CHOSEN CRITERIA OF INDEPENDENT IC ENGINE VALVES STEERAGE PROCEDURES

Transkrypt

1 Journal of KONES Powertrain and Transport, ol. 13, No. 1 CHOSEN CRITERIA OF INDEPENDENT IC ENGINE ALES STEERAGE PROCEDURES Stefan Postrzednik, Zbigniew mudka Silesian University of Technology Institute of Thermal Engineering Konarskiego 18, Gliwice, Poland tel.: , fax: s: zmudka@itc.polsl.pl, postrzed@itc.polsl.pl Abstract Work of internal combustion engines, which are used as the driving source of cars, occurs not only at the full load, but also mostly at the part load, when the energy efficiency e is significant lower than in the optimal (nominal field) range of the performance parameters. One of the numerous reasons of this state is regular growing of the relative load exchange work of the IC engine. Using the worked out formulas it has been calculated that the relative load exchange work can achieve value up to 40 % at the part load (e.g. idle run) of the IC engine, whereby the engine speed influences the results too. As consequence of the growing of the relative load exchange work is the significant drop of the engine efficiency; from ca. 55 % down to ca. 25 %. The solutions of this problem are based on the fully electronic control of the motion of inlet and outlet valves, whereby the optimal internal recirculation ratio of flue gases should be taken into account. New reference cycles can be applied too. Keywords: engine efficiency, combustion engine, engine valves, steerage procedures DOBÓR PROCEDUR NIEZALENEGO STEROWANIA ZAWORAMI SILNIKA SPALINOWEGO Streszczenie W pracy przedstawiono gówne problemy zwizane z eksploatacj silnika spalinowego przy obcieniach niszych od nominalnych. W polu pracy silnika spalinowego wystpuje podobszar jego optymalnej eksploatacji (najnisze jednostkowe zuycie paliwa g e, kg/kwh, najwysza efektywna sprawno e ). Silnik pracuje najczciej pod obcieniem czciowym, a wtedy jego efektywna sprawno e jest znacznie nisza anieli w obszarze nominalnym. Jedn z gównych przyczyn jest wzgldny wzrost pracy wymiany adunku. W celu ograniczenia tych strat proponuje si róne moliwoci np. elektroniczne sterowanie ruchem zaworów dolotowych i wylotowych, lepsz organizacj obiegu termodynamicznego. Przegld kryteriów, proponowanych rozwiza w tym zakresie oraz moliwoci poprawy pracy silników s przedmiotem zainteresowa. Sowa kluczowe: silniki spalinowe, kryteria eksploatacji, efektywno pracy, sterowanie zaworami 1. Wprowadzenie: ogólna charakterystyka zagadnienia 1.1. Analiza moliwoci ograniczenia strat w procesie wymiany adunku Sprawa znaczcego obnienia zuycia paliwa przez silniki spalinowe wykorzystywane do napdu samochodów osobowych jest dzisiaj szczególnie powanie traktowana [3], [4]. Aktualne stao si haso: samochód zuywajcy 3 litry paliwa na 100 km przebytej drogi. Problem ten ma bezporedni zwizek z wielkoci ponoszonych kosztów eksploatacji pojazdu, a nastpnie take z wielkoci emisji substancji szkodliwych (zarówno skadniki

