PTNSS 2013 SC Wstęp. Tomasz GILOWSKI Zdzisław STELMASIAK

Podobne dokumenty
Keywords: compression ratio, dual-fuel engine, combustion process, natural gas

A program to analyze the combustion process in diesel engine

Effect of the compression ratio on operational parameters of a natural gas fuelled compression ignition engine operating in a dual-fuel mode

SŁAWOMIR LUFT, TOMASZ SKRZEK *

ANDRZEJ RÓŻYCKI 1, TOMASZ SKRZEK 2. Uniwersytet Technologiczno-Humanistyczny im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu. Streszczenie

USE OF THE CHARACTERISTIC POINTS OF HEAT RELEASE COURSE FOR THE CONTROL OF COMBUSTION PROCESS IN COMPRESSION IGNITION ENGINES

Przy prawidłowej pracy silnika zapłon mieszaniny paliwowo-powietrznej następuje od iskry pomiędzy elektrodami świecy zapłonowej.

CHARAKTERYSTYKI PRACY SILNIKA HCCI ZASILANEGO BIOGAZEM

Równomierność dawkowania oleju napędowego w silnikach dwupaliwowych

Dwupaliwowy silnik o zapłonie samoczynnym zasilany wtryskowo paliwem LPG w fazie ciekłej

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

Wpływ rodzaju paliwa gazowego oraz warunków w procesu spalania na parametry pracy silnika spalinowego mchp

Wybrane wyniki badań dwupaliwowego silnika o zapłonie samoczynnym o różnych wartościach stopnia sprężania

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(88)/2012

WPŁYW PODZIAŁU DAWKI PALIWA NA WSKAŹNIKI PRACY SILNIKA SPALINOWEGO O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM Z WTRYSKIEM BEZPOŚREDNIM

MoŜliwości wykorzystania dwupaliwowego silnika ZS zasilanego głównie gazem ziemnym CNG w transporcie kołowym

PTNSS Wstęp. 2. Zakres modyfikacji silnika. Jerzy KAPARUK Sławomir LUFT

IDENTIFICATION OF NUMERICAL MODEL AND COMPUTER PROGRAM OF SI ENGINE WITH EGR

Some problems of controlling the cars diesel engine powered dual fuel

WPŁYW WŁAŚCIWOŚCI PALIW MINERALNYCH I ROŚLINNYCH NA PRĘDKOŚĆ NARASTANIA CIŚNIENIA W PRZEWODZIE WTRYSKOWYM I EMISJĘ AKUSTYCZNĄ WTRYSKIWACZA

W artykule nr 3/2011 (146) PTNSS-2011-SC-144 pt. "Program do analizy procesu spalania w silniku ZS" po rozdziale 4 powinien znaleźć się zapis:

SAMOCHODY ZASILANE WODOREM

1. Wprowadzenie. 2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych. 3. Paliwa stosowane do zasilania silników

Effect of dual fuelling on selected operating parameters and emission of a turbocharged compression ignition engine

The influence of physicochemical fuel properties on operating parameters in diesel engine

Kongres Innowacji Polskich KRAKÓW

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

Biogas buses of Scania

ZESZYTY NAUKOWE NR 10(82) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 4(100)/2014

INDICATING OF AN ENGINE FUELLED WITH CNG

Wpływ składu mieszanki gazu syntetycznego zasilającego silnik o zapłonie iskrowym na toksyczność spalin

Charakterystyki prędkościowe silników spalinowych

Cezary I. Bocheński*, Krzysztof Warsicki*, Anna M. Bocheńska** * Politechnika Warszawska

WPŁYW KĄTA WYPRZEDZENIA WTRYSKU NA JEDNOSTKOWE ZUŻYCIE PALIWA ORAZ NA EMISJĘ SUBSTANCJI TOKSYCZNYCH W SILNIKU ZS ZASILANYM OLEJEM RZEPAKOWYM

1. Wprowadzenie 1.1. Krótka historia rozwoju silników spalinowych

Rating occurrence of knock combustion in a dual fuel CI engine powered by addition of biogas

LABORATORIUM SILNIKÓW SPALINOWYCH Materiały pomocnicze

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(97)/2014

The effect of adding gasoline to diesel fuel on its self-ignition properties

Badania wpływu parametrów wtrysku oleju napędowego na emisję cząstek stałych w dwupaliwowym doładowanym silniku zasilanym gazem naturalnym

Wpływ dodatku gazu ziemnego na wybrane parametry pracy silnika Fiat 1.3 MultiJet zasilanego dwupaliwowo

Investigation of the combustion engine fuelled with hydrogen

Perspektywy wykorzystania CNG w polskim transporcie

GRANICA SPALANIA STUKOWEGO W DWUPALIWOWYM SILNIKU O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM KNOCK COMBUSTION LIMIT IN A TWO-FUEL DIESEL ENGINE

