OPTYMALIZACJA KĄTA WTRYSKU DAWKI OLEJU NAPĘDOWEGO W DWUPALIWOWYM SILNIKU O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM ZASILANYM ALKOHOLEM ETYLOWYM



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

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

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

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

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

SŁAWOMIR LUFT, TOMASZ SKRZEK *

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

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

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

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

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

Drgania głowicy silnika wysokoprężnego zasilanego dwupaliwowo

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 4(100)/2014

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

Wymagania edukacyjne Technologia napraw zespołów i podzespołów mechanicznych pojazdów samochodowych

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

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

ELASTYCZNOŚĆ SILNIKA ANDORIA 4CTI90

SAMOCHODY ZASILANE WODOREM

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(88)/2012

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

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

Analiza drgań skrętnych wału śmigłowego silnika lotniczego PZL-200 podczas pracy z zapłonem awaryjnym

Charakterystyki prędkościowe silników spalinowych

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

1. Wprowadzenie 1.1. Krótka historia rozwoju silników spalinowych

Perspektywy wykorzystania CNG w polskim transporcie

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

WPŁYW ZASILANIA SILNIKA PERKINS 1104C BIOETANOLEM NA EKONOMICZNE I ENERGETYCZNE WSKAŹNIKI JEGO PRACY

2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych

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

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

LABORATORIUM SILNIKÓW SPALINOWYCH Materiały pomocnicze

Biogas buses of Scania

WPŁYW MIESZANIN ETANOLU Z OLEJEM NAPĘDOWYM NA EMISJĘ WYBRANYCH SKŁADNIKÓW SPALIN

LOGITRANS - VII KONFERENCJA NAUKOWO-TECHNICZNA LOGISTYKA, SYSTEMY TRANSPORTOWE, BEZPIECZEŃSTWO W TRANSPORCIE

Pytania na egzamin dyplomowy specjalność SiC

PROTOTYPOWY SILNIK DWUPALIWOWY ZASILANY GAZEM CNG I OLEJEM NAPĘDOWYM

Wydział Mechaniczny. INSTYTUT EKSPLOATACJI POJAZDÓW I MASZYN tel.

Silniki tłokowe. Dr inŝ. Robert JAKUBOWSKI

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

Kongres Innowacji Polskich KRAKÓW

PTNSS 2013 SC Wstęp. Tomasz GILOWSKI Zdzisław STELMASIAK

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

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

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

WPŁYW ZASILANIA SILNIKA ROLNICZEGO MIESZANINĄ OLEJU NAPĘDOWEGO Z BIOBUTANOLEM NA JEGO EFEKTYWNE WSKAŹNIKI PRACY

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(97)/2014

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

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

Metan z procesów Power to Gas - ekologiczne paliwo do zasilania silników spalinowych.

CHARAKTERYSTYKI PRACY SILNIKA HCCI ZASILANEGO BIOGAZEM

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

WPŁYW ZASILANIA SILNIKA PERKINS 1104C BIOETANOLEM NA PRZEBIEG PROCESU WTRYSKU I PODSTAWOWE PARAMETRY ROZPYLANIA

OKREŚLENIE WPŁYWU WYŁĄCZANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI NA ZMIANY SYGNAŁU WIBROAKUSTYCZNEGO SILNIKA

KNOCK COMBUSTION IN DUAL FUEL TURBOCHARGED COMPRESSION IGNITION ENGINES

ZESZYTY NAUKOWE NR 10(82) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE

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

EFFECTS OF APPLICATION OF NEW COMBUSTION SYS- TEM IN A COMMERCIAL SPARK IGNITION ENGINE

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 3(89)/2012

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

ANALIZA WIELKOŚCI SZYBKOZMIENNYCH SILNIKA AD3.152 UR ZASILANEGO PALIWEM MINERALNYM, PALIWEM POCHODZENIA ROŚLINNEGO I ICH MIESZANINAMI