2 S. Postrzednik, Z. mudka gazowe: tlenek wgla CO, tlenki azotu NO x, wglowodory C m H n, tlenki siarki SO y, jak i czstki stae: sadza, skondensowane wglowodory). Niebagateln spraw jest ponadto potrzeba ograniczenia wielkoci emisji gazów przyczyniajcych si bezporednio do intensyfikacji efektu cieplarnianego [7], w tym przede wszystkim dwutlenku wgla CO 2. Cech charakterystyczn eksploatacji pojazdów jest fakt wystpowania czstych zmian parametrów obcienia (prdkoci obrotowej n o, obr/ min, przenoszonego momentu obrotowego Mo, Nm/rad, przekazywanej efektywnej mocy N e, kw) silnika spalinowego napdzajcego samochód. W konsekwencji tego praca silnika pod obcieniem dokadnie nominalnym (optymalnym) wystpuje stosunkowo rzadko, natomiast najczciej ma miejsce jego czciowe obcienie [2], [5], [7], o rónym odchyleniu parametrów od punktu nominalnej pracy silnika. W obszarach pracy znacznie oddalonych od stanów nominalnych (optymalnych) efektywna sprawno e silnika spalinowego jest znacznie nisza anieli w obszarze optymalnym. Ilustracj tego jest rys. 1, [7], gdzie oprócz charakterystyk zewntrznych (lewa strona) zaznaczono izolinie jednostkowego zuycia paliwa b e = idem w caym polu pracy (prawa strona) silnika spalinowego. Proces konwersji energii zachodzcy w ukadzie tokowego silnika spalinowego scharakteryzowa mona za pomoc jego efektywnej sprawnoci energetycznej e, zdefiniowanej jako: N e e, (1) m p Wd gdzie: N e, kw moc efektywna silnika spalinowego, m p, kg/s strumie masy spalanego paliwa, o wartoci opaowej Wd, kj/kg. Standardowym odniesieniem dla rzeczywistego obiegu silnika jest teoretyczny obieg porównawczy, zawierajcy gówne wyidealizowane etapy [4] dziaania ukadu. Dziki odpowiednim zmianom obiegu porównawczego mona osign wysze wartoci sprawnoci energetycznej, tym samym wysze wartoci efektywnej sprawnoci o energetycznej e. Efektywn sprawno energetyczn wyrazi jako iloczyn: e o i m i m oraz i o i gdzie: i stopie doskonaoci wewntrznej, m stopie doskonaoci mechanicznej silnika, przy czym: e silnika (wzór (1)), mona, (2) N o o, m p Wd N i i, m p Wd N df i i, No N df e m, (3) Ni gdzie: o sprawno obiegu porównawczego, W miejsce efektywnej sprawnoci energetycznej wzgldnego jednostkowego zuycia paliwa: b e e i sprawno wewntrzna silnika. e stosuje si zamiennie wskanik m p, kg/kws, przy czym: e be Wd 1. (4) N Fakt znaczcego zmniejszania si efektywnej sprawno e silnika w obszarze pozaoptymalnym objawia si wzrostem jednostkowego zuycia paliwa b e (rys. 1). 138

3 CHOSEN CRITERIA OF INDEPENDENT IC ENGINE ALES STEERAGE PROCEDURES moment, Nm/rad Silnik BMW, 6-cyl., D moc moment prdko obrotowa, obr/min moc, kw praca jednostk., le, kj/(dm 3 cykl) prdko obrotowa, obr/min Rys. 1. Charakterystyki eksploatacyjne silnika spalinowego [5] Fig. 1. Operating characteristics of internal combustion engine [5] Sporód wielu przyczyn tego stanu rzeczy jako istotne wymieni naley: a) wzrost pracy wymiany adunku (co w efekcie skutkuje znacznym zmniejszeniem stopnia i doskonaoci wewntrznej), b) wzrost pracy tarcia w ukadzie (prowadzi do obnienia stopnia m doskonaoci mechanicznej). Wiksze potencjalne moliwoci poprawy sytuacji mona wiza z ograniczeniem strat w procesie wymiany adunku, co powinno nastpnie skutkowa wzrostem stopnia i doskonaoci wewntrznej, szczególnie wyranie w obszarach znacznie oddalonych od stanów nominalnych pracy silnika. Dzisiaj najczciej stosowany jest klasyczny ukad sterowania ruchem zaworów, oparty o wykorzystanie wspópracujcej pary krzywka popychacz, z jednym lub dwoma wakami rozrzdu, napdzanymi od wau korbowego, a umieszczonymi najczciej w gowicy silnika spalinowego rys. 2. waek krzywkowy wylotowy waek krzywkowy dolotowy dwignia popychacza kana dolotowy wieca zaponowa zawór wylotowy wtryskiwacz tok zawór dolotowy korbowód Rys. 2. Ukad rozrzdu z wakami umieszczonymi w gowicy silnika Fig. 2. ICE timing gear system with camshafts located in an engine head 139

