BADANIA PORÓWNAWCZE PARAMETRÓW OPERACYJNYCH SILNIKA SB3.1/CR5 PRZY ZASILANIU PALIWEM SYNTETYCZNYM I OLEJEM NAP DOWYM

Transkrypt

1 BADANIA PORÓWNAWCZE PARAMETRÓW OPERACYJNYCH SILNIKA SB3.1/CR5 PRZY ZASILANIU PALIWEM SYNTETYCZNYM I OLEJEM NAPDOWYM Mirosaw JAKUBOWSKI 1, Krzysztof BALAWENDER 2 W artykule przedstawiono wyniki bada hamownianych przeprowadzonych na silniku SB3.1/CR5 przy zasilaniu ON oraz jego mieszankami z paliwem syntetycznym uzyskanym z zuytych opon. Badane mieszanki paliw zawieray 5, 10, 15, 20 i 25% paliwa syntetycznego przy pozostaym udziale handlowego ON. W trakcie testów pomiarom podlegay m.in.: sia na hamulcu, prdko obrotowa wau korbowego silnika (wyznaczenie mocy), zuycie paliwa. 1. WPROWADZENIE Paliwa pynne, z racji gstoci energii jak si charakteryzuj, s w obecnym czasie doskonaym jej ródem w odniesieniu do napdu rodków transportu. Wydobycie, przetwórstwo oraz dystrybucja ropopochodnych paliw pynnych zostay ju opanowane oraz cechuj si wzgldn przystpnoci cenow w porównaniu do innych róde energii. Ponadto, atwo przechowywania, dystrybucji i przetwarzania energii w paliwach pynnych czyni je bardzo podanym ródem napdu rónych maszyn oraz wykorzystania np. do ogrzewania itp. Dostp do atwych w wykorzystaniu i wydajnych róde energii to podstawa moliwoci rozwoju pastw i narodów. Energia jest si napdow gospodarek narodowych. Bez niej nie ma moliwoci wytworzenia ani wrcz konsumowania dóbr, czy te wzgldnie normalnej egzystencji. Wynika z tego, i konieczno dostpu do róde energii to swoisty znak czasu. Coraz wikszym jednak problemem zaprztajcym umysy naukowców i wiadomych decydentów, jest fakt wyczerpywania si zasobów ropy naftowej. Istnieje wiele opracowa na temat wielkoci zó jakie s obecnie eksploatowane oraz tych, które nie zostay jeszcze uruchomione. Ilo dostpnych zasobów ropy naftowej to niewiele ponad 1000 mld baryek. Przy wiatowym jej zuyciu na poziomie ok. 27 mld baryek rocznie, daje to zapas na niespena 38 lat. Niemniej szacunki odnonie moliwych do eksploatacji zó ropy naftowej s bardziej optymistyczne i mówi o okresie nawet 125 lat [1, 2, 6]. Obecnie po drogach caego wiata porusza si ok. 750 mln samochodów, a szacunki mówi o trzykrotnym wzrocie tej liczby do roku Przy tym blisko 97% paliw uywanych w transporcie pochodzi z ropy naftowej [3, 4, 5]. Jednym ze sposobów pozyskania paliw pynnych jest przetworzenie odpadów, np. w postaci zomu gumowego, który obecnie w ok. 80% spalany jest w piecach elektrociepowni lub cementowni, co z punktu widzenia gospodarczego nie wydaje si rozwizaniem do koca waciwym. Istnieje wic potrzeba opracowywania nowych technologii przetwórstwa odpadów, w tym opon, na paliwa. Bardzo wan kwesti jest poznanie wpywu spalania tego rodzaju paliw w silnikach spalinowych na rodowisko, a take na mechanizmy silnika, pary tarciowe, aparatur paliwow itp. Z punktu widzenia uytkownika, najwaniejsze parametry to moment obrotowy i jego przebieg w funkcji prdkoci obrotowej, a take zuycie paliwa warunkujce koszty eksploatacji. 2. STANOWISKO BADAWCZE W celu przeprowadzenia bada na hamowni identyfikujcych przydatno paliwa pochodzcego z opon do zasilania silników o ZS oraz, zostao wykorzystane stanowisko dowiadczalne widoczne na rys dr in. Mirosaw JAKUBOWSKI, Politechnika Rzeszowska, Katedra Silników Spalinowych i Transportu 2 dr in. Krzysztof BALAWENDER, Politechnika Rzeszowska, Katedra Silników Spalinowych i Transportu 107