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

WSKAŹNIKI INDYKOWANE SILNIKA PERKINS 1104D-E44TA ZASILANEGO DWUPALIWOWO OLEJEM NAPĘDOWYM I GAZEM ZIEMNYM

Wykaz ważniejszych oznaczeń i skrótów Wprowadzenie... 13

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

INDICATING OF AN ENGINE FUELLED WITH CNG

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

Rys. 2. Kolejne etapy pracy łopatek kierownicy turbiny (opis w tekście) Fig. 2. Successive stages of guide apparatus blades running

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(88)/2012

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

Analiza możliwości wykorzystania heksanu w mieszaninie z olejem rzepakowym do zasilania silnika o zapłonie samoczynnym

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

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

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

KONCEPCJA WERYFIKACJI DOŚWIADCZALNEJ ZAMODELOWANYCH OBCIĄŻEŃ CIEPLNYCH WYBRANYCH ELEMENTÓW KOMORY SPALANIA DOŁADOWANEGO SILNIKA Z ZAPŁONEM SAMOCZYNNYM

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

THE CREATING AND BURNING THE AIR AND FUEL MIXTURE UNDER DIESEL ENGINE STARTING

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

Logistyka - nauka. Tomasz Ambrozik, Politechnika Świętokrzyska w Kielcach, Wydział Mechatroniki i Budowy Maszyn, Katedra Pojazdów Samochodowych

Silniki zasilane alternatywnymi źródłami energii

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

PORÓWNANIE WYKRESU INDYKATOROWEGO I TEORETYCZNEGO - PRZYKŁADOWY TOK OBLICZEŃ

Laboratorium z Konwersji Energii SILNIK SPALINOWY

Równomierność dawkowania oleju napędowego w silnikach dwupaliwowych

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(97)/2014

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

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

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Wykorzystanie LNG do zasilania pojazdów mechanicznych. Rafał Gralak

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

WPŁYW ZASTOSOWANIA DODATKU ETANOLU DO MIESZANINY OLEJU NAPĘDOWEGO Z ESTREM FAME NA EKONOMICZNE I EKOLOGICZNE WSKAŹNIKI PRACY SILNIKA PERKINS-1104C-44

Ocena emisji składników spalin silnika wysokoprężnego zasilanego mieszaninami oleju napędowego z estrami metylowymi oleju rzepakowego

ASSESSMENT OF THE FUEL DYNAMIC DELIVERY ANGLE INFLUENCE ON THE SELF-IGNITION DELAY IN THE ENGINE FUELLED WITH EKODIESEL PLUS OILS

Transkrypt:

ANDRZEJ RÓŻYCKI * OPTYMALIZACJA KĄTA WTRYSKU DAWKI OLEJU NAPĘDOWEGO W DWUPALIWOWYM SILNIKU O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM ZASILANYM ALKOHOLEM ETYLOWYM OPTIMIZATION OF DIESEL PILOT INJECTION PARAMETERS IN A DUAL-FUEL COMPRESSION IGNITION ENGINE FUELLED WITH ETHANOL Streszczenie Abstract W artykule przedstawiono wyniki badań związanych z optymalizacją kąta wtrysku dawki oleju napędowego inicjującej zapłon w dwupaliwowym silniku o zapłonie samoczynnym zasilanym alkoholem etylowym. Badania przeprowadzono na jednocylindrowym badawczym silniku zapłonie samoczynnym 1HC1 wyposażonym w układ zasilania CR i układ wtrysku alkoholu etylowego. Optymalizację kąta wtrysku oleju napędowego oparto o kryteria: stuku, przedwczesnego zapłonu, wygaszania płomienia i wypadania zapłonów. Słowa kluczowe: silnik dwupaliwowy, alkohol etylowy, stuk, przedwczesny zapłon, wypadanie zapłonu The paper presents results of investigation related to the optimization of diesel pilot injection parameters in a dual-fuel compression ignition engine fuelled with ethanol. The test engine was a single-cylinder 1HC1 compression ignition engine equipped with an injection system of the commn-rail type and an injection system for ethanol. Optimization of diesel pilot injection parameters was carried out basing on the following criteria: knock onset, premature combustion, flame extinguishing and engine misfire in successive operation cycles. Keywords: dual-fuel engine, ethanol, knock, premature ignition, engine misfire * Dr inż. Andrzej Różycki, Zakład Pojazdów i Silników Spalinowych, Instytut Eksploatacji Pojazdów i Maszyn, Politechnika Radomska.