4 S. Postrzednik, Z. mudka W ramach konkretnych rozwiza bdcych wanie przedmiotem bada proponuje si przede wszystkim opracowanie kryteriów oraz algorytmów w peni niezalenego elektroniczne sterowania ruchem zaworów dolotowych (co bdzie skutkowa dopasowaniem masy wieego adunku doprowadzonego do cylindra), jak równie ruchem zaworów wylotowych (kiedy gównie chodzi o zatrzymanie reszty spalin w cylindrze, czyli realizacj recyrkulacji wewntrznej spalin) rys. 3. Rys. 3. Schemat ukadu niezalenego sterowania ruchem zaworów Fig. 3. Scheme of independent steerage of engine valves motion Take jedna z wczeniejszych propozycji autorów polega na opracowaniu lepszej organizacji samego obiegu silnika, poprzez zastosowanie tzw. eko obiegu [4], [5]; co okazao si szczególnie przydatnego przy czciowym obcieniu silnika spalinowego, kiedy to wanie praca wymiany adunku jest wzgldnie najwiksza Rola i znaczenie sposobu regulacji silnika spalinowego Zarówno praca wymiany adunku, jak i praca tarcia w ukadzie przyczyniaj si do pomnaania strat egzergii [6] towarzyszcych procesowi konwersji energii w ukadzie, a które wynikaj oraz s cile powizane ze stosowanymi systemami regulacji obcienia silników spalinowych. Powszechnie stosowane s dwa systemy regulacji obcienia silników, w tym: a) regulacja ilociowa, stosowana w silnikach z zaponem iskrowym (ZI), kiedy nastpuje dopasowanie masy czynnika roboczego (suma masy doprowadzonego powietrza oraz masy dawki paliwa) do aktualnego zapotrzebowania, co skutkuje zazwyczaj odpowiednim poziomem cinienia p 1 w cylindrze po jego napenieniu ilustracj tego jest rys. 4. b) regulacja jakociowa, stosowana w silnikach z zaponem samoczynnym (ZS) ilustruje j schemat pokazany na rys. 5, a której cech charakterystyczn jest to, e stosunek nadmiaru tlenu, a tym samym skad stechiometryczny (jako) mieszanki palnej przygotowanej do procesu spalania, zmieniaj si stosownie do aktualnego obcienia silnika, a masa doprowadzonego powietrza pozostaje w przyblieniu na niezmienionym poziomie. Natomiast wielko masy dawki paliwa jest dostosowywana do aktualnego obcienia silnika, co w 140

5 CHOSEN CRITERIA OF INDEPENDENT IC ENGINE ALES STEERAGE PROCEDURES konsekwencji skutkuje zmian stosunku nadmiaru powietrza (tlenu) oraz skadu mieszanki palnej przygotowanej do procesu spalania, ponadto na skutek tego przy obcieniach czciowych (a do pracy na biegu jaowym) przez silnik w kadym cyklu przetaczana jest znacznie nadmiarowa ilo powietrza (które nie uczestniczy aktywnie w procesie spalania), a jedynie przyczynia si do znacznego wzrostu wzgldnej pracy wymiany adunku, co tumaczy schemat na rys. 5. p p max,1 p max,2 Obieg silnika ZI; regulacja ilociowa pracy cyklu: dawienie na dopywie: p min,1 > p min,2 wtedy masa czynnika: m o,1 > m o,2 daje w konsekwencji: p max,1 > p max,2 oraz L 0,1 > L 0,2, M 0,1 > M 0,2, moc: N 0,1 > N 0,2 przy n 0 = idem (+) L 0,1 (-) (+) L0,2 (-) p ot p min,1 p min,2 k s 0 Rys. 4. Stosowanie regulacji ilociowej silników spalinowych (ZI) Fig. 4. Effects of quantitative control of internal combustion engine (SI) p p max,1 p max,2 Obieg silnika ZS; regulacja jakociowa pracy cyklu: masa czynnika: m o,1 m o,2, (m p,1-2 ) na dopywie: p min,1 p min,2, = var bo masa dawek paliwa: m p,1 >m p,2, daje w konsekwencji: p max,1 > p max,2 oraz L 0,1 > L 0,2, M 0,1 > M 0,2, N 0 moc:,1 > N 0,2 przy n 0 =idem (+) L 0,1 (-) (+) L 0,2 (-) p ot p min,1 p min,2 k s 0 Rys. 5. Stosowanie regulacji jakociowej silników spalinowych (ZS) Fig. 5. Effects of qualitative control of internal combustion engine (CI) 141

