Układ doładowania silnika spalinowego

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania

Doładowanie silnika spalinowego – proces doprowadzania do silnika większej ilości czynnika roboczego (powietrza lub mieszanki paliwowo-powietrznej) niż silnik zassałby swobodnie z otoczenia. Jest to realizowane poprzez zwiększenie ciśnienia, a tym samym i jego gęstości i temperatury, czynnika na wlocie do silnika poprzez sprężarkę. Za pomocą odpowiednich układów sterujących pracą silnika i sprężarki, można wpłynąć również na zależność momentu obrotowego od obrotów silnika.

Układ doładowania składa się ze sprężarki, układu napędowego sprężarki, przewodów doprowadzających i odprowadzających powietrze, może także zawierać chłodnicę powietrza doładowującego, urządzenia pomiarowe i sterujące.

Specyfika[edytuj | edytuj kod]

  • Silnik o zapłonie samoczynnym – w silniku tym dochodzi do samozapłonu wtryśniętej pod wysokim ciśnieniem dawki paliwa. Nie występuje tu problem składu stechiometrycznego – spalanie odbywa się przy dużym nadmiarze powietrza i – w warunkach prawidłowej regulacji silnika – spala się cała dawka paliwa. Generuje to dużą masę spalin, która swą energią napędza wirnik turbosprężarki. Duży nadmiar powietrza wpływa też korzystnie na temperaturę spalin, która nie jest bardzo wysoka. Cechy te sprawiają, że układy doładowania silnika o zapłonie samoczynnym są łatwiejsze konstrukcyjnie i mając duże wydatki sprężonego powietrza przyczyniają się do redukcji zużycia paliwa (wzrost sprawności).
  • Silnik o zapłonie iskrowym – w silniku tym mieszanka paliwowo-powietrzna zapala się od świecy zapłonowej i aby ten zapłon miał miejsce mieszanka musi być stechiometrycznie dobrana – mieszanki zbyt ubogie i zbyt bogate są niepalne. Konieczny jest zatem dodatkowy układ dozujący odpowiednią ilość powietrza, co komplikuje konstrukcję. W związku z brakiem nadmiaru powietrza masa spalin jest mniejsza, a ich temperatura wyższa. Utrudnia to konstrukcję turbosprężarki i układu regulującego. Układ doładowania w dużo mniejszym stopniu wpływa tu na ogólną sprawność termodynamiczną silnika i tym samym ma mniejszy wpływ na ograniczenie zużycia paliwa. Z tego względu układy doładowania silnika iskrowego są dużo rzadziej spotykane niż w silnikach o zapłonie samoczynnym.

Cel stosowania[edytuj | edytuj kod]

Doładowanie stosuje się w celu podniesienia mocy silnika uzyskiwanej z jednostki pojemności skokowej silnika (zwiększenie wysilenia silnika bez wzrostu średniej prędkości tłoka w cylindrze), zadanego ukształtowania przebiegu momentu obrotowego, optymalnego napełniania cylindrów, zmniejszenia jednostkowego zużycia paliwa. W silnikach lotniczych ma na celu ograniczenie spadku mocy w miarę wzrostu wysokości lotu.

Typy sprężarek w silnikach spalinowych[edytuj | edytuj kod]

Wykorzystanie energii spalin w turbosprężarce poprawia sprawność silnika, gdyż wzrost oporów wydechu jest pomijalnie mały, a sama turbosprężarka do napędu nie pobiera mechanicznie mocy od wału silnika. Warto zauważyć, że im większą moc generuje silnik, tym sprawność ta rośnie.

Sprężarka mechaniczna wykazuje korzystne cechy w zakresie napełniania silnika przy niskich prędkościach obrotowych silnika i małych mocach. W miarę wzrostu mocy silnika rośnie też moc pobierana z wału przez samą sprężarkę, co konsumuje znaczną część zysków jakie daje układ doładowania. Z tego powodu zaczęto stosować układy złożone, co jednak pociąga za sobą wzrost skomplikowania konstrukcji i podnosi cenę.

Schemat działania układu z turbosprężarką[edytuj | edytuj kod]

Typowy układ doładowania dla silników samochodowych, kolejowych i okrętowych z turbodoładowaniem pokazuje rysunek. Mieszanka paliwowo-powietrzna lub powietrze doprowadzane do cylindra wtłaczane są do cylindra za pomocą sprężarki (1), napęd jej pochodzi z turbiny (2) napędzanej energią spalin opuszczających cylinder w fazie wydechu.

Zakres stosowania[edytuj | edytuj kod]

Doładowanie silników spalinowych stosowane jest powszechnie w silnikach samochodów osobowych i ciężarowych, silnikach lotniczych, kolejowych oraz okrętowych, głownie w silnikach wysokoprężnych, rzadziej w silnikach o zapłonie iskrowym.

Układy złożone[edytuj | edytuj kod]

Poza sytuacjami zastosowania pojedynczej turbosprężarki lub sprężarki mechanicznej niektóre silniki mają rozbudowane systemy doładowania. Można tu rozróżnić:

  • doładowanie dwustopniowe (dwie sprężarki lub turbosprężarki połączone obiegiem szeregowo sprężają powietrze lub ładunek do silnika) - celem wzrostu ciśnienia doładowania. Często między stopniami jest chłodnica powietrza doładowującego schładzająca powietrze nagrzane podczas sprężania
  • doładowanie dwusystemowe (jeden stopień to doładowanie turbosprężarką, drugi stopień to doładowanie sprężarką mechaniczną) - często spotykane w silnikach lotniczych samolotów z II Wojny Światowej (np. R-2800), a obecnie w niektórych silnikach kolejowych, zaawansowanych silnikach samochodowych (TSI)
  • doładowanie dwubiegowe (w silnikach lotniczych np. RR Merlin z II Wojny Światowej bieg sprężarki mechanicznej zależny od pułapu, przy wyższym pułapie załączał się drugi bieg o zwiększonej wydajności, celem ograniczenia spadku mocy).

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]