CNG injector bench tests of a direct injection system

Podobne dokumenty
Badania stanowiskowe koncepcji wtryskiwacza wodorowego

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

2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych

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

1. Wprowadzenie 1.1. Krótka historia rozwoju silników spalinowych

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

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

Test stand for long-term testing in extreme thermal conditions pulse gas injectors

OKREŚLENIE WPŁYWU WYŁĄCZANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI NA ZMIANY SYGNAŁU WIBROAKUSTYCZNEGO SILNIKA

Wymagania edukacyjne Technologia napraw zespołów i podzespołów mechanicznych pojazdów samochodowych

SAMOCHODY ZASILANE WODOREM

The study of hydrogen and gasoline mixtures combustion in a spark-ignition engine

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

Biogas buses of Scania

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

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 4(100)/2014

LABORATORIUM SILNIKÓW SPALINOWYCH Materiały pomocnicze

Drgania głowicy silnika wysokoprężnego zasilanego dwupaliwowo

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

Badania modelowe układu zasilania wodorem silnika z zapłonem iskrowym

SŁAWOMIR LUFT, TOMASZ SKRZEK *

STANOWISKO BADAWCZE WTRYSKOWYCH UKŁADÓW COMMON RAIL ZASILANYCH PALIWAMI RÓŻNEGO TYPU

Wykorzystanie LNG do zasilania pojazdów mechanicznych. Rafał Gralak

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 3(89)/2012

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

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

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

Układy zasilania samochodowych silników spalinowych. Bartosz Ponczek AiR W10

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

Control of the injected fuel charge in the common rail system using the LabVIEW environment

CHARAKTERYSTYKI PRACY SILNIKA HCCI ZASILANEGO BIOGAZEM

The model of pulse injector opening lag time

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

ZESZYTY NAUKOWE NR 10(82) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

Strength analysis of CNG injector for direct supply system of the diesel engine

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

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

PTNSS 2013 SC Wstęp. Tomasz GILOWSKI Zdzisław STELMASIAK

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

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

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

5 05: OBWODY ELEKTRYCZNE UKŁADÓW ROZRUCHU I ZASILANIA SILNIKA SPALINOWEGO, WYKONYWANIE POMIARÓW I OCENA STANU TECHNICZNEGO.

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

Pytania na egzamin dyplomowy specjalność SiC

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

Najnowszy system dual fuel dla silników o zapłonie samoczynnym Stworzony całkowicie od podstaw z automatyczną kalibracją i korektą wtrysku gazu

Keywords: diesel engine, injection, fuel atomization, vibroacoustic methods

Perspektywy wykorzystania CNG w polskim transporcie

INFLUENCE OF POWERING 1104C PERKINS WITH MIXTURE OF DIESEL WITH THE ADDITION OF THE ETHANOL TO HIS SIGNS OF THE WORK

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

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

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

Równomierność dawkowania oleju napędowego w silnikach dwupaliwowych

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(88)/2012

The algorithm of determination of injection time in from cycle to cycle control GDI engine *) Algorytm generowania czasu wtrysku

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 3(99)/2014

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

Theoretical analysis of a hydrogen support for the combustion in an automotive engine

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

ABC UŻYTKOWANIA WTRYSKIWACZY WGs

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

Effect of calibration method on gas flow through pulse gas injector: Simulation tests

WPŁYW PODAWANIA WODORU NA POZIOM ZADYMIENIA SPALIN SILNIKA SAMOCHODOWEGO

BADANIE PROCESÓW SPALANIA OLEJU NAPĘDOWEGO ORAZ BIOPALIW RZEPAKOWYCH

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

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

IMPACT OF FUEL APPLICATIONS MICROEMULSION THE HYDROCARBON -ESTER - ETHANOL INDICATORS FOR EFFECTIVE WORK ENGINE PERKINS C -44