6 S. Postrzednik, Z. mudka Nisza warto osiganego maksymalnego cinienia obiegu (p max,2 < p max,1 ) wynika przede wszystkim (rys. 4) z niszej wartoci startowej (p min,2 < p min,1 ), co jest konsekwencj silnego dawienia strumienia gazu podczas przepywu przez przepustnic. W przypadku regulacji jakociowej (rys. 5) w ukadzie napeniania silnika brak jest przepustnicy, dlatego obowizuje relacja (p min,2 p min,1 ), mimo tego warto cinienia maksymalnego obiegu (p max,2 < p max,1 ), gdy stosunek nadmiaru tlenu 2 > 1. Realizacja procesu wymiany adunku silnika spalinowego wie si bezporednio z koniecznoci pokonania napotykanych oporów przepywu, a wic z potrzeb wykonania odpowiedniej pracy wymiany adunku L w w ramach kadego cyklu. 2. Wpyw obcienia silnika na straty wymiany adunku 2.1. Czynniki wpywajce na wielko pracy wymiany adunku Wielko pracy wymiany adunku L w wykonanej w ramach kadego cyklu wynosi: L w L L, L 0, L 0, L 0, (5) nap wyp nap gdzie: L nap praca napeniania cylindra wieym adunkiem, L wyp praca zwizana z wypywem produktów spalania (spalin) z cylindra silnika. Skadowe wielkoci pracy wymiany adunku mona oszacowa (rys. 6) jako: wyp w L nap p d s, L wyp p w s, a wtedy : L w ( p d p w ), (6) s gdzie: p d p w redni spadek cinienia po stronie dopywowej do cylindra, redni spadek cinienia po stronie wypywowej z cylindra. Praca wymiany adunku przyjmuje wartoci ujemne (L w < 0) i przyczynia si do pomniejszenia wielkoci pracy wewntrznej L i wykonywanej przez czynnik roboczy. Usytuowanie oporów przepywu na drodze wymiany adunku pokazano na rys. 6. p fil p prz p kat p tu pzad p zaw p ot p ot filtr powietrza przepustnica p cyl konwertor katalityczny tumik spalin p d = p fil + p prz + p zad p w = p zaw + p kat + p tu Rys. 6. Zasadnicze elementy ukadu wymiany adunku silnika spalinowego (ZI) Fig. 6. Main resistance elements of IC engine charge exchange system (SI) W oparciu o wyniki bada dowiadczalnych opracowano ujcie pokazane na rys. 7, z którego wynika, e wartoci wzgldnej pracy wymiany adunku (L w /L i ) zale od wzgldnego obcienia silnika (L i /L i,n ), a take od prdkoci obrotowej n o wau korbowego silnika spalinowego, co potwierdzono take w innych ródach [7]. 142