1. Wstęp Zwiększające się zainteresowanie wykorzystaniem paliw alternatywnych do zasilania silnika spalinowego o ZS związane jest z uwarunkowaniami: strategicznymi, ekonomicznymi i ekologicznymi. Strategie rozwoju gospodarczego wielu krajów (w tym i Polski), które nie posiadają wystarczającej ilości własnych zasobów ropy naftowej, powodują wzrost zainteresowania możliwością zastosowania paliw alternatywnych (w stosunku do paliw ropopochodnych) do zasilania silników spalinowych. Do najbardziej dostępnych paliw alternatywnych można zaliczyć: gaz naturalny i alkohole (metylowy i etylowy). Właściwości fizykochemiczne ww. paliw alternatywnych przedstawiono w tabeli 1. Wynika z niej, że z paliw alternatywnych największą wartość opałową mieszanek stechiometrycznych posiada alkohol etylowy. Na uwagę zasługuje również to, że alkohol etylowy jest łatwy do wytwarzania na skalę przemysłową, a przy okazji jest to paliwo w pełni odnawialne. Wydaje się więc właściwe dostosowanie układu zasilania silnika o ZS do tego paliwa. Jedną z możliwości zasilania silnika o ZS alkoholem etylowym jest zastosowanie układu zasilania dwupaliwowego, który umożliwia jednoczesne podawanie obu paliw do cylindra silnika. Obecnie jednym z głównych sposobów zasilania dwupaliwowego jest układ składający się z wtrysku pośredniego alkoholu etylowego i wtrysku bezpośredniego (za pomocą układu common rail) oleju napędowego. Wybór dwupaliwowego zasilania tłokowego silnika o zapłonie samoczynnym wynika także z własności alkoholu etylowego paliwa charakteryzującego się niższą wartością liczby cetanowej, a zatem dużą odpornością na samozapłon. Stąd wzięła się koncepcja zapłonu od inicjującej zapłon dawki oleju napędowego. Właściwości ON, alkoholu etylowego, alkoholu metylowego i gazu naturalnego [1 3] ON alkohol etylowy alkohol metylowy gaz ziemny Tabela 1 jednostki gęstość C 79 791 717 [kg/m 3 ] wartość opałowa,5, 19,7 5,3 [MJ/kg] stechiometryczne zapotrzebowanie powietrza wartość opałowa mieszanki stechiometrycznej z powietrzem 1,5 9,,5 1,7 [kgpow/kgpal] 3, 3,3 3,5 3,175 3,33 [MJ/m 3 ] liczba oktanowa 95 9 13 liczba cetanowa 5 55 3 - Jednakże zasilanie dwupaliwowe (ON + alkohol etylowy) może powodować wiele niekorzystnych zjawisk wpływających na osiągi, trwałość elementów konstrukcyjnych silnika (tłok, głowica, uszczelka pod głowicę), emisję składników toksycznych spalin (CO, HC, NOx, PM), hałas, oraz emisję: CO, H O, O.