Some problems of controlling the cars diesel engine powered dual fuel

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

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

The study of derived cetane number for ethanol-diesel blends

PROTOTYPOWY SILNIK DWUPALIWOWY ZASILANY GAZEM CNG I OLEJEM NAPĘDOWYM

Zespół Szkół Samochodowych w Bydgoszczy

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

Euro Oil & Fuel Biokomponenty w paliwach do silników Diesla wpływ na emisję i starzenie oleju silnikowego

ZESZYTY NAUKOWE NR 5(77) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE. Wyznaczanie granicznej intensywności przedmuchów w czasie rozruchu

ANALIZA PORÓWNAWCZA WYBRANYCH CZASÓW WTRYSKU WIELOCZĘŚCIOWEJ DAWKI PALIWA COMPARATIVE ANALISYS OF CHOSEN INJECTION TIMES OF MULTIPARTIAL FUEL DELIVERY

INSTRUKCJE DO ZAJĘĆ LABORATORYJNYCH SILNIKI SPALINOWE I PALIWA

CHARAKTERYSTYKA PRACY SILNIKA BENZYNOWEGO ZASILANEGO E85

Streszczenie. Abstract

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

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

INVESTIGATION OF THE WIDEBAND SI LAMBDA CONTROLLING SYSTEM

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

Mechanika i Budowa Maszyn Studia pierwszego stopnia

ELASTYCZNOŚĆ SILNIKA ANDORIA 4CTI90

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(97)/2014

The effect of performance parameters of dual fuel CI engine on its vibroacoustical activity

Zespól B-D Elektrotechniki

Opisy kodów błędów.

STEROWANIE WTRYSKIEM PALIWA GAZOWEGO W UKŁADZIE MASTER-SLAVE

The impact of supply pressure on gas injector expenditure characteristics

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

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

Transkrypt:

Article citation info: SOCHACZEWSKI R. et al. CNG injector bench tests of a direct injection system. Combustion Engines. 2015, 162(3), 442-448. ISSN 2300-9896. Rafał SOCHACZEWSKI Mirosław WENDEKER Grzegorz BARAŃSKI Adam MAJCZAK PTNSS 2015 3369 CNG injector bench tests of a direct injection system This paper presents the bench research results on a CNG injector at steady state. The quantities measured included voltage and current in a solenoid, pressure of gas behind an injector and injector s flow rate. Accordingly, injector s operation parameters were determined according to needle s lift and injection pressure. The discrepancies between the theoretical (electric) and actual time of injection were defined to specify injector s opening and closing lag times and the uniqueness of these values in successive cycles of gas injection. It has been demonstrated that needle s lift has got a stronger impact on injector s operating parameters than injection pressure. With increasing injection pressure, the force increases and closes an injection valve, which adversely affects uniqueness of injector s operation. The paper also describes the concept of an injector dedicated to direct CNG injection into a combustion chamber in a dual-fuel engine. The injector s design enables us to replace 80% of diesel fuel in a dual-fuel engine with a maximum power of 85 kw. Minimum injection pressure is 1,4 MPa then. Simultaneously, injector s characteristics for varied needle s lifts and injector s nonlinear operating points were developed. Key words: CNG injector, direct injection, Diesel engine Stanowiskowe badania wtryskiwacza bezpośredniego wtrysku CNG Artykuł zawiera wyniki badań stanowiskowych wtryskiwacza sprężonego gazu ziemnego (CNG). Badania wykonano na stanowisku badawczym w warunkach ustalonych. W trakcie badań mierzono napięcie i natężenie prądu w obwodzie cewki elektromagnetycznej, ciśnienie gazu za wtryskiwaczem oraz jego wydatek. Na podstawie otrzymanych wartości wyznaczono parametry pracy wtryskiwacza w zależności od wzniosu iglicy i ciśnienia wtrysku. Badania pozwoliły zdefiniować różnice między teoretycznym (elektrycznym) a rzeczywistym czasem wtrysku. W efekcie wyznaczono opóźnienia otwierania i zamykania wtryskiwacza oraz niepowtarzalności tych wartości w kolejnych cyklach wtrysku gazu. Wykazano większy wpływ wzniosu iglicy w porównaniu do ciśnienia wtrysku na badane parametry pracy wtryskiwacza. Wraz ze zwiększaniem ciśnienia wtrysku wzrasta siła domykając zawór wtryskowy co niekorzystnie wpływa na niepowtarzalność pracy wtryskiwacza. W artykule przedstawiono również koncepcję wtryskiwacza przeznaczonego do bezpośredniego wtrysku gazu CNG do komory spalania silnika dwupaliwowego. Opracowana konstrukcja wtryskiwacza zapewni zastąpienie do 80% oleju napędowego w silniku dwupaliwowym o mocy maksymalnej 85 kw. Minimalne ciśnienie wtrysku wynosi 1,4 MPa. Jednocześnie wyznaczono charakterystykę wtryskiwacza dla różnych wzniosów iglicy i nieliniowe punkty pracy wtryskiwacza. Słowa kluczowe: wtryskiwacz gazu CNG, wtrysk bezpośredni, silnik o zapłonie samoczynnym 1. Wstęp Silnik o zapłonie samoczynnym są powszechnie stosowane w pojazdach samochodowych (osobowych, użytkowych i ciężarowych) ciągnikach, urządzeniach stacjonarnych oraz statkach morskich i powietrznych. W porównaniu do silników o zapłonie iskrowym posiadają większą sprawność oraz generują maksymalny moment obrotowy w niższym zakresie prędkości obrotowych. Posiadają również wiele wad, jedną z głównych jest emisja cząstek stałych i skomplikowane układy oczyszczania spalin. Pojazdy z tymi silnikami w głównej mierze wykorzystywane są przez firmy świadczące usługi transportowe. Koszty prowadzenia przedsiębiorstwa transportowego definiują ceny paliw, które stanowią około 37% całej struktury kosztów. Jednym z rozwiązań zaistniałej sytuacji jest zastąpienie całkowite lub częściowe oleju napędowego paliwem gazowym. W przypadku silników o zapłonie samoczynnym istnieją dwa podejścia do zasilania ich paliwem alternatywnym. W pierwszym rozwiązaniu następuje modernizacja silnika do realizacji obiegu o zapłonie iskrowym [6, 7]. Koszty sprawiają że rozwiązanie jest ekonomicznie nieopłacalne. W drugim rozwiązaniu silnik o zapłonie samoczynnym pracuje w układzie dwupaliwowego zasilania [8, 9, 10]. Zapłon paliwa alternatywnego następuje od dawki inicjującej oleju napędowego. Paliwo gazowe najczęściej podawane jest do układu dolotowego silnika. W efekcie uzyskiwana jest jednorodna mieszanka w całej objętości cylindra, co skutkuje przepływem części mieszanki do układu wylotowego oraz niedopalanie paliwa 442