Wymagania edukacyjne Technologia napraw zespołów i podzespołów mechanicznych pojazdów samochodowych

WYBRANE PARAMETRY PROCESU SPALANIA MIESZANIN OLEJU NAPĘDOWEGO Z ETEREM ETYLO-TERT-BUTYLOWYM W SILNIKU O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 3(89)/2012

Tomasz P. Olejnik, Michał Głogowski Politechnika Łódzka

2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych

Investigations of the fuel supply system of stationary combustion engine fed with natural gas

WPŁ YW PARAMETRÓW KONSTRUKCYJNYCH ROZPYLACZY NA W Ł A Ś CIWOŚ CI U Ż YTECZNE SILNIKA ZASILANEGO PALIWEM LOTNICZYM

Analysis of the influence of injection pressure in common rail system on spray tip penetration of the selected alternative fuels

AN ATTAUPT EXPLAIN IMPROVEMENT OVERALL EFFICIENCY OF DUAL CI ENGINE WITH MAINLY LPG

PORÓWNANIE WYKRESU INDYKATOROWEGO I TEORETYCZNEGO - PRZYKŁADOWY TOK OBLICZEŃ

Pytania na egzamin dyplomowy specjalność SiC

Właściwy silnik do każdego zastosowania _BlueEfficiencyPower_Polnisch_Schrift_in_Pfade.indd :55:33

SYSTEM EGR A ZMNIEJSZENIE EMISJI SUBSTANCJI SZKODLIWYCH EGR SYSTEM AND THE PROBLEM OF REDUCING POLLUTANT EMISSION

Silniki tłokowe. Dr inŝ. Robert JAKUBOWSKI

Rok akademicki: 2014/2015 Kod: STC TP-s Punkty ECTS: 3. Kierunek: Technologia Chemiczna Specjalność: Technologia paliw

Effect of division of initial dose on combustion parameters of a dual fuel CI engine

Wpływ dodatku gazu ziemnego na zadymienie spalin samochodowego silnika ZS

ELASTYCZNOŚĆ SILNIKA ANDORIA 4CTI90

WPŁYW ZASTOSOWANIA WTRYSKU WIELOFAZOWEGO NA PRZEBIEG CIŚNIENIA SPALANIA W CYLINDRZE SILNIKA CIĄGNIKA ROLNICZEGO*

The CFD model of the mixture formation in the Diesel dual-fuel engine

Dual fuelling SI engine by mixing alcohol and gasoline. Dwupaliwowe zasilanie silnika o zapłonie iskrowym z udziałem mieszalnika alkoholu i benzyny

Investigation of the combustion engine fuelled with hydrogen and mixed n-butanol with iso-butanol

WPŁYW ZASTOSOWANIA WYBRANYCH PALIW ZASTĘPCZYCH NA DAWKOWANIE PALIWA W ZASOBNIKOWYM UKŁADZIE WTRYSKOWYM SILNIKA O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM

PORÓWNAWCZE CYKLE PRACY SILNIKA Z WIELOETAPOWYM WTRYSKIEM PALIWA

TRANSCOMP XV INTERNATIONAL CONFERENCE COMPUTER SYSTEMS AIDED SCIENCE, INDUSTRY AND TRANSPORT

Wykaz ważniejszych oznaczeń i skrótów Wprowadzenie... 13

OKREŚLENIE WPŁYWU WYŁĄCZANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI NA ZMIANY SYGNAŁU WIBROAKUSTYCZNEGO SILNIKA

Opportunity of application of the knock phenomenon and smoke emission for the control of common-rail injection parameters

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(88)/2012

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

POSSIBLE IMROVEMENT OF THE MAIN OPERATIONAL PARAMETERS OF SI ENGINES FUELLED WITH INJECTED LIQUID BUTAN

Piotr Ignaciuk *, Leszek Gil **, Stefan Liśćak ***

PROTOTYPOWY SILNIK DWUPALIWOWY ZASILANY GAZEM CNG I OLEJEM NAPĘDOWYM

Spis treści. 1. Badanie układu samodiagnostyki w silniku benzynowym typu Struktura systemu sterowania silnikiem benzynowym typu

Journal of KONES Internal Combustion Engines 2002 No. 3 4 ISSN

Study of the emissions effects of hydrogen to the intake manifold on the stationary combustion engine with direct injection

FUNCTIONAL AGRIMOTOR TESTING SUPPLIED BY THE VEGETABLE ORIGIN FUELS BADANIE FUNKCJONALNE SILNIKA ROLNICZEGO ZASILANEGO PALIWAMI POCHODZENIA ROŚLINNEGO

DEGA. Diesel and Gas Mixture. LPG Powietrze. Spaliny ON + LPG. tylko ON!! ON+LPG. Termopara spalin ON + LPG. Wykres mocy [KW]

PARAMETRY ENERGETYCZNE I ASPEKT EKOLOGICZNY ZASIALNIA SILNIKA ZS PALIWEM MINERALNYM POCHODZENIA ROŚLINNEGO

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

Obniżenie emisji pierwotnej silników o zapłonie samoczynnym

DŁUGODYSTANSOWY. Ekonomiczne rozwiązanie dla pokonujących długie trasy. Sterownik LPG/CNG do silników Diesel.