2 Rys. 1. Obiekt bada jednocylindrowy silnik badawczy SB-3.1 z ukadem zasilaniaa typu CR [2] Schemat stanowiska pomiarowego zosta przedstawiony na rys. 2. Stanowiskoo badawcze skada si z: silnika badawczego SB3.1/CR5, silnikowego hamulca hydraulicznego typu D-630E firmy Schenck, systemu masowego pomiaru zuycia powietrza firmy AVL, systemu pomiaru masowego zuycia paliwa firmy AVL, systemu pomiaru emisji czstek staych typu PTP 2000 firmy Pierburg, systemu do indykowania silnika firmy AVL, komputerowego systemu rejestracji wielkoci szybkozmiennych (m.in. napiciaa sterujcego prac wtryskiwacza, prdu w obwodzie wtryskiwacza, sygnaów czujników pooenia wau rozrzdu i prdkoci obrotowej silnika, cinie bezwzgldnych powietrza w ukadzie dolotowym silnika), systemu do pomiaru parametrów haasu (NI CompactDAQ + Laptop + oprogramowanie LabVIEW + Sound and Vibration Toolkit) 108

3 RS ECM Schenck RS Rys. 2. Schemat stanowiska pomiarowego: 1 silnik badawczy SB3.1/CR5, 2 hamulec hydrauliczny, 3 pulpit sterowniczy hamulca hydraulicznego, 4 ukad poboru próbki spalin systemu pomiaru emisji PM, 5 pulpit sterowniczy systemu pomiaru emisji PM, 6 filtr powietrza, 7 przepywomierz powietrza ze zbiornikami kompensacyjnymi, 8 system pomiaru zuycia paliwa, 9 pompa zasilajca, 10 zespó filtrów, 11 pompa wysokiego cinienia CR, 12 zasobnik cinienia CR, 13 wtryskiwacz CR, 14 silnik elektryczny napdzajcy pomp wysokiego cinienia, 15 ukad pomiaru zadymienia spalin, 16 tumik wydechu, 17 czujnik indukcyjny pomiaru GMP, 18 czujnik indukcyjny pomiaru pooenia wau rozrzdu, 19 czujnik indukcyjny pomiaru prdkoci obrotowej silnika, 20, 21 czujniki cinienia bezwzgldnego 22 czujnik cinienia w zasobniku CR, 23 czujnik piezokrystaliczny cinienia w cylindrze, 24 czujnik cinienia w przewodzie paliwowym czcym zasobnik cinienia z wtryskiwaczem, 25 wzmacniacze adunku elektrycznego, 26 kondycjoner sygnau, 27 komputer rejestrujcy szybkozmienne sygnay elektryczne, 28 elektroniczny sterownik ukadu CR, 29 komputer sterujcy parametrami ukadu CR, 30 mikrofon SF-21, 31 NI CompactDAQ, 32 laptop z oprogramowaniem LabVIEW z dodatkiem Sound and Vibration Toolkit [2] 3. PRZEBIEG BADA Badania prowadzono w celu wyznaczenia charakterystyki zewntrznej silnika (wersja silnika, jak autorzy dysponowali, tzn. z nowym ukadem zasilania CR, nie miaa do tej pory wyznaczonej takiej charakterystyki). Tym samym naleao najpierw ustali parametry sterowania wtryskiem paliwa. Dla silnika badawczego kryterium jakie przyjto za wyznacznik maksymalnego obcienia silnika zostao wybrane zadymienie równe 25 (w skali Hartridge a). Poszczególne punkty pomiarowe wybrano dla prdkoci obrotowych w zakresie obr./min. ze skokiem co 200 obr./min. Dobierane parametry to czas impulsu sterujcego wtryskiwaczem oraz kt wyprzedzenia wtrysku paliwa. Ustalenie w/w parametrów polegao na tym, i dla zadanej prdkoci obrotowej n tak dobierano kt wyprzedzenia wtrysku ww jak równie czas impulsu sterujcego t is, aby sia odczytywana na hamulcu osigna warto maksymaln przy zaoonym zadymieniu spalin równym 25. Ustalenie tych parametrów przeprowadzono dla zasilania silnika handlowym ON. W tabeli 1 przedstawiono ustalone w czasie bada hamownianych punkty pomiarowe. 109