w przestrzeniach poza komorą spalania. Czynniki te wywołują zwiększoną emisję niespalonych węglowodorów. Wyeliminowanie wad układów pośredniego działania zapewnia podanie paliwa gazowego bezpośrednio do komory spalania. Rozwiązanie umożliwi uwarstwienie mieszanki co wiąże się ze wzrostem ekwiwalentu energetycznego paliwa alternatywnego. W rozwiązaniu zaproponowano umieszczenie wtryskiwacza CNG w miejscu montażu świecy żarowej. Zawór wtryskiwacza znajduje się bezpośrednio w komorze spalania, natomiast elementy mechaniczne i elektromagnetyczne oddalone są od komory spalania i połączone długim łącznikiem. Proces spalania oraz natężenie emisji składników spalin silnika zależy od wielu czynników. W przypadku silników o sterowaniu jakościowym mieszanki jednym z nich jest proces wtrysku paliwa. Warunkuje on przebieg powstawania mieszaniny palnej. Zasadniczym elementem wykonawczym układu paliwowego jest wtryskiwacz decydujący zarówno o masie podanego paliwa oraz jakości i rozmieszczeniu mieszanki palnej w komorze spalania. Prace naukowe w głównej mierze skupiają się na badaniach wtryskiwaczy paliwa ciekłego. Badaniom poddawane są między innymi nieliniowość charakterystyk dawkowania paliwa [1]. Nieliniowość jest niekorzystnym zjawiskiem zwłaszcza przy krótkich czasach wtrysku i wymaga wprowadzenia skomplikowanych funkcji. Bezwładność ruchomych elementów wywołuje opóźnienia rzeczywistego ruchu elementu zaworowego w porównaniu do sterującego impulsu elektrycznego [2, 3]. Opóźnienia te mają istotny wpływ na chwilę podania paliwa a tym samym i na proces rozkładu mieszanki. Kolejnym czynnikiem są warunki pracy wtryskiwacza do których zaliczamy rodzaj paliwa, ciśnienie wtrysku, napięcie zasilania itp. [4]. W odniesieniu do wtryskiwaczy paliwa gazowego badania dotyczą głowie wpływu zmiany rodzaju paliwa na moc i emisję składników spalin silnika [5]. Zastąpienie 80 % oleju napędowego paliwem gazowym sprawia że paliwo CNG staje się paliwem głównym. Proces spalania i natężenie emisji składników splin zależeć będzie w głównej mierze od paliwa gazowego. Proces wtrysku CNG ma więc wpływ na rozmieszczenie mieszanki palnej w komorze spalania oraz na ilość wtryśniętego paliwa. Dokładność dawkowania paliwa przez wtryskiwacz zależy do konstrukcji wtryskiwacza i parametrów elektrycznych sterowania zespołu elektromagnetycznego. Jest to tym istotniejsze że gaz wtryskiwany będzie po zamknięciu zaworu dolotowego do chwili wzrostu ciśnienia w komorze ograniczając przepływ gazu. W celu określenia tych parametrów wykonano badania stanowiskowe wtryskiwacza bezpośredniego wtrysku CNG. Artykuł zawiera wyniki parametrów pracy wtryskiwacza: czasu opóźnienia otwarcia i zamknięcia wtryskiwacza, jego wydatku w zależności od ciśnienia pracy i wzniosu zaworu wtryskowego. 2. Obiekt badań Obiektem badań jest wtryskiwacz bezpośredniego wtrysku gazu do komory spalania (rys. 1). Został specjalnie opracowany z przeznaczeniem zasilania w układzie dwupaliwowym silnika o zapłonie samoczynnym. Wtryskiwacz składa się z korpusu cewki elektromagnetycznej (1), korpusu dolnego (2) i korpusu iglicy (3). Przez te elementy współosiowo umieszczono iglicę (4) wraz z zaworem wtryskowym (5). W górnej części iglica połączona jest ze zworą elektromagnetyczną (7). Zmianę wzniosu iglicy umożliwiają podkładki regulacyjne (10) umieszczone pomiędzy korpusem dolnym i korpusem iglicy. Szczelność zaworu wtryskowego zapewnia sprężyna (8) umieszczona pod zworą elektromagnetyczną. Wtryskiwacz zamyka korpus górny (6). Rys. 1. Wtryskiwacz CNG, 1 korpus cewki elektromagnetycznej, 2 korpus dolny, 3 korpus iglicy, 4 iglica, 5 zawór wtryskowy, 6 korpus górny, 7 zwora elektromagnetyczna, 8 sprężyna, 9 wlot gazu, 10 podkładki regulacyjne. Fig. 1. CNG injector, 1 electromagnetic coil body, 2 lower body, 3 needle body, 4 needle, 5 needle valve, 6 lower body, 7 armature plate, 8 spring, 9 gas inlet, 10 regulation shims. Badania eksperymentalne wykonano na opracowanym stanowisku badawczym wtryskiwaczy gazu (rys. 2). W skład stanowiska wchodzą układ pneumatyczny doprowadzenia i odprowadzenia czynnika, elektroniczny układ sterowania i układ pomiarowy. Schemat blokowy przedstawiono na rysunku 3. Ze względów bezpieczeństwa badania wykonywano z zastosowaniem sprężonego powietrza. Część pneumatyczna zbudowana jest z: elementów wysokociśnieniowych: zasobników powietrza, 443

