The designation of the unevenness of the LPG injectors dosage

Transkrypt

1 Article citatin inf: SZPICA, D The designatin f the uneenness f the LPG injectrs dsage Cbustin Engines 013, 154(3), ISSN Dariusz SZPICA PTNSS 013 SC 11 The designatin f the uneenness f the LPG injectrs dsage Abstract: In the article there is shwed the issues cncerning the LPG/CNG injectrs dsage uneenness Fr research urse the rttye stand was built Initially, the brand new injectrs and the nes, which were in different degrees f wear, were tested What was fund, that in the case f the new injectrs, the uneeness is between (065)%, but in the case f the erated nes, deending n the wear (653)% The run tests shwed the necessity f cnstructing the dsage uneenness as, what wuld be best in arius injectr wear degrees, fr the ileentatin urse f thse alues t the LPG syste cntrl unit, thereby iniizing the aderse influence t the engine wrk f the cnsidered araeter Keywrds: alternatie wering systes, LPG injectrs, dsage uneennes Wyznaczanie nierówniernści dawkwania wtryskiwaczy LPG Streszczenie: W artykule rzedstawin rbleatykę nierówniernści dawkwania wtryskiwaczy LPG/CNG D celów badawczych zbudwan rttywe stanwisk Wstęnie zbadan wtryskiwacze fabrycznie nwe i będące w ekslatacji, w rżnych stniu zużycia Stwierdzn, że w rzyadku wtryskiwaczy nwych nierówniernść zawiera sie w granicach (0,65)%, natiast ekslatwanych, zależnie d zużycia (653)% Przerwadzne róby wykazały kniecznść budwy a nierówniernści dawkwania, najleiej w różnych stniach zużycia wtryskiwaczy, cele ileentacji tych wartści d dułu sterwania układe LPG, inializując w ten ssób niekrzystny wływ rzatrywaneg araetru na racę silnika Słwa kluczwe: alternatywne uklady zasilania, wtryskiwacze LPG, nierówniernść dawkwania 1 Wrwadzenie Wielcylindrwe szybkbieżne silniki salinwe załnie iskrwy cechuje zauważalna (ierzalna) nierówniernść racy szczególnych cylindrów [3, 58, 10, 11, 18, 19] Pwduje t nierówniernść ich biegu i tksycznść salin, a c za ty idzie trudnści z utrzyanie wskaźników zewnętrznych na żądany ziie D najważniejszych czynników wiedzialnych za nierówniernść racy cylindrów zaliczyć żna: skład ieszaniny aliww wietrznej w szczególnych, ilść ieszaniny aliww wietrznej w szczególnych cylindrach, zróżnicwanie rzebiegu rcesu salania w szczególnych cylindrach, szczelnść cylindrów, energię i kąt wyrzedzenia załnu, fazy rzrządu, dkładnść wyknania Z unktu widzenia rcesów cheicznterdynaicznych ających iejsce w szczególnych cylindrach, za najważniejszy czynnik wiedzialny za nierówniernść racy szczególnych cylindrów żna uznać wsółczynnik nadiaru wietrza dnszący się d ieszaniny, która ulega saleniu w każdy z cylindrów dczas jedneg cyklu racy Zróżnicwanie wartści wsółczynników λ i wynika w dużej ierze z rcesu rzygtwania i transrtwania ieszaniny alnej w układzie dltwy silnika [11] Silnik salinwy cechuje ziennść zachdzących w ni rcesów Stąd in wynikają rbley z dzwanie reagentów, ich ujednradnianie raz rganizacją rcesu salania W rzyadku alternatywnych układów zasilania silników ZI najszersze zastswanie znalazły układy LPG [15] Duży stień sklikwania klasycznych układów wyusił na rducentach instalacji alternatywnych kniecznść rządkwania się sklikwany rcedur diagnstyczny [17] Zantwany ddatkwy układ zasilania usi za sełnienie bwiązujących nr yczących eisji tksycznych składników salin zstawać w zgdnści