochodzą z różnych dostępnych opracowań na temat silników (chociaż przyznaję, że akurat książki pana Wajanda nie miałem okazji jeszcze przeczytać).

    giepetto napisał:
    To jest niewiarygodne. Jak chcecie poprawic slinik, ktorego zasada dzialania jest wam obca tak jak mi neurochirurgia...


    W przedstawionym pomyśle nie ma mowy o jakiejkolwiek zmianie zasad działania silnika. Proponuję jedynie odłączyć skrzynię biegów (a przez to przekazanie napędu na koła) od korbowodu silnika i podłączyć ją do nowego wału górnego (napędzanego bezpośrednio siłą ciśnienia działającą na tłok).
  • #16
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #17
    jamtex
    Poziom 23  
    Cytat:
    Podobno jednym z powodów niskiej sprawności silników tłokowych (spalinowego, parowego, stirlinga i innych)


    I na tym należałoby zakończyć dyskusję.

    Skoro jednak ona trwa, to proponuję by kolega zapoznał się, z (na wszelki wypadek podam linki):

    1. silnik stirlinga - bardzo ładne animację na dole strony - ehhh kiedyś go w końcu kupię :)

    2.silnik gwiazdowy

    3. Silnik Wankla

    A teraz obowiązkowa lektura przed napisaniem kolejnego postu:

    silniki spalinowe

    Proponowane przez Kolegę rozwiązanie:
    - obniża sprawność silnika (potrzeba dostarczenia energii dla cyklu sprężania)
    - większy hałas powodowany przez dodatkowe przekładnie
    - jak to uszczelnić?
    - przekładania z listwą zębatą będzie miała cykl pracy: na początku olbrzymie przeciążenie, a potem "jazda" - tylko pewien gość od zderzaków uważa, że listwy takie są inteligentne :)
    - zwiększenie zawodności silnika,
    - zwiększenie kosztów montażu i produkcji silnika,
    - zmniejszenie czasu pracy pomiędzy kolejnymi przeglądami.

    Zamiast grzebać w mechanice, proponuję zastanowić się co zrobić z ciepłem produkowanym przez silnik?

    Może by tak w roli chłodnicy - zastosować właśnie silnik stirlinga i produkować prąd elektryczny?
    Dodatkowy akumulator który będzie ładowany kosztem ciepła silnika, może potem zasilać moją domową instalacje elektryczną.

    A na sam konie smaczek: wał korbowy
  • #18
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #20
    Użytkownik usunął konto
    Użytkownik usunął konto  
  • #21
    kybernetes
    Poziom 39  
    giepetto napisał:
    Dodać można, że na chwilę obecną jest to jeden z dwóch silników spalinowych - tłokowych o najwyższej sprawności energetycznej na Ziemi - >50% pewnych warunkach.

    Przy 1,8 dm³ pojemności skokowej cylindra to nie sztuka - straty cieplne w komorze spalania pomijalne.
  • #22
    sm48
    Poziom 15  
    Skoro straty ciepła w komorze spalania są pomijalne to dlaczego głowica jest najlepiej chłodzonym elementem silnika ?
  • #23
    kybernetes
    Poziom 39  
    sm48 napisał:
    Skoro straty ciepła w komorze spalania są pomijalne to dlaczego głowica jest najlepiej chłodzonym elementem silnika ?

    Głowica się najsilniej nagrzewa to i musi być chłodzona.
    A ty może myślałeś, że skoro straty cieplne są małe to znaczy że silnik będzie zimny? Człowieku, pomyśl trochę - przecież tam zachodzi spalanie.
  • #24
    sm48
    Poziom 15  
    No to na czym polegają te pomijalnie małe straty. No bo skoro energia spalania paliwa idzie na ogrzewanie otoczenia a nie na pracę mechaniczną no to to jest dla mnie strata.
  • #25
    kybernetes
    Poziom 39  
    Sm48, a jaka jest twoja opinia w tej kwestii?
  • #26
    krru
    Poziom 32  
    sm48 napisał:
    No to na czym polegają te pomijalnie małe straty. No bo skoro energia spalania paliwa idzie na ogrzewanie otoczenia a nie na pracę mechaniczną no to to jest dla mnie strata.


    Ale prawa fizyki mówią, że inaczej się nie da. Energię cieplną można zamienić na mechaniczną jedynie w części.
  • #27
    sm48
    Poziom 15  
    Cytat:
    Sm48, a jaka jest twoja opinia w tej kwestii?

    Ja nie mam żadnej opinni. Che się tylko dowiedzieć co to są te pomijalnie małe straty.

    Cytat:
    Ale prawa fizyki mówią, że inaczej się nie da. Energię cieplną można zamienić na mechaniczną jedynie w części.

    Tyle to ja wiem. Tylko skoro 20-30% energii ze spalania ucieka przez układ chłodzenia, do dlaczego kolega kybernetes pisze o pomijalnie małych stratach. Jakie straty ma na myśli? Nie jestem w tym biegły chciałbym się czegoś dowiedzieć.
  • #28
    kybernetes
    Poziom 39  
    sm48 napisał:
    Ja nie mam żadnej opinni. Che się tylko dowiedzieć co to są te pomijalnie małe straty.

    sm48 napisał:
    Jakie straty ma na myśli? Nie jestem w tym biegły chciałbym się czegoś dowiedzieć.

    Proszę w takim razie poszukać i zapoznać się z ta pozycją:
    http://witmir.pl/ksiegarnia/tlokowe-silniki-spalinowe-srednio--i-szybkoobrotow/3587/
    Jest tam sporo teorii, która pozwoli ci ocenić w jakich silnikach jakie straty są duże a w jakich małe.
  • #29
    saskia
    Poziom 38  
    Konstrukcja i zasada dzialania silnika spalinowego wykozystuje pewien zakres wysokich temperatur i z tego wzgledu potrzebne jest chodzenie elementow silnika, aby zachowywaly swoje wlasciwosci podczas pracy w wysokich temperaturach. Chlodzenie to koniecznosc, mimo ze jest strata energii.
    Spaliny po wykonaniu pracy w cylindrze maja juz zbyt niska temperature aby mogly wykonac jakas prace w danym silniku, no jedynie moze do napedu turbo.
    Ponizej pewnej granicy energia jest zbyt rozproszona, aby mozna ja bylo bardziej wykozystac w danym silniku.
    Polaczenie silnika spalinowego z np. silnikiem Stirlinga moglo by zmniejszyc straty, ale jest to malo ekonomiczne.
    Jak dotychczas, to wykozystanie silnika do produkcji energii mechanicznej i elektrycznej z wykozystaniem ciepla odpadowego z chlodzenia do ogrzewania np. mieszkania, jest bardzo ekonomiczne. To tzw. CHP jak w linku.
    http://www.helec.co.uk/energimizer%20EM%207.5%20NG%20low%20res.pdf
  • #30
    kybernetes
    Poziom 39  
    Część ciepła strat można by wykorzystać do napędu silnika parowego, np. na freon lub podobny niskowrzący czynnik. Jednak koszty takiej instalacji byłyby wysokie.