układu przygotowania powietrza odpowiedzialny za załączanie i wyłączanie dopływu powietrza, oczyszczanie i osuszanie powietrza, redukcję dwustopniową ciśnienia (pierwszy stopień z 15 do 1,6 MPa, drugi stopień z 1,6 MPa do ciśnienia wtrysku) za pomocą regulatorów mechanicznych, elementów niskociśnieniowych: układ tłumiący pulsacje ciśnienia na zasilaniu wtryskiwacza, szyny paliwowej, adaptera wtryskiwacza i układu tłumiącego pulsacje ciśnienia przed układem pomiarowym. elementy pomiarowe: czujniki ciśnienia i temperatury. Rys. 2. Stanowisko badawcze Fig. 2. Gas injector test bench Rys. 3. Schemat stanowiska Fig. 3. Scheme of test bench Stanowisko wyposażono w laboratoryjną jednostkę sterującą której zadaniem było sterowanie i monitorowanie parametrów układu. W tym celu opracowano programy (rys. 4) który zapewniał: monitorowanie parametrów układu: ciśnienia i temperatury w części doprowadzenia czynnika roboczego, pomiar wydatku wtryskiwacza, załączenie elektrozaworów, sterowanie parametrami pracy wtryskiwacza gazu: czas ciągłego załączenia wtryskiwacza, wartość i częstotliwość pierwszego i drugiego stopnia PWM, czas wtrysku, wyzwolenie jednego lub z określoną częstotliwością sygnału sterującego pracą wtryskiwacza. Rys. 4. Interfejs użytkownika Fig. 4. User interface W trakcie badań rejestrowano: napięciowy sygnał sterujący wtryskiwacza, natężenie prądu w cewce wtryskiwacza, ciśnienie gazu w adapterze za wtryskiwaczem i masowy wydatek wtryskiwacza. Ciśnienie gazu za wtryskiwaczem mierzono za pomocą czujnika MPX 4250A. Wydatek wtryskiwacza określono z użyciem czujnika przepływu gazu Bronkhorst F-111AC-70K-AAD-33-V. Natężenie prądu w cewce wtryskiwacza mierzono sondą prądową Tektronix TCP305 wraz z wzmacniaczem Tektronix TCPA300. Napięcie w obwodzie wtryskiwacza mierzono bezpośrednio. Akwizycję sygnałów pomiarowych realizowano za pomocą układu składającego się z podstawy montażowej National Instruments CompactDAQ 9172 wraz z kartami pomiarowymi NI 9215 i notebooka z oprogramowaniem rejestracji i obróbki danych. Rejestrację danych wykonano z częstotliwością 100 khz i rozdzielczością 16-bit. Oprogramowanie do analizy wyników badań umożliwia wyznaczenie średniego przebiegu z wyżej wymienionych wartości z kolejnych cykli pracy wtryskiwacza. Pozwala również na określenie opóźnienia otwierania i zamykania wtryskiwacza (rzeczywiste otwarcie wtryskiwacza), czasu wtrysku (trwanie sygnału elektrycznego) oraz maksymalnego natężenia prądu w cewce wtryskiwacza. Oba programy wykonano w środowisku LabView 8.1 NI. Ze względów bezpieczeństwa badania wykonano z zastosowaniem sprężonego powietrza. W celu określenia wydatku wtryskiwacza jaki uzyskano by przy zasilaniu CNG wyznaczono współczynnik korekcyjny. Uwzględnia on różnicę gęstości oraz krytycznych prędkości przepływu powietrza i CNG. Badania przeprowadzono w następujących warunkach: ciśnienie wtrysku 1,0 1,4 MPa, co 0,1 MPa, wznios iglicy wtryskiwacza 0,1 0,8 mm, co 0,1 mm, 444

