THE QUALITY EVALUATION OF COMBUSTION PROCESS FOR SPARK IGNITION AND DIESEL ENGINES USING THE EXHAUST GAS COMPOSITION

Transkrypt

1 Jourl of KES Iterl Combustio Egie 003, vol. 10, 3-4 THE QUALITY EVALUATI F CMBUSTI PRCE FR SPARK IGITI AD DIESEL EGIES USIG THE EXHAUST GAS CMPSITI Grzegorz Przybył, Stef Postrzedik Istytut Techiki Cieplej Politechik Śląsk Ul. Korskiego 18 Tel. (+483) 37133; F. (+483) 3787 E-mil: przybyl@itc.ise.polsl.gliwice.pl Abstrct The direct compriso of SI d diesel egies ehust gs compositio c t be usig for combustio qulity evlutio cuse of two differet djustmet types. The vlue of ir rtio of Diesel egies is chged i huge rge d for sprk igitio egies this rtio is bout oe. The high λ vlue is the reso tht the ehust gses of Diesel egies re thi by ir d there is oticeble ehusts gs compoets cocetrtio decresig. So, to mke relible compriso of Diesel d sprk igitio egies there is ecessry to mke correctio. There is correctio of ehust gs lgorithm preseted. It is the commo bse covetiol vlue of ir rtio λ * usig (specilly λ * 0 1). It is possible to drw coclusios bout the qulity evlutios of combustio for SI d Diesel egies. CEA JAKŚCI PRCESU SPALAIA W SILIKACH Z ZAPŁEM ISKRWYM RAZ SAMCZYYM W PARCIU SKŁAD SPALI Streszczeie Bezpośredi liz porówwcz skłdu spli silików ZI i ZS ie pozwl dokoie ocey procesu spli w ich zchodzącego ze względu odmiey rodzj regulcji. W silikch z zpłoem smoczyym w zleżości od prmetrów eksplotcyjych stosuek dmiru powietrz λ zmiei się w szerokim zkresie, podczs gdy w silikch z zpłoem iskrowym jest o bliski jedości. Z tego powodu spliy silik ZS są rozcieńczoe powietrzem, co powoduje zuwżly spdek kocetrcji poszczególych skłdików w ich zwrtych. Dltego by wirygodie porówć skłd spli wspomiych silików leży dokoć odpowiediej korekcji. W rtykule przedstwioo lgorytm korygowi skłdu spli opierjący się * wspólej umowej wrtości bzowej stosuku dmiru powietrz λ ( w szczególości λ * o 1 ). Dokoując tkiej korekcji skłdu spli moż wyciągąć wioski porówwcze, co do jkości przebiegu spli w silikch ZI i ZS. 1. Wprowdzeie Eksplotując ukłdy, w których zchodzi splie pliw, leży zwrócić uwgę w główej mierze stępujące kryteri: efektywość (jkość) przebiegu procesu spli, sprwość termodymiczą ukłdu, szkodliwość oddziływi środowisko (emisj substcji toksyczych, hłs, oddziływi cieple). ceę jkości procesu spli pliw w dym ukłdzie dokouje się jczęściej w oprciu o wyiki przeprowdzoej lizy spli [1]. W tym celu leży wyzczyć udziły o

2 molowe główych skłdików [ C ], [ C ], [ ], w splich suchych [], przy czym leży tkże zć elemetry skłd splego pliw (c, h,, o, s). W silikch spliowych moż wyróżić dw rodzje ich regulcji: regulcj ilościow występuje w siliku ZI, poleg zmiie ilosci miesziy plej wprowdzoej do cylidr przy zchowiu skłdu bliskiego stechiometryczemu λ 1, regulcj jkościow występuje w siliku ZS, poleg zmiie skłdu miesziy plej wprowdzej do cylidr przy iezmieej ilości zssego powietrz (dl dej prędkości obrotowej) orz zmieej dwce pliw co powoduje zmieość λ w zleżości od obciążei. Rozcieńczeie spli dmierą ilością powietrz (λ>1) powoduje zuwżly spdek kocetrcji tych substcji, które występują w splich ( C, C,, S, H m ). czywiście tężei przepływu poszczególych substcji pierwszej grupy związków (, C C C,, S, Cm H, kmol ) ie ulegją wtedy zmiie, czyli ich emisj do otoczei ie s zwiększ się. Moż, ztem powiedzieć, że korygowie skłdu spli poleg,,obliczeiowym usuięciu z ich objętości części powietrz w ich zwrtego (ze spli o skłdzie i prmetrch wyzczoych w miejscu pomiru). Istotą sprwą jest przyjęcie odpowiediego wruku, z pomocą, którego ustlić będzie moż ilość usuwego powietrz. Schemt postępowi zilustrowy zostł (rys.1.). Rys. 1. Schemt przepływu strumiei spli (silik ZS) poddego korekcji.