4 Tabela 1. Parametry sterowania silnika badawczego wyznaczone w trakcie bada n ww t is w L.p. [obr/min] [ºOWK] [s] [ºOWK] Po przygotowaniu wszystkich paliw, tzn.: ON (czysty handlowy olej napdowy), OPONY 5, OPONY 10, OPONY 15, OPONY 20, OPONY 25 (liczba oznacza procentowy udzia paliwa syntetycznego w mieszaninie z ON), wyznaczono charakterystyki zewntrzne silnika w ustalonych punktach pomiarowych (tabela 1), poczynajc od zasilania ON, a nastpnie, zmieniajc kolejno mieszanki w podanych proporcjach. W czasie bada pomiarom podlegay m.in. nastpujce parametry: prdko obrotowa silnika n [obr/min], sia na ramieniu hamulca F [N], godzinowe zuycie paliwa G h [kg/h] godzinowe zuycie powietrza G e [kg/h], 4. WYNIKI BADA Na rys. 3 do rys. 5 zamieszczone zostay rezultaty jakie uzyskano w trakcie bada. Rys. 3. Przebieg krzywej mocy efektywnej N e w funkcji prdkoci obrotowej wau korbowego silnika badawczego 110

5 Rys. 4. Godzinowe zuycie paliwa silnika badawczego zasilanego badanymi paliwami Rys. 5. Jednostkowe zuycie paliwa przez silnik badawczy zasilany badanymi paliwami 4. PODSUMOWANIE Przebieg krzywej mocy silnika w funkcji prdkoci obrotowej wskazuje, i przy zasilaniu ON byy osigane jej najwiksze wartoci. Najmniejsze wartoci mocy w badanych punktach pracy silnika uzyskiwane byy przy zasilaniu mieszanin 15%, przy czym dla wikszych prdkoci obrotowych najwiksze wartoci mocy uytecznej uzyskiwane przy zasilaniu mieszaninamii zarejestrowano dla paliw: OPONY 25, OPONY 10 i OPONY 20. Przy mniejszych prdkociach obrotowych rónice nie byy ju tak zauwaalne, z wyjtkiem mieszaniny 15%, dla której zarejestrowano moc 12 kw. 111

6 Pochodn uzyskiwanych wyników krzywych mocy byo jednostkowe zuycie paliwa, które najmniejsze wartoci uzyskiwao dla ON, a najwiksze dla OPONY 15. Istotnym jest fakt, e nowy nonik energii jakim jest syntetyczne paliwo uzyskane z opon uzyskuje si w wyniku zagospodarowania odpadów, co odpowiada tendencjom rozwojowym w zakresie ochrony rodowiska w skali globalnej. LITERATURA [1] Bocheski C. I., Kruczyski S. W., Orliski R., lzak M.: Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów Politechniki Warszawskiej, nr 3/2007. [2] Jakubowski M.: Parametry operacyjne i ekologiczne silnika wysokoprnego zasilanego paliwem pochodzcym z opon. Rozprawa doktorska, Wydzia Budowy Maszyn i Lotnictwa Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów [3] Ogden J.: Gospodarka na lekkim gazie. wiat Nauki, nr 10/2006. [4] Ostrowski A.: Rynek paliw pynnych i smarów w Polsce. nr 10/2010. [5] Pisarczyk M.: Rynek paliw w obliczu kryzysu. Nowoczesne Technologie w przemyle, nr 3/2011. [6] Rynek Polskiej Nafty i Gazu, Raport Instytutu Nafty i Gazu w Krakowie, nr 6/2011. COMPARATIVE TESTS OF OPERATIONAL PARAMETERS OF SB3.1/CR5 ENGINE POWERED BY SYNTHETIC FUEL AND DIESEL OIL This paper presents the results of test stand investigations carried out on the engine SB3.1/CR5 powered by diesel oil and its blends with synthetic fuel derived from waste tires. The test fuel mixtures contained 5, 10, 15, 20 and 25% synthetic fuel. During the tests measured include: the force acting on the brake (determination of torque), RPM, the fuel consumption. 112