WPŁYW WŁAŚCIWOŚCI PALIW NATURALNYCH I ROŚLINNYCH NA WSKAŹNIKI EKONOMICZNE I ENERGETYCZNE SILNIKA O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM

Impact of an gas injection start angle on the fuel distribution in a diesel engine combustion chamber

Badania procesów wtrysku i spalania paliwa rzepakowego w silniku o zapłonie samoczynnym

Logistyka - nauka. Wpływ zastosowania paliwa z dodatkiem etanolu do zasilania silników spalinowych na skład spalin

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(97)/2014

THE CONTROLLING OF THE FUEL AUTOIGNITION PROCESS DURING DIESEL ENGINE START-UP

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

BADANIE PROCESÓW SPALANIA OLEJU NAPĘDOWEGO ORAZ BIOPALIW RZEPAKOWYCH

WPŁYW TEMPERATURY POCZĄTKOWEJ I SKŁADU MIESZANINY PALNEJ NA PRACĘ SILNIKA HCCI ZASILANEGO BIOGAZEM

Effect of intake hydrogen addition on the performance and emission characteristics of a spark-ignition gasoline engine

ENGINE 6C107 FUELLED WITH LPG SILNIK 6C107 ZASILANY GAZEM PROPAN-BUTAN

SAMOCZYNNYM ZASILANYM PALIWEM BIOETANOLOWYM

Transkrypt:

Article citation info: GILOWSKI, T., STELMASIAK, Z. Impact of symmetrical division of initial dosage diesel oil on the selected thermodynamic parameters of the working medium and operation parameters dual fuel engine fuelled CNG. Combustion Engines. 213, 154(3), 879-886. ISSN 138-346. Tomasz GILOWSKI Zdzisław STELMASIAK PTNSS 213 SC 164 Impact of symmetrical division of initial dosage diesel oil on the selected thermodynamic parameters of the working medium and operation parameters dual fuel engine fuelled CNG Abstract: The paper shows the impact of division and quantity pilot dose on selected operation parameters dual fuel engine fuelled CNG. The primary objective of this study was identify why the means of pilot dose division affect on the combustion process, economic and environmental performance of the engine and determine feasibility of optimal control of diesel injection dose. Studies have shown a beneficial effect dose distribution (for two and three single dose) on the engine parameters. Observed increase the overall efficiency of the engine, reducing NO x concentration, maximum pressure, rate of pressure rise, the heat release rate and temperature of medium. Pointed to the possibility of a significant reduction of NO x emissions by splitting the dose and longer delay the injection of additional doses. Keywords: dual fuelling, natural gas, divided dose, heat release rate, combustion Wpływ symetrycznego podziału dawki inicjującej ON na wybrane parametry termodynamiczne czynnika roboczego oraz wskaźniki pracy silnika dwupaliwowego zasilanego CNG Streszczenie: W pracy przedstawiono wpływ podziału i wielkości dawki inicjującej na wybrane parametry pracy silnika dwupaliwowego zasilanego CNG. Podstawowym celem pracy było wskazanie jak sposób podziału dawki inicjującej wpływa na przebieg procesu spalania, parametry ekonomiczne i ekologiczne silnika oraz określenie możliwości optymalnego doboru sterowania wtryskiem dawki oleju napędowego. Badania pokazały korzystny wpływ podziału dawki (na dwie i trzy pojedyncze dawki) na parametry silnika. Obserwowano wzrost sprawności ogólnej silnika, zmniejszenie stężenia NO x, ciśnień maksymalnych, szybkości narastania ciśnienia, szybkości wydzielania ciepła i temperatur czynnika. Wskazano na możliwości istotnej redukcji emisji NO x przez podział dawki i wydłużanie opóźnienia wtrysku dawek dodatkowych. Słowa kluczowe: zasilanie dwupaliwowe, gaz ziemny, dawka dzielona, szybkość wydzielania ciepła, spalanie 1. Wstęp Podstawowym celem stosowania CNG w silnikach spalinowych jest obniżenie kosztów eksploatacji. W zastosowaniach praktycznych CNG stosuje się zarówno w silnikach o zapłonie iskrowym jak i w silnikach o zapłonie samoczynnym. W silnikach o ZI, CNG ze względu na swoje podobieństwo parametrami fizyko-chemicznymi do benzyn (liczba oktanowa, kinetyczny mechanizm spalania) ulega zapłonowi w sposób charakterystyczny dla tego typu silników, od wytworzonej iskry zapłonowej. W silniku o ZS, ze względu na małą liczbę cetanową i wysoką temperaturę samozapłonu CNG, do zapłonu mieszaniny powietrza i gazu ziemnego wykorzystuje się wtrysk niewielkiej ilości oleju napędowego, której zadaniem jest wytworzenie ognisk samozapłonu do inicjacji spalania [1, 2, 9]. W literaturze, zasilany w ten sposób silnik nosi nazwę silnika dwupaliwowego z inicjującą dawką oleju napędowego [1, 2, 3, 4]. Dla minimalizacji kosztów eksploatacji zasadnym jest stosowanie możliwie najmniejszych dawek inicjujących ON. Rozwiązanie to sprawdza się dla silników stacjonarnych pracujących ze stałym, bliskim maksymalnemu, obciążeniem [1, 2, 9]. Dla silników trakcyjnych, które w przeważającej części pracują w zakresie małych i średnich obciążeń takie założenia regulacyjne nie są optymalne [3, 4, 5, 6, 9]. W silniku dwupaliwowym spalanie oleju napędowego (ON) inicjuje zapłon obecnej w komorze spalania mieszaniny gaz-powietrze. W przypadku wtrysku jednoczęściowej dawki inicjującej oleju napędowego spalanie obydwu paliw rozpoczyna się jednocześnie, a dalszy jego przebieg jest zależny od proporcji energii dostarczonej wraz z paliwem ciekłym i gazowym [1, 3, 9]. W przypadku małych dawek inicjujących tylko niewielka część mieszaniny gaz-powietrze jest objęta strumieniem wtryśniętego oleju napędowego. Zmniejszona koncentracja tlenu oraz bezpośrednie sąsiedztwo ognisk samozapłonu w strefie objętej przez strugę paliwa ciekłego sprzyjają jej szybkiemu spalaniu. Na zewnątrz tej strefy mieszanina gaz-powietrze jest mocno zubożona co znacznie pogarsza warunki jej spalania [3, 9]. Obserwowany przebieg wydzielania ciepła jest w swej początkowej fazie bardzo intensywny, a w miarę wzrostu obciążenia silnika ulega znacznemu wydłużeniu [8]. Silnik pracujący w takich warunkach osiąga wysokie wartości przyrostu ciśnienia co przekłada się bezpośrednio na wysokie ciśnienia maksymalne obiegu oraz wysokie średnie tempera- 879