z układe ODB Jak już wsnian za nierówniernść biegu silnika w głównej ierze wiadają dzesły dzujące aliw i wietrze Dlateg ddan analizie dawkwanie wtryskiwaczy LPG, dzesłu wiedzialneg za asę gazu dstarczneg d szczególnych cylindrów w rzyadku instalacji I generacji Jak wykazują badania ekslatacyjne wtryskiwaczy LPG, zanieczyszczenia teg tyu aliwa deterinują działanie dzesłu [1] Skutkuje t wzrste eisji tksycznych składników salin [1], jak też zużycia aliwa Obiekty badań W badaniach wykrzystan rzykładwe egzelarze wtryskiwaczy tłczkwych, wyniki nie są dstawa d ceny całych gru, czy deli 647

2 iulsy twarcia wietrze REG I REG II KEIHIN MAGIC JET ALTEK Rys 1 Badane wtryskiwacze Tabela 1 Pdstawwe dane techniczne badanych wtryskiwaczy [0] wtryskiwacz REG I REG II KEIHIN MAGIC niebieski czarny niebieski JET ALTEK 4 Stan ekslatacyjny nwy ekslatwany nwy nwy ekslatwany Ornść cewki [Ω] 3 3 1, 1,8 3 Skk tłczka [] 0,4 0,4 0,4 0,75 0,5 Teeratura racy [ C] -40/+10-40/+10-35/+10-0/+10-0/+10 Średnica wyltu na dyszę [] Średnica dyszy d badań [] 3,5,4 3,5 Metdyka badań Z uwagi na cyklicznść działania wtryskiwaczy LPG, w badaniach wykrzystan etdę średnią zbirnikwą [13, 16] W tku uzuełniający rzerwadzn analizę ziennści ciśnienia LPG w listwie wtryskwej dczas działania silnika (realizacja testu jedneg ECE15+EDUC) chcąc w ten ssób kreślić warunki czątkwe niezbędne d zainicjwania rcedury badawczej na stanwisku Stwierdzn, iż za wartść czątkwą różnicy ciśnień żna rzyjąć 0, MPa, i że układy LPG racują rzy różnicy 0,115 MPa (rys ), dwyższenie ciśnienia użliwia na szerzenie zakresu znawczeg, c zasygnalizwan w racy [13] bilansu asy wietrza (w zastęstwie LPG) wniskuje się zdlnściach rzeływwych badaneg biektu Szczegółwy is ateatyczny, jak i rzyjęte urszczenia rzedstawin w [13] iar ciśnienia Rys 3 Scheat strukturalny stanwiska: 1 kuter, układ sterwania wtryskiwaczai, 3, badane wtryskiwacze, 4 zbirnik różniany, 5 zbirniki naełniane Rys Przebieg ciśnienia w listwie wtryskwej w trakcie realizacji testu jezdneg sachdu Seat Len, instalacja LPG STAG 00 firy AC S z, rejestracja rgrawanie kalibracyjny Scheat strukturalny stanwiska kazan na rys 3 W stanwisku (rys 3) wietrze (zastęujące LPG) rzeływa ze zbirnika zasilająceg (4) rzez listwę wtryskwą (3) d zbirników naełnianych (5) będących rzeływierzai Wyuszanie iulsów, jak i rejestracja rzebiegów realizwana jest rzez układ () na wzór isaneg w [16] Ddatkw, kuter (1) zwala na szybką knfigurację układu i bróbkę wyników D isu ateatyczneg wykrzystan etdę eleentów skuinych [4], gdzie na dstawie T A A w w A w3 w3 A z1 z1 T z z T z3 z3 T z4 z4 T Rys 4 Scheat rzeływu rzyjęty d isu ateatyczneg 648

3 Przyjęt że rzeływ jest izentrwy w słnie adiabatycznej Na dstawie scheatu (rys 4), wykrzystując etdę węzłów zarezentwaną w racwaniu [4], rzy ich łżeniu w bjętściach skuinych, żna naisać układ równań różniczkwych, isujący zianę ciśnienia w zbirniku zasilający (4) i zbirnikach iarwych (5) Uraszczając, rzyjęt na dstawie [] stałą teeraturę w trakcie rcesu z1 z z3 z4 z1 z z3 z4 w 3 w w3 (1) rzy czy struienie aswe rzeływające rzez ry iejscwe (zawry wtryskiwaczy) wynisą: w w3 A A A A w w3 z f f f f () W isie wykrzystan funkcję rzeływu Miatluka Atuszk [4] ze zieniny araetre a=1,4 1 1 a (3) a Wyznaczanie rzeustwści (A ) z rzebiegu charakterystyki dynaicznej zwala na cenę w cały badany zakresie kreślny