czas otwarcia wtryskiwacza max 7 ms. Dla każdego ciśnienia wtrysku zmieniano wznios iglicy wtryskiwacza i rejestrowano parametry wtrysku. 3. Wyniki badań W trakcie badań zarejestrowano ok. 150 kolejnych wtrysków w danym punkcie pomiarowym. Następnie na podstawie przebiegu napięcia, natężenia prądu i ciśnienia za wtryskiwaczem z każdego wtrysku wyznaczono czas wtrysku, opóźnienie otwarcia i zamknięcia wtryskiwacza (rys. 5). Wartości analizowanych parametrów w kolejnych cyklach przedstawiono na rysunku 6. W kolejnym etapie wyznaczono wartości średnie, natomiast ich niepowtarzalność określono przez kowariancję (rys. 11-13). 4. Analiza wyników Badania wykonano we wszystkich punktach pomiarowych. W artykule przedstawiono wydatki wtryskiwacza dla ciśnienia wtrysku 1,0 1,2 i 1,4 MPa dla różnych skoków iglicy wtryskiwacza (rys. 7-9). Na rysunku 10 przedstawiono charakterystykę dawkowania wtryskiwacza dla ciśnienia wtrysku 1,4 MPa w zależności od wzniosu iglicy. Mass flow [mg/ms] 1 8.0 6.0 Q_p MPa h_0.8 1 2 3 4 5 6 Pressure [kpa] 240 200 160 120 t ON t OFF Rys. 7. Wydatek wtryskiwacza dla ciśnienia wtrysku 1,0 MPa w zależności od wzniosu iglicy Fig. 7. Mass flow of the injector for 1,0 MPa pressure, Voltage [V] Current [I] 80 50 40 30 20 10 t inj Mass flow [mg/ms] 1 8.0 Q_p_1.2_MPa 0 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 Time [ms] Rys. 5. Schemat wyznaczenia czasu wtrysku, opóźnienie otwarcia i zamknięcia wtryskiwacza w kolejnym cyklu Fig. 5. Scheme of the injection timing diagram, for the opening and closing delay of the injector in the next cycle t inj t ON 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Rys. 8. Wydatek wtryskiwacza dla ciśnienia wtrysku 1,2 MPa w zależności od wzniosu iglicy Fig. 8. Mass flow of the injector for 1,2 MPa pressure, Set injection time [ms] Opening delay [ms] Closing delay [ms] 3.0 0 20 40 60 80 100 120 140 Next injection [-] t OFF Mass flow [mg/ms] 2 16.0 1 8.0 Q_p_1.4_MPa Rys. 6. Zadany czas wtrysku, opóźnienie otwarcia i zamknięcia wtryskiwacza w kolejnym cyklu Fig. 6. Defined injection time, delay the opening and closing of the injector in the next cycle 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Rys. 9. Wydatek wtryskiwacza dla ciśnienia wtrysku 1,4 MPa w zależności od wzniosu iglicy Fig. 9. Mass flow of the injector for 1,4 MPa pressure, 445