tury. Objawia się to głośną pracą silnika, podwyższoną toksycznością spalin w zakresie NO X oraz może sprzyjać jego mniejszej trwałości. W szczególności dotyczy to silnika pracującego w zakresie małych i średnich obciążeń (spalanie mieszaniny gaz-powietrze przy dużym nadmiarze powietrza). Powiększenie dawki inicjującej oleju napędowego oraz zachowanie jej jednoczęściowego charakteru powoduje, że proces wydzielania ciepła przebiega niemal analogicznie jak dla tradycyjnie zasilanego silnika o ZS [3, 9]. Dopiero wprowadzenie parametrów regulacyjnych pracy wtryskiwacza ON, takich jak podział sygnału sterującego na dwie lub więcej części, pozwala w dowolny sposób kształtować szybkość wydzielania ciepła [3, 5-7]. Ponieważ przebieg procesu spalania, a szczególnie szybkość wydzielania ciepła, determinuje parametry zewnętrzne pracy silnika, istnieje możliwość kształtowania go w taki sposób, aby spełnić stawiane kryteria w każdym zakresie pracy silnika. W artykule przedstawiono wybraną analizę wpływu regulacji pracy wtryskiwacza ON na parametry spalania w silniku dwupaliwowym w pełnym zakresie obciążeń pracy silnika. 2. Cel, zakres i obiekt badań Praktycznym celem omawianych badań było określenie warunków regulacji układu wtryskowego ON (wielkość i podział dawki inicjującej ON), dla których uzyskuje się możliwie najwyższą sprawność silnika zasilanego głównie CNG. Obiektem badań był jednocylindrowy silnik badawczy SB3.1 z wtryskiem bezpośrednim o pojemności 1848 cm 3, wyposażony w układ zasilania olejem napędowym typu Common Rail z elektromagnetycznymi wtryskiwaczami drugiej generacji. Dane techniczne silnika przedstawiono w tabeli 1,a widok stanowiska badawczego na rys. 1. Badania doświadczalne zostały poprzedzone analizami symulacyjno-numerycznymi procesów spalania dla różnych strategii wtrysku wielofazowego dawki inicjującej ON, uwzględniających sposób podziału i wielkość dawki. Pozwoliło to na sformułowanie wniosku (motto badań), że istnieje możliwość dobrania takiej regulacji wtrysku oleju napędowego, przy której uzyskuje się wysoką sprawność silnika dwupaliwowego, porównywalną do silnika zasilanego tradycyjnie. Table 1. Technical data of the SB3.1 engine Tabela 1. Dane techniczne silnika SB3.1 Number of cylinders/ Liczba cylindrów 1 Bore/ Średnica cylindra 127 mm Stroke/ Skok tłoka 146 mm Displacement volume/ Objętość skokowa 1848 cm 3 Compression ratio/ Stopień sprężania 15,8 Rated power / Moc znamionowa Engine speed of rated power/ Prędkość obrotowa mocy znamionowej Type of combustion chamber/ Typ komory spalania Injection system of initial dose/ Układ wtryskowy dawki inicjującej Diesel oil injector, produced by Bosch/ Wtryskiwacz ON firmy Bosch CNG injection system / Układ wtryskowy CNG Injector of gas, produced by Bosch/ Wtryskiwacz gazu Bosch Injection pressure of gas/ Ciśnienie wtrysku gazu 22,8 kw 22 rpm obr/min Direct injection to toroidal chamber in piston crown Wtrysk bezpośredni do toroidalnej komory w tłoku Common Rail, produced by Bosch Common Rail f-my Bosch 986435 4 9 IC F465 151 72 1 MPa Schemat podziału dawki i parametrów regulacyjnych przedstawiono na rys. 2. Zadane wielkości sterowania w jednostkach kątowych po przeliczeniu przez sterownik na jednostki czasowe podawane były do wtryskiwacza układu common rail. Przeprowadzone badania obejmowały pomiary parametrów procesu spalania, osiągów silnika oraz zawartości toksycznych składników w spalinach w ustabilizowanych warunkach pracy, przy różnych obciążeniach i różnych prędkościach obrotowych. Parametrami regulacyjnymi układu wtryskowego był sposób podziału sygnału elektrycznego wyzwalającego otwarcie wtryskiwacza dawki inicjującej ON (realizacja wtrysku wielofazowego) do których należą: - czas trwania sygnału elektrycznego dla każdej z części dawki d 1, d 2, d 3, - czas przerwy pomiędzy sygnałami elektrycznymi t 1, t 2, - ogólna dawka ON określana jako procent ilości energii wykorzystanej do zasilania silnika. Fig. 2. Scheme of multiple injection of pilot dose Diesel oil Rys. 2. Schemat parametrów regulacyjnych wielofazowego wtrysku dawki inicjującej ON 88

a) b) c) d) Fig. 1. General view of the test bed: a) view of the bed, b) common rail and Diesel oil injector, c) indicator system, d) CNG injector Rys. 1. Widok stanowiska badawczego: a) widok ogólny stanowiska, b) szyna paliwowa i wtryskiwacz, c) układ do indykowania, d) wtryskiwacze gazu 3. Analiza wyników badań Ze względu na obszerność przeprowadzonych badań w artykule przedstawiono jedynie wybrane fragmenty nawiązujące do sformułowanego wcześniej motta badań. Analiza wyników dotyczy badań przeprowadzonych dla wtrysku dawki inicjującej ON, której podział jest symetryczny (sygnał elektryczny czasu otwarcia wtryskiwacza dla pierwszej części dawki inicjującej jest taki sam jak dla części drugiej), natomiast zmianie ulega długość czasu przerwy pomiędzy sygnałami. Jest ona określona jako ilość stopni obrotu wału korbowego i wynosi odpowiednio 1 OWK i 15 OWK. Zmieniano również wielkość dawki ON. Ze względu na parametry konstrukcyjne układu wtryskowego oraz wielkość obiektu badań (duża pojemność skokowa) dawkę inicjującą ustalono jako 3 [mm 3 /cykl] i 4 [mm 3 /cykl]. W zależności od obciążenia silnika w badaniach stanowiło to 33% 67% ogólnej ilości energii dostarczanej do silnika W artykule pominięto analizy zmiany kąta wyprzedzenia wtrysku, który niewątpliwie jest ważnym parametrem regulacyjnym układu wtryskowego, szczególnie w funkcji prędkości obrotowej. Z tego też powodu przedstawione wyniki dotyczą prędkości obrotowej wału silnika wynoszącej 14 [obr/min], dla których optymalna wartość ww =22 o OWK została ustalona w odrębnych badaniach. Ze względu na przejrzystość i interpretację otrzymanych wyników zrezygnowano również z przedstawienia wyników badań obejmujących zmiany ciśnienia wtryskiwanej dawki inicjującej ON. Parametr ten ze względu na jakość tworzonej mieszaniny palnej również ma istotny wpływ na przebieg procesu spalania oraz szybkość przejmowania ciepła przez czynnik roboczy. W artykule wykorzystano badania, dla których wartość ciśnienia wtrysku była stała i wynosiła 7 [MPa]. 3.1. Wpływ parametrów regulacyjnych układu wtryskowego dawki inicjującej ON na długość procesu spalania Na rys. 3 przedstawiono długość procesu spalania zdefiniowaną w badaniach przez punkt początku wydzielania ciepła oraz punkt końca przejmo- 881