7 CHOSEN CRITERIA OF INDEPENDENT IC ENGINE ALES STEERAGE PROCEDURES wzgldna praca wymiany adunku (Lw/Li) 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 n o = 4000 obr/min n o = 5000 obr/min n o = 2000 obr/min n o = 3000 obr/min n o = 1000 obr/min 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1, 0 wzgldna praca (L i /L i,n ) cyklu obiegu Rys. 7. Wpyw obcienia silnika na wzgldn prac wymiany adunku cyklu Fig. 7. Influence of combustion engine load on the charge exchange relative work Zgodnie z oczekiwaniami z oblicze wynika (rys. 7), e wraz ze zmniejszaniem obcienia silnika wzgldna praca wymiany adunku (L w. /L i )znaczco wzrasta, a do okoo 40 % przy najniszych obcieniach, wzrost prdkoci obrotowej n o silnika powoduje wzrost pracy wymiany adunku. W przypadku regulacji jakociowej (ZS) przy obcieniach czciowych dawienie na dopywie wprawdzie nie wystpuje, lecz przez silnik przetaczana jest znacznie nadmiarowa (w stosunku do minimalnego zapotrzebowania) ilo powietrza, która w efekcie przyczynia si take do znacznego wzrostu wzgldnej pracy wymiany adunku Wybrane moliwoci w zakresie wykorzystania sterowania zaworami W klasycznym rozwizaniu systemu sterowania ruchem zaworów (rys. 2) zawór dolotowy zostaje otwarty jeszcze przed osigniciem przez tok (GZP), a zamknity ju po miniciu (DZP), co zilustrowano za pomoc schematu pokazanego na rys. 8. h max wznios zaworów 0 zawór wylotowy zawór dolotowy Ukad klasyczny ruchu zaworów kt obrotu wau cinienie p w cylindrze p 0 zawór wylotowy: w o otwarcie, w z zamknicie zawór dolotowy: d o otwarcie, d z zamknicie d 0 w z p w p w-ad p d Ukad klasyczny wymiany adunku w cylindrze L w-ad s p w-ad d z w 0 obj. cyl. DZP GZP DZP GZP GZP s = DZP GZP DZP Rys. 8. Klasyczny ruch zaworów oraz wymiana adunku silnika spalinowego Fig. 8. Classical motion of engine valves and shape of engine charge exchange 143

8 S. Postrzednik, Z. mudka Stosujc klasyczny system sterowania zaworami realizuje si tzw. klasyczny proces wymiany adunku, pokazany schematycznie po prawej stronie rys. 8. Zawór wylotowy zostaje otwarty jeszcze przed osigniciem przez tok (DZP), a zamknity ju po miniciu (GZP), co w efekcie daje zauwaalne wspóotwarcie obu zaworów (rys. 8). Sytuacja taka niewiele si zmienia wraz z obcieniem silnika; za napenienie cylindra odpowiedzialne jest gównie ustawienie przepustnicy (rys. 6). Cech charakterystyczn klasycznego rozwizania systemu sterowania ruchem zaworów jest to, e pole ptli wymiany adunku (rys. 8) jest znacznych rozmiarów (szczególnie przy niszych obcieniach silnika, wzrost p d ), a tym samym wraz ze zmniejszaniem obcienia silnika wzgldna praca wymiany adunku (L w. /L i ) musi znaczco wzrasta. Skutkuje to w efekcie spadkiem sprawnoci energetycznej silnika. Dla obnienia wartoci wzgldnej pracy wymiany adunku (L w. /L i ) zaproponowa mona kilka rozwiza wariantowych w odniesieniu do zagadnienia sterowania zaworami dolotowymi, w tym: a) ukad z wczeniejszym zamkniciem zaworu dolotowego, b) ukad z opónionym zamkniciem zaworu dolotowego, c) ukad z opónionym otwarciem zaworu dolotowego, Istotne uwarunkowania wynikaj take z potrzeby optymalnego doboru tzw. stopnia wewntrznej recyrkulacji spalin. Na tej podstawie mona zaproponowa take kilka rozwiza wariantowych dotyczcych zagadnienia sterowania zaworami wylotowymi, w tym: ) ukad z wczeniejszym zamkniciem zaworu wylotowego, ) ukad z opónionym zamkniciem zaworu wylotowego. Bardzo interesujce bdzie powizanie rozwiza wariantowych w odniesieniu do sterowania zaworami dolotowymi (a., b., c.) z rozwizaniami wariantowymi dotyczcymi zagadnienia sterowania zaworami wylotowymi (.,.). Zagadnienie programowania iloci reszty spalin pozostajcych w cylindrze z cyklu poprzedniego (tzw. recyrkulacja wewntrzna spalin) zostao zilustrowane na rys. 9. Istotny wpyw wywiera tutaj warto aktualnego obcienie silnika oraz zastosowany system regulacji obcienia. wzgldna ilo reszty spalin r s 0,4 0,2 0,0 regulacja przepustnic (klasyczna, dawieniowa) df m s rs m a m s krzywa optymalna (mieszanki homogeniczne) N N max bieg luzem czciowe obcienie w zgldne silnika pene Rys. 9. Wpyw obcienia silnika na ilo reszty spalin w cylindrze Fig. 9. Influence of engine load on the mass of residual gases in a cylinder 144