różnicą ciśnień w chwili startu iaru, c jest bardz isttne, gdyż dczas ekslatacji różnica ta bardz częst się zienia Na dstawie rzyjętych załżeń knstrukcyjnych i rzycji delu ateatyczneg isująceg zjawiska zachdzące w brębie stanwiska, zbudwan rtty (rys 5) P naełnieniu zbirnika zasilająceg (), zadawan układe wyuszania (6) wyagane czasy twarcia wtryskiwaczy, w wyniku czeg naełnian zbirniki (3) Przebiegi zian ciśnienia w zbirnikach () i (3) rejestrwan z wykrzystanie czujników Hneywell MLH006BGD14B, karty iarwej Natinal Instruents NI-USB 615 i rgrawania LabIEW 85 Deeler Suite Rys 5 Stanwisk badawcze: 1 - raa wraz z srzęte, - zbirnik iarwy zasilający, 3 - zbirniki naełniane, 4 - iadł brtwe, 5 - układ sterwania elektrzawrai zasilania i różniania zbirników, 6 - układ wyuszania twarcia wtryskiwaczy (w arciu sterwnik STAG Preiu firy AC S z ), 7 - badania listwa wtryskwa, ddatkw - rzewdy dłączeniwe Idąc dalej stwrzn rgrawanie identyfikująceg szczególne rzeustwści w arciu równania (1) i () W tku nueryczny, na dstawie zarejestrwanych rzebiegów ciśnień w zbirnikach, wartści rzeustwści wyznaczan wykrzystując regresję nieliniwą, inializując etdą Neldera Meada funkcję celu (estyatr) kreślną wskaźnikie FPE1, aż d siągnięcia żądanej dkładnści bliczeń: l FPE 1 (4) l ex il Mżna w ten ssób trzyać duża zgdnść rzebiegów ekseryentalnych z delwyi, c zarezentwan w [9] d ceny zawrów grzybkwych układu rzrządu Oceny jakściwej aswania dknywan na dstawie wartści wsółczynnika regresji nieliniwej skrygwaneg na stnie swbdy: ex l i1 R 1 (5) 1 ex i Oryginalnie wartść a = 1,13 Na dstawie nad 00 iarów wyznaczn wartść zienineg araetru Prtty stanwiska wyknan w raach Pracy Statutwej S/WM//01 649

4 Ddatkw wyznaczan wskaźnik FPE rerezentujący błąd średni: 1 FPE ex (6) i1 Jak też aksyalną wartść błędu FPE3 FPE3 MAX ex (7) Prcedury bliczeniwe zaisan w kdzie śrdwiska Matlab-Siulink, ddatek Guide (rys 6) Nierówniernść zasilania Q R : c qi qśr (8) i1 QR [%] c Dysnując wynikai iarów wyznaczan również struień aswy, bjętściwy i asę rzyadająca na cykl silnika 3 Wyniki badań i ich dyskusja Z uwagi na fakt, iż rzebadan rzykładwe egzelarze wtryskiwaczy, wyniki nie są dstawa d ceny całych gru, czy deli W ierwszy etaie, rzy tej saej rędkści brtwej, w rzybliżeniu wiadającej rędkści biegu jałweg (760 br/in) srawdzn d kąte dawkwania wybrane wtryskiwacze, zieniając czas ich twarcia Zarówn czas twarcia wtryskiwacza, jak i rędkść brtwa (częsttliwść twierania) były efekte algrytu sterwania arteg sterwnik STAG 6 Preiu i rgrawanie kalibracyjne Rys 6 Panel kunikacyjny rgrau d identyfikacji isttnych araetrów rzyjęteg delu rzeływu i ddatkwych wylicznych wartści a) b) c) d) e) f) Rys 7 Przeustwści wtryskiwaczy: a - REG I, b - REG II, c - KEIHIN, d - MAGICJET, e - ALTEK, f - nierówniernść dawkwania (n=760 br/in) 650

5 Tabela Nierówniernść dawkwania badanych wtryskiwaczy [%] (n=760 br/in) t w [s] REG I REG II KEIHIN MAGICJET ALTEK,5 4,4 3,18 6,36 1,35 91,48 5 1,06 7,74 4,65 5,6 50,43 7,5 0,6 6,61 4,19 5,48 53, ,8 6,0 3,37 5,35 53,39 1,5 0,87 5,34,80 4,67 5,4 15 0,6 4,65,77 4,39 51,63 17,5 1,04 3,71,40 4,46 51,13 0 0,59 3,17 1,98 3,8 51,6 Wszystkie badania rzerwadzn w tych saych warunkach wyuszenia, wtarzając 3-krtnie Charakterystyki wtryskiwaczy rzedstawine na rys 7ae wykazują zależnść rzeustwści d czasu tarcia, a charakter jest w rzybliżeniu liniwy Z klei