9 Do głównych niekorzystnych zjawisk omawianych m.in. [3 ] można zaliczyć: zwiększoną emisję węglowodorów HC (głównie w zakresie średnich obciążeń), niepowtarzalność parametrów procesu spalania (przedwczesne zapłony i wygaszanie płomienia), twarda praca i stuk (hałas emitowany przez silnik). Celem prezentowanych wyników badań była analiza procesu spalania pod kątem możliwości takiego doboru parametrów wtrysku oleju napędowego, który zapewniałby obniżenie intensywności występowania zjawiska stuku, przedwczesnych zapłonów i wygaszania płomienia. Jednocześnie analizowany był wpływ dobranych parametrów wtrysku na osiągi i emisję silnika.. Opis stanowiska badawczego Stanowisko badawcze dwupaliwowego silnika o zapłonie samoczynnym zasilanego alkoholem etylowym przedstawione jest na rysunkach 1 3. Blok wzmacniaczy sygnały z czujnika stuku sygnał ciśnienia w cylindrze sygnały z nadajnika kata karta A/C KPCI311 1. Nm Hamulec elektrowirowy Wibrometer 3WB15 Powietrze silnik 1HC1 Spaliny Mikromanometr Askania Miernica paliwa Układ sterowania systemem wtrysku alkoholu etylowego Układ sterowania systemem common- rail Masowy dawkomierz paliwa AMX 1F Analizator Digaz Pomiar (, HC, CO, CO, O,NOx, k,) Rys. 1. Schemat stanowiska badawczego dwupaliwowego silnika o zapłonie samoczynnym zasilanego alkoholem etylowym Fig. 1. The test stand with a dual-fuel diesel engine operating on ethanol

7 Rys.. Widok stanowiska od strony hamowni Fig.. View of the test stand Rys. 3. Widok rozmieszczenia zespołów rejestracyjno-pomiarowych w sterowni Fig. 3. View of the measurement/registration system in the control room W skład stanowiska pomiarowego przedstawionego na rys. 1 wchodzą: silnik badawczy 1HC1 wyposażony w dwupaliwowy układ zasilania składający się z układu CR i układu wtrysku pośredniego CNG (parametry techniczne silnika zamieszczono w tabeli ), 3WB15 hamulec elektrowirowy firmy Vibrometer; dokładność pomiaru momentu obrotowego Mo =, Nm, prędkości obrotowej n = obr./min, AMX 1F masowy dawkomierz paliwa; dokładność pomiaru, kg/h, lemniskata i mikromanometr Askania MK-1 do pomiaru zużycia powietrza; klasa dokładności,5), system do pomiaru ciśnień w komorze spalania i drgań głowicy (parametry techniczne systemu zamieszczono w tabeli 3),

71 Tabela Parametry techniczne czterosuwowego jednocylindrowego silnika 1HC1 Typ silnika Wolnossący, czterosuwowy Liczba cylindrów 1 Układ cylindrów poziomy Średnica cylindra 1 [mm] Skok tłoka 1 [mm] Objętość skokowa 9 [cm 3 ] Stopień sprężania 17 Układ zasilania olej napędowy Common rail Układ zasilania CNG Wtrysk pośredni do kolektora dolotowego Moc nominalna 11 kw/ [obr./min] Moment maksymalny 55 Nm/1 [obr./min] Kąt początku wtrysku ON przed GMP Kąty otwarcia i zamknięcia zaworów: otwarcie zaworu dolotowego zamknięcie zaworu dolotowego otwarcie zaworu wylotowego zamknięcie zaworu wylotowego przed GMP 5 po DMP 5 przed DMP po GMP analizator AVL DIGas do pomiaru stężeń w spalinach: CO, CO, HC, O, NOx, k (współczynnik pochłaniania światła) oraz λ; dokładność pomiarów: CO,1%, CO,1%, HC 1 ppm, NOx 5 ppm, k,1 1/m, λ.1. Wielkość Szybkość próbkowania zegar wewnętrzny Rozdzielczość (zewnętrzny nadajnik kąta obrotu wału korbowego Introl PFI)) Maksymalna szybkość próbkowania zegar zewnętrzny Ciśnienie w komorze spalania (czujnik piezokwarcowy Qp5C firmy AVL) Drgania głowicy (czujnik stuku 19 9- F firmy OPEL) Pamięć wirtualna Parametry techniczne systemu pomiarowego [7] Zakres pomiarowy maksimum 1 [MHz] od,7 OWK Tabela 3 3 µs dla rozdzielczości,7 OWK i prędkości obrotowej ~ [obr./min] do 15 [Mpa] do 1 [khz] (próbkowanie zegarem wewnętrznym) 1 [MB] Liczba kanałów