9 CHOSEN CRITERIA OF INDEPENDENT IC ENGINE ALES STEERAGE PROCEDURES W przypadku klasycznej regulacji dawieniowej mona zaobserwowa, e wraz ze zmniejszajcym si obcieniem silnika (a tym samym zwikszonym dawieniem na ssaniu) cinienie w cylindrze obnia si jeszcze w czasie wspóotwarcia zaworów, co powoduje, e spaliny zostaj czciowo zawracane spoza jeszcze otwartego zaworu wylotowego do wntrza cylindra, co skutkuje systematycznym wzrostem wzgldnej iloci reszty spalin r s. Jest to niekorzystne dla prawidowej pracy silnika, gdy dochodzi do zbyt czstego wypadania zaponów. Optymalizacja w tym zakresie powinna polega na zrealizowaniu (rys. 9) nastpujcych opcji: w zakresie biegu luzem: wymagane s nisze wartoci stosunku reszty spalin r s, ze wzgldu na potrzeb zagwarantowania pewnoci zaponu oraz zapewnienie równomiernego (stabilnego) biegu silnika, w zakresie obcie czciowych: za spraw stopniowo zmniejszanego dawienia na ssaniu nastpuje zwikszanie stopnia napenienia cylindra, a tym samym spaliny resztkowe w cylindrze s lepiej tolerowane. Dziki temu zniwelowaniu (obnieniu) ulegaj piki temperaturowe w czasie spalania, co pociga za sob ograniczenie emisji tlenków azotu NO x, a ponadto zmniejszeniu ulega strumie ciepa (straty ciepa) do cianek cylindra. Dalsze korzyci zwizane s ze zmniejszeniem pracy wymiany adunku (wzrost sprawnoci silnika) oraz wzrostem stopnia napenienia, w zakresie penych obcie: wymagane s moliwie niskie wartoci wzgldnej iloci r s reszty spalin pozostaych w cylindrze, co wynika z wysokiego zapotrzebowania tlenu do spalenia wikszej iloci dostarczanego paliwa. Algorytmu sterowania ruchem zaworów dolotowych jak równie wylotowych za pomoc rozwizania pokazanego na rys. 3 naley dopracowa, aby moliwie efektywnie przyczynia si do ograniczenia dawienia wieego adunku na dopywie do silnika, a take optymalnego sterowania iloci reszty spalin (rys. 9), co ma szczególne znaczenie w obszarach pracy silnika spalinowego znacznie oddalonych od stanów nominalnych. Opracowane propozycje bd prezentowane na konferencji. Jedn z wielu moliwoci zmniejszenia pracy wymiany adunku jest wykorzystanie obiegu Millera (Atkinsona), który pierwotnie [7] zosta zaproponowany do regulacji doadowanych silników lotniczych. Istot propozycji zaprezentowano na rys. 10. cinienie p (w cylindrze) p do w z DZP - stosunek GZP + ekspansji silnika Ukad klasyczny obiegu Millera obj. d p w p doad + cyl. T 1 0 p 1 1 p 0 M M M - stosunek GZP d z kompresji Millera w 0 p p 3 =p 4 Q d,v p 2 p 5 2 Q d,p 3 4 T 4 T 2 T 4 =T max 4 Q d = Q d,v + Q d,p, d = Q d,v /Q d Q w = Q w,v + Q w,p, w = Q w,v /Q w L 0 = Q d - Q w, s = idem T 5 = T wyl 5 Q w,p 6 0 = L 0 / Q d = 6 / 2 s = 1 / 2 = p 3 / p 2 = 4 / 3 Q w,v T 6 GZP s = DZP GZP DZP 2 = 3 s =(-1) 1 / 1 6 = 5 Rys. 10. Obieg Millera (Atkinsona) w pierwotnej oraz realizacyjnej odmianie Fig. 10. Primary and performance variant of the Miller (Atkinson) cycle 145