wania ciepła przez czynnik. Punkt początku wydzielania ciepła wyznaczano przez poszukiwanie punktu przegięcia krzywej ciśnienia. Za punkt końca przejmowania ciepła przez czynnik przyjmowano równość wykładnika adiabaty κ i chwilowego wykładnika politropy rozprężania m r. Kąt wyprzedzenia dawki inicjującej wtrysku był ustalony i wynosił 22 OWK przed GMP. Z przedstawionych danych doświadczalnych wynika, że podział dawki inicjującej ON w zakresie małych i średnich obciążeń silnika w nieznaczny sposób wpływa na długość procesu spalania, a jego wpływ staje się zauważalny wraz ze wzrostem obciążenia silnika przy zwiększającym się udziale dawki inicjującej. α sp [ OWK] 7 6 5 4 3 2 1 Dawka dzielona 5%-5% (1 OWK) Dawka dzielona 5%-5% (15 OWK) 25 [Nm] 5 [Nm] 75 [Nm] 1 [Nm] α sp [ OWK] 7 6 5 4 3 2 1 Dawka dzielona 5%-5% (1 OWK) Dawka dzielona 5%-5% (15 OWK) 4 [Nm] 5 [Nm] 75 [Nm] 1 [Nm] Fig. 3. Angle of combustion for doses 3 mm 3 /cycle (left) and 4 mm 3 /cycle (right) Rys. 3. Kąt spalania dla dawek 3 mm 3 /cykl (lewy) i 4 mm 3 /cykl (prawy) 3.2. Wpływ parametrów regulacyjnych układu wtryskowego dawki inicjującej ON na szybkość wydzielania ciepła. W całym zakresie obciążeń silnika symetryczny dwufazowy podział sygnału sterującego zmniejsza maksymalne szybkości wydzielania ciepła. Zakres tych zmian jest jednak ściśle uwarunkowany wielkością dawki inicjującej ON i obciążenia silnika. Najmniejsze wartości szybkości wydzielania ciepła obserwowano dla małych wielkości dawek inicjujących (3 mm 3 /cykl). Jednocześnie maksymalne wartości szybkości wydzielania ciepła występują później względem GMP niż dla jednofazowego sygnału sterującego. Opóźnienie to powiększa się wraz ze wzrostem przerwy pomiędzy sygnałami sterującymi i osiąga największe wartości w zakresie niskich obciążeń silnika. Natomiast wraz ze wzrostem obciążenia maksymalne wartości szybkości wydzielania ciepła przesuwają się bliżej GMP.. 882

Fig. 4. Comparison of heat release rate dq/dα for pilot dose 3 mm 3 /cycle Rys. 4. Porównanie szybkości wydzielania ciepła dq/dα dla dawki 3 mm 3 /cykl Wzrost dawki inicjującej ON do 4 mm 3 /cykl w znaczący sposób przyspiesza kąt występowania maksymalnych szybkości wydzielania ciepła przy zachowaniu jego małych wartości. Tylko dla zakresu średnich obciążeń przy realizacji długiej przerwy pomiędzy sygnałami sterującymi kąt ten pozostaje znacznie opóźniony. dq max /dα [MJ/kmol OWK] 24 2 16 12 8 4 Dawka dzielona 5%-5% (1 OWK) Dawka dzielona 5%-5% (15 OWK) 25 [Nm] 5 [Nm] 75 [Nm] 1 [Nm] Przebiegi szybkości wydzielania ciepła dla dawki inicjującej ON wynoszącej 3 mm 3 /cykl przedstawia rysunek 4. Syntetycznie zebrane wielkości szybkości wydzielania ciepła oraz odpowiadające im kąty przedstawiono na rysunku 5. dq max /dα [MJ/kmol OWK] 24 2 16 12 8 4 Dawka dzielona 5%-5% (1 OWK) Dawka dzielona 5%-5% (15 OWK) 4 [Nm] 5 [Nm] 75 [Nm] 1 [Nm] Dawka dzielona 5%-5% (15 OWK) Dawka dzielona 5%-5% (1 OWK) Dawka dzielona 5%-5% (15 OWK) Dawka dzielona 5%-5% (1 OWK) 1 [Nm] 75 [Nm] 5 [Nm] 25 [Nm] 1 [Nm] 75 [Nm] 5 [Nm] 4 [Nm] -4 4 8 12 α dqmax [ OWK] -4 4 8 12 α dqmax [ OWK] Fig. 5. Comparison of maximal heat release rate and corresponding crank angle for pilot dose 3 mm 3 /cycle (left) and 4 mm 3 /cycle (right) Rys. 5. Porównanie maksymalnej szybkości wydzielania ciepła i odpowiadającego im kąta dla dawek 3 mm 3 /cykl(rys. lewy) i 4 mm 3 /cykl (rys. prawy) 883