nierówniernść Q R różnie sie układa w zależnści d badaneg biektu Dużą nierówniernść wyznaczn rzy czasie twarcia,5 s, dla MAGICJET nad 1%, natiast rzeciwnie w rzyadku REG II 3,18% Najleiej w badanej gruie wyadły wtryskiwacze KEIHIN i REGI W zakresie (7,515)s REG I charakteryzwał sie nierówniernścią niżej 1% Wtryskiwacze ALTEK, znaczny stniu zużycia, gdzie jeden z wtryskiwaczy a graniczny rzeływ, wykazują wartść Q R k 50% W drugi etaie badań szukiwan krelacji iędzy rędkścią brtwą, a równiernścią dawkwania, rzy stały czasie twarcia (6, s) D teg celu służyły wtryskiwacze REGII Pdbnie jak rzedni widać nieal liniwy rzyrst rzeustwści w funkcji rędkści brtwej Średnia nierówniernść ze wszystkich iarów wtryskiwaczy REGII, sięga 5,3 % Oceniając jakściw identyfikację, stwierdzn, iż błąd średni wyniósł FPE=4489Pa, błąd aksyalny FPE3=5165Pa, a wsółczynnik regresji R =0,9864 W chwili becnej kletwane są wtryskiwacze w różnych stanach zużycia ekslatacyjneg, cele ceny równiernści dawkwania, gdyż egzelarze rzedstawine w artykule służyły cenie wstęnej i zasygnalizwaniu etdy badań a) b) c) d) e) f) Rys 8 Wyniki badań wtryskiwacza REG I: a - rzeustwść, b - błąd średni identyfikacji FPE c - błąd aksyalny identyfikacji FPE3, d - wsółczynnik regresji R, e - wsółczynnik nierówniernści dawkwania Q R, f - (t w =6,s) 651

6 Tabela 3 Nierówniernść dawkwania badanych wtryskiwaczy [%] (n=760 br/in) n [br/in] Q R [%] wartści uśrednine z 4 cylindrów μa10-6 [ ] FPE [Pa] FPE3 [Pa] R [-] ,90 0,33 144, ,06 0, ,11 0, , ,04 0, ,01 0,67 33,47 518,54 0, ,73 0,85 563, ,75 0, ,14 1,01 96, ,39 0, ,10 1,16 874, ,49 0, ,9 1,3 319, ,08 0, ,34 1,45 967,8 5630,33 0, ,19 1,60 694, ,84 0, ,00 1,83 603,0 5005,44 0,985 Pdsuwanie Przedstawin rbleatykę nierówniernści dawkwania wtryskiwaczy LPG/CNG, gdzie d celów badawczych zbudwan rttywe stanwisk, na bazie któreg rzez cenę rzeustwści szczególnych wtryskiwaczy wchdzących w skład zestawu wyznacza sie rzeditwą nierówniernść Wstęnie zbadan wtryskiwacze fabrycznie nwe i będące w ekslatacji, w rżnych stniu zużycia d kate dawkwania rzy jednej rędkści brtwej i różnych czasach twarcia Stwierdzn, że w rzyadku wtryskiwaczy nwych nierówniernść zawiera sie w granicach (0,65)%, natiast ekslatwanych, zależnie d zużycia (653)% Nenclature/Skróty i znaczenia c CNG CO CO FPE1 FPE FPE3 H O l LPG ṁ 4 N NO x ex liczba cylindrw silnika srężny gaz zieny tlenek węgla dwutlenek węgla estyatr błąd średni identyfikacji błąd aksyalny identyfikacji ara wdna liczba isttnych wsółczynników delu gaz skrlny liczba unktów identyfikwanej krzywej struienie aswe wietrza [kg/s] azt tlenki aztu ciśnienie zarejestrwane ciśnienie delwe ciśnienie wietrza w zbirniku zasilający [Pa] W rzyadku ceny dawkwania rzy różnych rędkściach brtwych i taki say czasie twarcia wtryskiwacza nierówniernść wynisła 5,3 % W ty rzyadku dknan ceny jakściwej identyfikacji, stwierdzając, że błąd średni wyniósł 449Pa, błąd aksyalny 5165Pa, a wsółczynnik regresji R =0,98 Przerwadzne róby wykazały kniecznść budwy a nierówniernści dawkwania, najleiej w różnych stanach zużycia wtryskiwaczy, cele ileentacji tych wartści d dułu sterwania układe LPG, inializując w ten ssób niekrzystny wływ rzatrywaneg araetru na racę silnika Obecnie jedynie instalacja LPG KME DIEGO wysażna jest w rgrawanie użliwiające krekcję dawkwania wtryskiwaczy, silnika racująceg, w raach czynnści