7 3. Kryteria doboru parametrów wtrysku Zasilanie dwupaliwowe, w którym paliwem głównym jest alkohol etylowy wtryskiwany do kolektora dolotowego, może generować nieprawidłowy przebieg procesu spalania objawiający się spalaniem stukowym, nadmierną szybkością narastania ciśnienia, występowaniem przedwczesnych zapłonów oraz wygaszaniem płomienia palącego się ładunku aż do braku zapłonu. Prezentowane badania miały na celu dobranie kątów wtrysku oleju napędowego inicjującego zapłon, przy których intensywność występowania ww. nieprawidłowych przebiegów procesu spalania byłaby minimalna (dopuszczalna ze względu na osiągi silnika jego emisję i trwałość). Efekt optymalizacji według kryteriów opisanych poniżej był porównywany do osiągów i emisji silnika zasilanego jednopaliwowo przy stałym kącie wtrysku wynoszącym OWK PGMP (przed górnym martwym punktem) i zadymieniu spalin poniżej poziomu dopuszczalnemu (współczynnik absorpcji światła k <,5 1/m) []. 3.1. Kryterium stuku Zjawisko stuku, jak wspomniano wcześniej, związane jest z drganiami elementów silnika wywołanymi procesem spalania. Drgania te można mierzyć za pomocą czujnika przyspieszeń. W opisywanych badaniach użyto czujnika stuku DR 19 9-F firmy OPEL. Przykładowy wykres drgań głowicy przedstawiono na rysunku. Charakterystycznymi parametrami zaznaczonymi na wykresie są dodatnia amplituda drgań WS (wskaźnik stuku) i kąt początku wystąpienia gwałtownego wzrostu amplitudy drgań PS (początek stuku). Wcześniejsze badania przedstawione w [] wykazały, że dla badanego silnika amplituda drgań poniżej wartości WS < 3,5 V może być uznana za wartość dopuszczalną. Wartości WS > 3,5 V świadczą, że w procesie spalania wystąpiło zjawisko zbyt gwałtownego wydzielania się energii. Zjawisko to może występować przy dużych kątach wyprzedzenia początku wtrysku (liczonych względem GMP) prowadzących do wczesnego samozapłonu dużej ilości odparowanego oleju napędowego. Skutkuje to gwałtownymi szybkościami narastania ciśnienia (powyżej,3 MPa/ OWK), które wymuszają drgania głowicy. 1 Amplituda drgań głowicy [V] WSG - - PSG -1 355 3 35 37 375 3 35 39 395 5 1 15 Kąt obrotu wału korbowego [ OWK] Rys.. Drgania głowicy w czasie spalania z zaznaczonymi wskaźnikami PSG i WSG Fig.. Cylinder head vibrations in the process of combustion with marked PSG and WSG indexes

73 Pracę silnika zasilanego dwupaliwowo w warunkach stuku (n = obr./min, Mo = Nm) przedstawiono na rysunku 5. Obniżenie poziomu intensywności występowania cykli pracy ze stukiem wywołanym nadmiernym wzrostem szybkości narastania ciśnienia bądź spalaniem stukowym można uzyskać na drodze opóźniania kąta wtrysku dawki ON inicjującej zapłon. Ciśnienie, MPa 7 5 3 1 - -5 - -7 - -9-1 3 7 1 1 1 1 5 3 3 39 3 Kąt obrotu wału korbowego, OWK 1 9 7 5 3 1-1 - -3 Amplituda drgań, V Rys. 5. Ciśnienie w cylindrze i amplituda drgań głowicy (sygnał z czujnika stuku) w sześciu kolejnych cyklach pracy silnika. Zasilanie ON i alkoholem etylowym; n = obr./min, Mo = Nm Fig. 5. Cylinder pressure and engine head vibration amplitude (signal from the knock sensor) in six successive engine operation cycles. Fuelling with diesel fuel and ethanol; n = rpm, Mo = Nm 3.. Przedwczesny zapłon Opóźnianie kąta wtrysku dawki inicjującej spalanie może prowadzić do przedwczesnych zapłonów mieszaniny par alkoholu etylowego powietrze (zapłon mieszanki alkohol etylowy powietrze tuż po samozapłonie ON). Mieszanina ta jest wytworzona w kolektorze dolotowym a więc ma odpowiednią ilość czasu na dobre przemieszanie się (powstaje ładunek homogeniczny) co stwarza dobre warunki do zapłonu i szybkiego rozprzestrzenia się płomienia. Skutkiem tego typu spalania jest bardzo szybki przyrost ciśnienia występujący tuż po wtrysku dawki inicjującej zapłon (rys. ). Duże szybkości narastania ciśnienia, jak wspomniano w rozdziale.1, są główną przyczyną powstawania drgań elementów konstrukcyjnych silnika, które mogą być przyczyną ich uszkodzeń.