Z analizy wyników wynika, że uzyskanie wydatku wtryskiwacza na poziomie 14 mg/ms jest możliwe przy zastosowaniu ciśnienia wtrysku gazu CNG 1,4 MPa lub więcej dla skoku 0,4 i 0,7 mm. Wydatek taki umożliwi zastąpienie w 80% oleju napędowego gazem w zakresie maksymalnych prędkości obrotowych wału korbowego i maksymalnego obciążenia silnika. Jednocześnie wtryskiwacz w tym punkcie pracy posiada prawie liniową charakterystykę dawkowania (rys. 10). Dla wzniosu iglicy 0,1 0,4 mm nieliniowość dawkowania występuje dla czasu wtrysku do 1,5 ms. Dla wzniosów 0,5 i 0,6 mm dla czasów wtrysku do 2,0 ms. Dla największych wzniosów iglicy charakterystyka wtryskiwacza jest nieliniowa do 3 ms. Nieliniowość dawkowania pojawia się również przy największych wzniosach iglicy (, ) dla czasu wtrysku 5,5 6,5 ms. Wynika to z faktu że maksymalny wznios iglicy ograniczony jest przez sprężynę domykającą a nie kontakt zwory z magnetowodem. Zwiększenie wydatku wtryskiwacza przy jednoczesnym zmniejszeniu ciśnienia wtrysku możliwe jest w wyniku zwiększenia wzniosu iglicy co wymaga niewielkiej modernizacji mocowania zwory elektromagnetycznej na iglicy wtryskiwacza. Mass of gas [mg] 12 8 4 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Q_p_1.4_MPa Rys. 10. Charakterystyka wtryskiwacza dla ciśnienia wtrysku 1,4 MPa w zależności od wzniosu iglicy Fig. 10. Mass of gas for the 1,4 MPa injection pressure, Na kolejnych rysunkach przedstawiono opóźnienie otwierania i zamykania wtryskiwacza w zależności od wzniosu jego iglicy i ciśnienia wtrysku. Przeprowadzając analizę wyników wykazano, że zwiększenie wzniosu iglicy wtryskiwacza skutkuje wzrostem opóźnienia otwierania wtryskiwacza niezależnie od ciśnienia wtrysku gazu (rys. 11). Siła elektromagnetyczna działająca na zworę maleje z kwadratem wzniosu iglicy (odległości zwory od magnetowodu). Analogicznie natężenie prądu w cewce wtryskiwacza wzrasta wraz ze wzniosem iglicy bez względu na ciśnienie wtrysku gazu. Wzrost opóźnienia otwierania dla minimalnych i maksymalnych wzniosów iglicy wynosi średnio ok. 75%. Opóźnienie zamykania wtryskiwacza ulega zmniejszeniu wraz ze wzrostem ciśnienia wtrysku i wzniosu iglicy (rys. 12). Większe ciśnienie wtrysku wymaga większej siły sprężyny domykającej wtryskiwacz co wywołuje skrócenie opóźnienia zamykania średnio o ok. 50% w porównaniu do minimalnych ciśnień wtrysku. Można zaobserwować również większą niepowtarzalność opóźnienia zamykania w porównaniu z opóźnieniem otwierania wtryskiwacza. Zjawisko to nasila się ze wzrostem ciśnienia wtrysku i wzniosu iglicy (rys. 12 i 13). Opening delay [ms] 1.6 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 t_on_h b 1.1 b 1.2 b 1.3 b 1.4 b 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Needle lift [mm] Rys. 11. Opóźnienie otwierania wtryskiwacza w zależności od wzniosu iglicy i ciśnienia wtrysku Fig. 11. Time delayed of opening the injector, depending on needle lift Closing delay [ms] 3.0 2.5 1.5 0.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Needle lift [mm] Rys. 12. Opóźnienie zamykania wtryskiwacza w zależności od wzniosu iglicy t_off_h b 1.1 b 1.2 b 1.3 b 1.4 b Fig. 12. Time delayed of closing the injector, depending on needle lift Closing delay [ms] 3.0 2.5 1.5 0.5 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Injection pressure [MPa] Rys. 13. Opóźnienie zamykania wtryskiwacza w zależności od ciśnienia wtrysku t_off_p h_0.8 Fig. 13. Time delayed of opening the injector, depending on injection pressure 446