3.3. Wpływ parametrów regulacyjnych układu wtryskowego dawki inicjującej ON na maksymalne ciśnienia i temperatury czynnika roboczego Zmniejszona dynamika wydzielania ciepła bezpośrednio przekłada się na szybkość przyrostu ciśnienia dp/dα w czasie spalania. Dla symetrycznego dwufazowego podziału sygnału sterującego przyrost ciśnienia jest znacznie mniejszy niż dla sygnału jednofazowego i maleje wraz ze wzrostem przerwy międzyfazowej przy czym dla małych obciążeń silnika osiąga mniej niż 5% wartości odniesienia (dawka niedzielona). Maksimum przyrostu ciśnienia jest przesunięte względem GMP w kierunku późniejszych kątów. Małe przyrosty ciśnienia przy zachowaniu stałych długości procesu spalania są powodem znacznie mniejszych ciśnień w komorze spalania dla silnika zasilanego według przyjętej koncepcji. Maksymalne wartości ciśnień szczególnie w zakresie małych obciążeń silnika są znacznie przesunięte względem GMP tłoka. Opóźnienie w stosunku do sygnału jednofazowego wynosi odpowiednio 5 OWK i 1 OWK. Dla silnika pracującego z dużym obciążeniem charakter krzywych narastania ciśnienia jakościowo staje się podobny jak dla sygnału jednofazowego. Fig. 6. Comparison of pressure during combustion for various pilot dose division and engine load: 25, 5, 75, 1 Nm Rys. 6. Porównanie ciśnienia podczas spalania dla różnych podziałów dawek i różnego obciążenie silnika: 25, 5, 75, 1 Nm 884

3 25 Dawka dzielona 5%-5% (1 OWK) Dawka dzielona 5%-5% (15 OWK) Wzrost wielkości dawki inicjującej powoduje przyspieszenie procesu spalania. W zakresie małych i średnich obciążeń powoduje też nieznaczny wzrost ciśnień maksymalnych. Natomiast w przypadku dużych obciążeń obserwowane jest obniże- nie wartości maksymalnych. Obserwowane są również niższe średnie wartości temperatur co bezpośrednio wpływa na obniżenie zawartości tlenków azotu w spalinach, rys. 7. 3 25 Dawka dzielona 5%-5% (1 OWK) Dawka dzielona 5%-5% (15 OWK) NO x [ppm] 2 15 1 NO x [ppm] 2 15 1 5 5 4 [Nm] 5 [Nm] 75 [Nm] 1 [Nm] 4 [Nm] 5 [Nm] 75 [Nm] 1 [Nm] Fig. 7. Comparison of NO x concentration in exhaust for pilot dose 3 mm 3 /cycle (left) and 4 mm 3 /cycle (right) Rys. 7. Porównanie stężenia NO x w spalinach dla dawek inicjujących ON 3 mm 3 /cykl i 4 mm 3 /cykl 3.4. Wpływ parametrów regulacyjnych układu wtryskowego dawki inicjującej ON na sprawność silnika. Sprawność.5.4.3.2.1 Dawka dzielona 5%-5% (1 OWK) Dawka dzielona 5%-5% (15 OWK) Analiza sprawności ogólnej silnika podczas przeprowadzonych badań potwierdziła słuszność przyjętej koncepcji sterowania wtryskiem dawki inicjującej ON. Zwiększono sprawność w najbardziej newralgicznym zakresie obciążeń silnika trakcyjnego. Dla małych i średnich obciążeń uzyskano poprawę sprawności ogólnej silnika o 1 3% w stosunku do zasilania jednoczęściową dawką inicjującą ON. Wzrost sprawności uzyskano ponadto w połączeniu z ograniczeniem maksymalnych ciśnień i temperatur czynnika roboczego. Sprawność.5.4.3.2.1 Dawka dzielona 5%-5% (1 OWK) Dawka dzielona 5%-5% (15 OWK) 25 [Nm] 5 [Nm] 75 [Nm] 1 [Nm] 4 [Nm] 5 [Nm] 75 [Nm] 1 [Nm] Fig. 8. Comparison of thermal efficiency for pilot dose 3 mm 3 /cycle (left) and 4 mm 3 /cycle (right) Rys. 8. Porównanie sprawność silnika dla dawek inicjujących ON 3 mm 3 /cykl i 4 mm 3 /cykl 4. Podsumowanie i wnioski 1. Przeprowadzone badania wielofazowego wtrysku dawki inicjującej ON, potwierdziły możliwość zwiększenia sprawności silnika w obszarze małych i średnich obciążeń. Jest to szczególnie istotna zaleta w przypadku trakcyjnych zastosowań silnika spalinowego. 2. Poprzez sterowanie podziałem i wielkością dawki inicjującej ON można w dowolny sposób kształtować przebieg wydzielania ciepła, a w konsekwencji termodynamicznymi parametrami czynnika roboczego. Ograniczenie szybkości narastania ciśnienia oraz jego maksymalnych bezwzględnych wartości powinno w znaczący sposób zwiększyć trwałość elementów roboczych silnika zapewniając jego dłuższy okres 885