10 S. Postrzednik, Z. mudka Efekt pokazany na rys. 10, a charakteryzujcy si mniejszym stosunkiem kompresji izentropowej w stosunku do stosunku ekspansji produktów spalania (typowy zabieg w obiegu Atkinsona) uzyska mona stosujc system z opónionym zamkniciem zaworu dolotowego, co zilustrowano na rys. 11. cinienie p (w cylindrze) p 0 zawór wylotowy: w o otwarcie, w z zamknicie zawór dolotowy: d o otwarcie, d z zamknicie d 0 w z p d p w-ad d z p w Ukad z opónionym zamkniciem zaworu dolotowego L w-ad < ( s p w-ad ) kl w 0 obj. cyl. GZP s = DZP GZP DZP Rys. 11. Realizacja obiegu Millera (Atkinsona) - sterowanie zaworem dolotowym Fig. 11. Performance of the Miller (Atkinson) cycle using inlet valve steerage Realizacja tej koncepcji pokazanej na rys. 11 wymaga zastosowania niezalenego sterowania ruchem zaworów (rys. 3). Rozwizanie to, chocia na tym etapie obejmuje tylko sterowanie zaworem dolotowym [7] zostao ju wdroone do eksploatacji przez koncern japoski (model Prius). 3. Podsumowanie Sprawa znaczcego obnienia zuycia paliwa przez silniki spalinowe wykorzystywane do napdu samochodów osobowych jest dzisiaj szczególnie powanie traktowana. Problem ten ma bezporedni zwizek z wielkoci ponoszonych kosztów eksploatacji pojazdu, a nastpnie take z wielkoci emisji substancji szkodliwych (zarówno skadniki gazowe, jak i czstki stae). Wiksze potencjalne moliwoci poprawy sytuacji wiza mona z ograniczeniem strat w procesie wymiany adunku, co skutkuje wzrostem stopnia i doskonaoci wewntrznej szczególnie w obszarach znacznie oddalonych od stanów nominalnych pracy silnika spalinowego. Praca wymiany adunku i tarcie w ukadzie przyczyniaj si do pomnaania strat egzergii towarzyszcych procesowi konwersji energii w ukadzie. Z kolei wzrost wartoci efektywnej sprawnoci energetycznej silnika spalinowego bezporednio pociga za sob obnienie e 146

11 CHOSEN CRITERIA OF INDEPENDENT IC ENGINE ALES STEERAGE PROCEDURES globalnej wielkoci emisji substancji toksycznych gównie za spraw wydatnego ograniczenia zuycia paliwa m p, a tym samym powoduje popraw jakoci procesów konwersji energii. Jako rozwizanie najbardziej efektywne proponuje si elektroniczne niezalene sterowanie ruchem zaworów dolotowych (masa wieego adunku doprowadzonego do cylindra), jak równie ruchem zaworów wylotowych (chodzi o zatrzymanie reszty spalin w cylindrze, czyli realizacj recyrkulacji wewntrznej spalin). Ustalenie kryteriów oraz opracowanie i dobór procedur niezalenego sterowania zaworami silnika spalinowego jest w tym przypadku spraw zasadnicz i wan, dlatego te stanowi istotny przedmiot prac badawczych. Opracowane dotd koncepcje i propozycje bd szerzej prezentowane na konferencji. Literatura [1] Ferguson, C. R., Internal Combustion Engines. Applied Thermo - Sciences. John Wiley & Sons, Inc., [2] Kowalewicz, A., Tworzenie mieszanki i spalanie w silnikach z zaponem iskrowym. Wydawnictwa Komunikacji i cznoci. Warszawa [3] Merkisz, J., Ekologiczne aspekty stosowania silników spalinowych. Wydawnictwo Politechniki Poznaskiej, Pozna [4] Postrzednik, S., mudka, Z., Advanced Thermodynamic Cycle of Internal Eco-Engine. 28 th International Symposium on Combustion. Edinburgh, Scotland [5] Postrzednik, S., Termodynamiczny obieg eko-silnika spalinowego. PAN, Komitet Termodynamiki i Spalania. XII. Zjazd Termodynamików. Kraków, [6] Szargut, J., Petela, R., Egzergia. WNT, Warszawa [7] Shell Lexikon: erbrennungsmotor. erlegerbeilage der ATZ, MTZ. erlag ieweg. Wiesbaden

12