5. Wnioski Konstrukcja wtryskiwacza i warunku jego pracy mają bardzo duży wpływ na poprawność dawkowania paliwa. Wynika to z różnicy pomiędzy zadanym czasem wtrysku (czas elektrycznego impulsu sterującego) a rzeczywistym czasem otwarcia wtryskiwacza. Przeprowadzone badania pozwoliły określić opóźnienie otwierania i zamykania wtryskiwacza. Wykazano również nieliniowość dozowania paliwa w pewnych zakresach pracy wtryskiwacza. Dzięki uwzględnieniu tych wartości w algorytmach sterujących możliwe będzie dokładniejsze dawkowanie paliwa. Badania wykazały większy wpływ wzniosu iglicy na wartość opóźnienia otwierania i zamykania wtryskiwacza. Można również zaobserwować Nomenclature/Skróty i oznaczenia CNG Compressed Natural Gas/sprężony gaz ziemny Bibliography/Literatura [1] Brich B., Kubesh J.: Development of a Clean, Efficient, Propane-Fueled Tractor. JSAE/SAE International Spring Fuels & Lubricants Meeting Yokohama, Japan 2003, SAE 2003-01- 1923, JSAE 20030204. 2. Chan A. K.: Ignition Assist Systems for Direct-Injected, Diesel Cycle, Medium-Duty Alternative Fuel Engines, Final Report Phase I. National Renewable Energy Laboratory, NREL/SR-540-27502, Colorado 2002. 3. Papagiannakis R.G., Hountalas D.T.: Combustion and exhaust emission characteristics of a dual fuel compression ignition engine operated with pilot Diesel fuel and natural gas. Energy Conversion and Management 45, 2004, pp. 2971 2987. 4. Ramadhas A.S., Jayaraj S., Muraleedharan C.: Performance and emission studies on biodiesel-liquefied petroleum gas dual fuel engine with exhaust gas recirculation. Journal of Renewable and Sustainable Energy 2, 013109, 2010. 5. Gęca M., Sochaczewski R., Szlachetka M., Wendeker, M.: Mean effective pressure oscillations in an IC-CI Engine with hydrogenrich-gas addition. SAE Technical Paper 2013-01-1687, doi: 10.4271/2013-01-1687. wzrost niepowtarzalności opóźnienia zamykania w porównaniu do opóźnienia otwierania wtryskiwacza. Niepowtarzalność ma tendencję wzrostową wraz ze zwiększaniem ciśnienia wtrysku. Opracowana konstrukcja wtryskiwacza zapewni zastąpienie do 80% oleju napędowego w silniku dwupaliwowym o pojemności skokowej 2,6 dm3 i mocy maksymalnej 85 kw. Minimalne ciśnienie wtrysku wynosi 1,4 MPa. Acknowledgement: This work has been financed by the Polish National Centre for Research and Development, under Grant Agreement No. PBS1/A6/4/2012. PWM Pulse-Width Modulation/ modulacja szerokości impulsu 6. Liu Z., Ouyang G.: Numerical Analysis of Common Rail Electro-Injector for Diesel Engines. Proceedings of the 2009 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation August 9-12, Changchun, China. 7. Haiping Y., Xianyi Q.: The calculation of main parameters of the gasoline engine fuel injection system. International Conference on Computer Application and System Modeling ICCASM 2010. 8. Morselli R., Corti E., Rizzoni G.: Energy Based Model of a Common Rail Injector. Proceeding of the 2002 IEEE International Conference on Control Applications, Glasgow UK 2002. 9. Payri R., Salvador F.J., Gimeno J., De la Morena J.: Influence of injector technology on injection and combustion development. Part 1: Hydraulic characterization, Applied Energy 88 (2011) 1068 1074. 10. Pourkhesalian A.M., Shamekhi A.H., Salimi, F.: Alternative fuel and gasoline in an SI engine: A comparative study of performance and emissions characteristics. Fuel 89 (2010), pp. 1056 1063. 447

Rafał Sochaczewski, PhD, Eng. - doctor in the Faculty of Mechanical Engineering at the Lublin University of Technology dr inż. Rafał Sochaczewski pracownik naukowy na Wydziale Mechanicznym Politechniki Lubelskiej Grzegorz Barański, PhD, Eng. - doctor in the Faculty of Mechanical Engineering at the Lublin University of Technology dr inż. Grzegorz Barański pracownik naukowy na Wydziale Mechanicznym Politechniki Lubelskiej Mirosław Wendeker, Prof. DSc., Ph.DEng. head of the Department of Thermodynamics, Fluid Mechanics and Aviation Propulsion Systems, in the Faculty of Mechanical Engineering at the Lublin University of Technology Prof. dr hab. inż. Mirosław Wendeker kierownik Katedry Termodynamiki, Mechaniki Płynów i Napędów Lotniczych na Wydziale Mechanicznym Politechniki Lubelskiej. Adam Majczak, MEng. post-graduate in the Faculty of Mechanical Engineering at the Lublin University of Technology. mgr inż. Adam Majczak pracownik naukowy na Wydziale Mechanicznym Politechniki Lubelskiej. 448