międzynaprawczy. Z kolei ograniczenie średnich i maksymalnych temperatur korzystnie wpływa na poziom powstających w trakcie procesu spalania tlenków azotu. 3. Duża liczba parametrów regulacyjnych układu wymaga bardzo starannego opracowania algorytmu sterowania silnika dostosowanego bezpośrednio do obiektu zasilania. Przedstawione wyniki badań pokazują tylko zasadność stosowania tego typu rozwiązań. 4. Autorzy opracowania zdają sobie również sprawę, że algorytm sterowania powinien zostać opracowany na podstawie rzeczywistego dawkowania ON możliwego do określenia tylko w komorze przeznaczonej do indykowania wielkości dawki wtrysku. Dalsze badania prowadzą właśnie w tym kierunku. Nomenclature/Skróty i oznaczenia CNG GMP ww ON Compressed Natural Gas/sprężony gaz ziemny górne martwe położenie tłoka kąt wyprzedzenia wtrysku olej napędowy OWK NO x α sp dq/dα stopień obrotu wału korbowego tlenki azotu kąt spalania szybkość wydzielania ciepła Bibliography/Literatura [1]. Friedeman Z.: Gasmotoren. Vogel Buchverlag, Würzburg, 21. [2]. Matyjasik M.: Aktywizacja procesu spalania mieszaniny gaz-powietrze w silnikach dwupaliwowych przez podział dawki inicjującej oleju napędowego. Praca doktorska, Bielsko-Biała 212. [3]. Stelmasiak Z., Larisch J., Gilowski T., Matyjasik M.: The optimization of combustion process in a dual fuel engine with Common Rail and gas injection systems, International Congress on Combustion Engines PTNSS KONGRES-27 THE DEVELOP- MENT OF COMBUSTION ENGINES, 27. [4]. Pietras D.: Evaluation the sound pressure level of the small CI engine. Combustion Engines SC1 (Powertrain, Design, Ecology&Diagnostics) 29, str. 24-27. Mr Tomasz Gilowski, MSc., Assistant in the Faculty of Mechanical Engineering at University of Bielsko-Biała. Mgr inż. Tomasz Gilowski asystent na Wydziale Budowy Maszyn i Informatyki Akademii Techniczno-Humanistycznej w Bielsku-Białej. [5]. Pietras D., Gilowski T., Knefel T.; A program to analyze the combustion process in diesel engine, Combustion engines No. 3/211 (146), ISSN 138-346. [6]. Pietras D.; Evaluation of the fuel dose distribution on the combustion process in a small diesel engine, Combustion engines No. 3/211 (146), ISSN 138-346. [7]. Kowalewicz A. Podstawy procesów spalania. WNT Warszawa 2. [8]. Stelmasiak Z.: Studium procesu spalania gazu w dwupaliwowym silniku o zapłonie samoczynnym zasilanym gazem ziemnym i olejem napędowym, Wydawnictwo ATH w Bielsku-Białej, Rozprawy naukowe Nr 5, Bielsko Biała, 23. Mr Zdzisław Stelmasiak, DSc., DEng. Professor in the Faculty of Mechanical Engineering at University of Bielsko-Biała Dr hab. inż. Zdzisław Stelmasiak. profesor na Wydziale Budowy Maszyn i Informatyki Akademii Techniczno-Humanistycznej w Bielsku-Białej. 886