Przemysław Kowalak
Rok wydania: 2022
ISBN 978-83-64434-38-9
W rozprawie doktorskiej przedstawiono nowe podejście do zagadnienia wyznaczania mocy indykowanej cylindra tłokowego silnika spalinowego. Analiza dostępnej literatury dotyczącej problemu pozwala stwierdzić, że stosowane obecnie metody wyznaczania mocy indykowanej obarczone są wysoką niepewnością, sięgającą nawet 5–8% wartości zmierzonej. Zaproponowano, aby strumień energii przekazywanej od gazu roboczego do układu tłokowo-korbowego silnika wyznaczany był jako iloczyn siły gazowej i prędkości tłoka, w miejsce stosowanego obecnie iloczynu ciśnienia i zmiany objętości przestrzeni roboczej. Zastosowanie bezpośredniego pomiaru prędkości lub położenia tłoka pracującego silnika ma na celu poprawę dokładności wyznaczania mocy indykowanej. Opracowano metodykę wyznaczania mocy indykowanej na podstawie pomiaru ciśnienia gazu roboczego i prędkości tłoka. Zaproponowano metodykę szacowania niepewności wyznaczonej mocy indykowanej zarówno dla dotychczas stosowanej metody wyznaczania mocy indykowanej, nazwanej w skrócie metodą Watta, jak i dla nowej metody, nazwanej w rozprawie metodą obserwacyjną. Zaprojektowano cykl eksperymentów biernych na czterosuwowym silniku okrętowym typu 8 RDV 136. Zarejestrowane dane posłużyły do wyznaczenia mocy indykowanej metodą Watta i metodą obserwacyjną. Obliczone wyniki oraz ich niepewności porównano ze sobą.
W celu realizacji programu badań zaprojektowano i zbudowano układ detekcji położenia tłoka obejmujący około 75% zakresu jego skoku. Opracowano metodę aproksymacji prędkości kątowej wału korbowego za pomocą funkcji ciągłej. Opracowano metodę wyznaczania funkcji ciągłej, aproksymującej prędkość tłoka na podstawie zmierzonych położeń pracującego tłoka oraz funkcji aproksymującej prędkość kątową wału korbowego wraz ze zmierzonym przebiegiem zmian ciśnienia gazu roboczego. Pozwoliło to na wyznaczenie strumienia energii przekazywanej tłokowi oraz mocy indykowanej cylindra.
Weryfikacji wyników dokonano poprzez porównanie GMP tłoka wyznaczonego metodą obserwacyjną oraz GMP tłoka uzyskanego ze znacznika położenia wału korbowego, ze wzorcowym GMP tłoka określonego czujnikiem położenia tłoka zainstalowanym w głowicy cylindra. Otrzymane wyniki pozwoliły stwierdzić, że GMP tłoka wyznaczone metodą obserwacyjną jest bliższe GMP wzorcowemu w porównaniu do wskazań czujnika położenia wału korbowego. Poprawa była zależna od obciążenia silnika i wynosiła od 1 do 2,3 OWK. Wartości mocy indykowanych wyznaczonych metodami Watta i obserwacyjną różniły się, aczkolwiek różnice te mieściły się w zakresie uzyskanych niepewności pomiarów. Na tej podstawie postawioną w rozprawie tezę uznano za zweryfikowaną pozytywnie.