bsługwych z14 ciśnienie wietrza w zbirnikach naełnianych [Pa] q i udziały szczególnych wtryskiwaczy w zasilaniu q śr średni udział w zasilaniu R stała gazwa [J/(kgK)] R wsółczynnik regresji T teeratura wietrza taczająceg [K] rędkść rzchdzenia się dźwięku w nieruchy gazie [/s] z14 bjętść zbirnika iarweg [ 3 ] κ wykładnik adiabaty φ(σ) bezwyiarwa funkcja rzeływu φ (σ) wartść aksyalna funkcji St` enanta i Wantzela ilraz ciśnień (ciśnienie bezwyiarwe) µa 4 knduktancja (rzeustwść) [ ] wsółczynnik nadiaru wietrza 65

7 Bibligrahy/Literatura [1] Czaban J, Szica D: Nachiwicz J, Carisn f SI car exhaust cnents eissin in engines wered by etrl and LPG: [ref], Plish Jurnal f Enirnental Studies, l16, nr A, s , 007 [] Iwaszk J: Wyiana cieła dczas różniania zbirnika, Zeszyty Naukwe Plitechniki Łódzkiej, Cielne Maszyny Przeływwe, z 93, Łódź, 1998; [3] Kwalewicz A, Różycki A: Analiza żliwści ubgieg salania Hgenicznych ieszanin aliww wietrznych KON- MOT 1999 [4] Miatluk M F, Atuszk W P: Dynaika nieatičeskich i gidraličeskich rid atbiliej, Izd w Maszinstrjenije, Моskа, 1980 [5] Müller H: Geischbildung und Geischerteilung bei Otttren it ergaserbetriebe MTZ 18, 1967 [6] Müller H: Ursachen und Uflang der ungleichen Geischerteilung an Mehrzylinder Otttren MTZ 9, 1967 [7] Pawlak G, Różycki Różyczki: Analiza wykresu indykatrweg silnika załnie iskrwy zasilaneg ieszankai ubgii KONMOT, 1996 [8] Rawski F: Rzdział wietrza iędzy cylindry silnika wielcylindrweg SILNIKI SPALINOWE NR 3-4, 1980; [9] Rawski F, Szica D, Stanwisk d wyznaczania araetrów rzeływu wietrza w układzie dltwy tłkweg silnika załnie iskrwy, Hydraulika i Pneuatyka, nr, s0-6, 005 [10] Rawski F, Szica D, Wływ nierówniernści racy cylindrów silnika salinweg na eisję tksycznych składników salin raz zużycie aliwa, Zeszyty Naukwe Instytutu Pjazdów, Plitechnika Warszawska, z 4, s , 004 [11] Rawski F: Przeływ czynnika rbczeg i jeg rzdział w układzie dltwy wielcylindrweg silnika salinweg Prace Naukwe, Mechanika z 87 WPW, Warszawa 1984 [1] Skaretwski B: Diagnstyka i serwis wtryskiwaczy gazu, Jazda za grsze Pis autgazie, nr 3/4 (46), Wydawnictw G Jarzyński i Sółka, Radzyń Chełiński, 009 [13] Szica D: Stanwisk d wyznaczania charakterystyk rzeływwych wtryskiwaczy LPG, Przegląd Mechaniczny, nr 7/8, s 17-1, 011 [14] Szica D, Czaban J: Stanwisk d badań wtryskiwaczy aliwa benzynweg układu zasilania, Acta Mechanica et Autatica, l3, nr 1, s , 009 [15] Szica D, Czaban J: Prównanie klasycznych i alternatywnych układów zasilania silników na dstawie charakterystyk zewnętrznych, Przegląd Mechaniczny, nr 7/8, s 6-31, 009 [16] Szica D, Czaban J: Przycja rzyrządu d kntrli równiernści dawkwania wtryskiwaczy LPG, Pneuatyka, nr 4, s 38-43, 009 [17] Szica D, Czaban J: The assessent f external and erating indexes f LPG fueled engines, Cbustin Engines, Nr 3, s 68-75, 011 [18] Tichy M: Laufunruhe als Eingagangsgrsse fur ein adaliwes syste der Mischungserhaltnisregelung n Otttren Slak Technical Uniersitity, Bratislaa, 1994 [19] Zieran A A at all: Ired fuel distributin Anew rle fr gasline addities Ess Reserch and Eng C, SAE Tr, 197 [0] Dane rducentów: REG, KEIHIN, MAGI- CJET, ALTEK, KME DIEGO Mr Dariusz Szica, DEng dctr in the Faculty f Mechanical Engineering at Bialystk Uniersity f Technlgy Dr inż Dariusz Szica adiunkt na Wydziale Mechaniczny Plitechniki Białstckiej e-ail: dszica@bedul 653