3 . Podstwowe elemety lgorytmu korygowi spli Typowy skłd spli suchych obejmuje udziły stępujących skłdików [ C] + [ ] + [ ] + [ ] + [ S ] + [ C H ] 1, 0 C (.1) + m ztem cłkowit ilość spli wyosi odpowiedio dl + C + C S CmH (.) C C, C C, C H CmH,, m, [ ], S [ S ] (.3) skorygowy skłd spli suchych opisy będzie stępująco + [ C] + [ ] + [ ] + [ ] + [ S ] + [ C H ] 1, 0 C (.4) m tomist skorygowe tężeie przepływu spli suchych jko (.5) C + C S CmH molowe udziły skłdików spli wyoszą odpowiedio C C, [ C] C, [ ],[ ] [ ] S, [ S ], Cm CmH Koiecze jest wyzczeie związku, jki istieje między udziłmi zmierzoymi skorygowymi..., tkże między strumieimi spli orz. Jedym z podstwowych elemetów dowolego lgorytmu korygowi spli są bilse substcjle mterii występującej w ukłdzie. Jk zzczoo wcześiej korygowie skłdu spli poleg obliczeiowym usuięciu z ich objętości części powietrz w ich zwrtego. Z tego powodu, przede wszystkim spełioe muszą być rówości poszczególych strumiei: C C H [...] (.6) orz,,,, (.7) C C S S C H m C H m Z bilsu tleu obu strumiei spli wyik (.8) skorygowy strumień zotu wyiesie odpowiedio (.9) leży jeszcze uwzględić związek wyikjący ze skłdu usuwego powietrz

4 (.10) 0,1 0,79 Łącząc odpowiedio zleżości (.8), (.9), (.10) otrzymuje się formuły skorygowe strumieie tleu orz zotu w postci: 0,1, (.11) 0,79 (.1) Aby wyzczyć skorygowy strumień spli leży od strumiei zmierzoego odprowdzić pewą ilość tleu orz zotu, po czym uzyskuje się ( + ) (.13) Skłd spli opisy zleżościmi (.1),(.6), po dokoiu korekcji wyzczyć moż podstwie wzorów (.7), (.11), (.1) i (.13) wyosić o będzie: [ C] C (.14) [ C ] C (.15) [ ] (.16) [ H ] [ C H ] m C m (.17) [ ] 0,1ψ (.18) [ ] 0,79ψ (.19) W celu porówi skłdu spli wspomiych silików ZI orz ZS jko wspólą (bzową) wielkość odiesiei przyjęto stosuek dmiru powietrz. Koiecze stje się wyzczeie prmetru ψ ze względu. Rozptrując przypdek iezupełego spli pliw, kiedy w splich występują [ C ] + [ C] + [ ] + [ ] 1, 0, stosuek dmiru powietrz (tleu) moż wyrzić z pomocą [3]: 1 λ (.0) 0,79 [ ] 1 [ C] 1 0,11 C + [ ] + [ C] ( ) Korekcj musi być tk przeprowdzo, by po jej dokoiu uzyskć odpowiedią wrtość stosuku dmiru powietrz, ztem:

5 gdzie po odpowiedich przeksztłceich: W przypdku, gdy zostie przyjęt wrtość stępującą: 3. Przykłdowe obliczei 1 λ o, (.1) 0,79 1 0,1 1 [ ] 1 [ C] ([ C ] + [ ] + [ C] ) [ C] 0,79 [ ] λo [ ] [ ] 0,1 ψ (.) 0,79 λo 1 prmetr [ C] ψ przymie postć 1 ψ [ ] (.3) 0,1 Przedstwioy lgorytm korekcji spli zstł wykorzysty do lizy porówwczej dwóch silików spliowych, sporządzoej podstwie wyików pomirowych. De do obliczeń zostły otrzyme w kosekwecji bdń silik ZI orz ZS przeprowdzoych stowiskch - hmowie Zkłdu Techik Spli i Silików Spliowych Istytutu Techiki Cieplej Politechiki Śląskiej w Gliwicch. poiższych rysukch pokzo zmierzoy orz skorygowy skłd spli silik ZI reprezetowego przez jedostkę pędową firmy Fit wersji 900 typ 1170A1.046 orz silik ZS SW400 prcującego w pojzdch ciężrowych i mszych roboczych, przyjęto bzową wielkość odiesiei 1. [C] % 0,80 0,75 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,45 0,40 0,35 0,30 0,5 0,0 0,15 0,10 0,05 0,00 [C]* [C] Silik ZS Silik ZI Silik ZS przed korekcją [C] 1600 obr/mi - dl silik ZS 3000 obr/mi - dl silik ZI Zwrtość [C]* po korekcji skłdu spli dl silik ZS. Zwrtość [C] w splich silik ZI orz ZS przed korekcją PRZED KATALIZATREM 0 0,1 0, 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Zredukowy momet pędowy M o / M m Rys.. Udził tleku węgl w splich suchych, przed i po korekcji spli dl 1 [4]. Fig.. The C shre i dry ehust gs before d fter correctio for 1.

6 [C ] % [C ] [C ]* 1600 obr/mi - dl silik ZS 3000 obr/mi - dl silik ZI Zwrtość [C]* po korekcji skłdu spli dl silik ZS. Zwrtość [C] w splich silik ZI orz ZS prezd korekcją PRZED KATALIZATREM Slik ZS Silik ZI Silik ZS przed korekcją 0 0,1 0, 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 [C ] Zredukowy momet pędowy M o / M m Rys. 3. Udził dwutleku węgl w splich suchych, przed i po korekcji spli dl 1 [4]. Fig. 3. The C shre i dry ehust gs before d fter correctio for 1. [HC] ppm [HC ] [HC ] [HC ] Silik ZS Silik ZI Silik ZS przed korekcją 1600 obr / mi - dl silik ZS 3000 obr / mi - dl silik ZI Zwrtość [HC]* po korekcji skłdu spli dl silik ZS. Zwrtość [HC ] w splich silik ZI orz ZS przed korekcją PRZED KATALIZATREM 0 0 0,1 0, 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Zredukowy momet pędowy M o / M m Rys. 4. Udził węglowodorów w splich suchych, przed i po korekcji spli dl 1 [4]. 4. Podsumowie Fig. 4. The HC shre i dry ehust gs before d fter correctio for 1. Podstwą ocey jkości procesu spli zchodzącego w siliku spliowym są jczęściej wyiki przeprowdzoej lizy skłdu spli, któr obejmuje wyzczeie udziłów molowych główych skłdików w splich suchych. Bezpośredie porówywie bezwzględych kocetrcji (udziłów molowych) poszczególych

7 skłdików spli odpowidjących różym wrukom spli wet tego smego pliw, prowdzić może do błędej iterpretcji wyików. Aby ie doprowdzić do tkiej sytucji celowe wydje się zstosowie wspomiej korekcji spli, będącej pewym lgorytmem obliczeiowym. Dzięki temu moż sprowdzić wyiki pomirów bdego procesu do wspólego miowik porówwczego. Alizując wyiki wykoych obliczeń moż zuwżyć, że dopiero skorygowie skłdu spli silik ZS używjąc bzowej wrtości odiesiei 1 umożliwi jego odpowiedie porówie względem silik ZI [ ] ppm Silik ZS Silik ZI Silik ZS przed korekcją [ ] [ ] 1600 obr / mi - dl silik ZS 3000 obr / mi - dl silik ZI Zwrtość [ ]* po korekcji skłdu spli dl silik ZS. Zwrtość [ ] w splich silik ZI PRZED KATALIZATREM 1000 [ ] Litertur 0 0,1 0, 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Zredukowy momet pędowy M o / M m Rys. 5. Udził tleków zotu w splich suchych, przed i po korekcji spli dl 1 [4]. Fig. 5. The shre i dry ehust gs before d fter correctio for 1. [1] Szrgut J.: Termodymik Techicz, Wydwictwo Politechiki Śląskiej Gliwice [] Postrzedik S.: Wykorzystie skorygowego skłdu spli do ocey jkości procesu spli Gospodrk Pliwmi i Eergią 1/1989. [3] chęduszko S.: Termodymik Stosow, PW Wrszw [4] Przybył G.: Bdi z zkresu kotroli procesu spli pliw orz liz przyszłościowych pędów smochodowych Prc Mgistersk