7 7 Sygnał sterujący wtryskiwacza CR Ciśnienie, MPa 5 3 1 Cykl pracybez zapł onu 3 33 3 39 5 51 5 57 Kąt obrotu wału korbowego, OWK Rys.. Przebiegi ciśnienia w kolejnych cyklach pracy silnika zasilanego dwupaliwowo w punktach pracy odpowiadającym przedwczesnym zapłonom mieszaniny alkoholu etylowego i powietrza Fig.. Pressure runs in successive operation cycles of the dual-fuel engine at the operating point corresponding to the premature ignition of the air ethanol mixture 3.3. Wypadanie (wygaszanie) zapłonu Dalsze opóźnianie kąta wtrysku dawki ON inicjującej zapłon, które ma na celu zmniejszenie intensywności występowania przedwczesnych zapłonów, może skutkować powstawaniem procesu wygaszania palącej się mieszanki alkohol etylowy powietrze. Proces wygaszania jest skutkiem dużego schłodzenia ładunku, który prowadzi do zwiększenia zwłoki zapłonu mieszanki alkohol etylowy powietrze. Skutki tego typu procesu są przedstawione na wykresie (rys. 7). 9 Pr zedwczesny zapłon Ciśnienie, MPa 7 5 3 Sygnał sterujący wtryskiwaczem CR 1 3 33 3 39 5 51 5 57 Kąt obrotu wału korbowego, OWK Rys. 7. Przebiegi ciśnienia w kolejnych cyklach pracy silnika zasilanego dwupaliwowo w punkcie pracy odpowiadającemu wygaszaniu płomienia i wypadaniu zapłonu Fig. 7. Pressure runs in successive operation cycles of the dual-fuel engine at the operating point corresponding to the flame extinction and engine misfires

75 Kolorem czerwonym (linia przerywana) zaznaczono cykl pracy bez spalania. Pozostałe cykle cechują się dużymi rozrzutami ciśnień maksymalnych i kątami obrotu wału korbowego wystąpienia ciśnienia maksymalnego.. Charakterystyki prędkościowe Stosując opisane kryteria, wyznaczono kąty wtrysku oleju napędowego inicjującego zapłon dla różnych prędkości obrotowych silnika. Wyniki doboru tych kątów przedstawiono na charakterystyce prędkościowej (wartości dla maksymalnych obciążeń) rysunku. Z wykresu wynika, że kąt początku wtrysku powinien się zawierać w zakresie od 7 do OWK PGMP Kąt wtrysku, OWK PGMP 1 1 1 1 1 Eth optymalizowany kątwtrysku 1 1 1 1 1 n,obr./mi n Rys.. Charakterystyka prędkościowa kąta wtrysku dawki oleju napędowego inicjującej spalanie w silniku zasilanym dwupaliwowo Fig.. characteristic of diesel pilot injection timing in the dual-fuel engine Wyjaśnienia wymaga fakt, że kąt wtrysku dawki ON inicjującej spalanie przy sposobie zasilania dwupaliwowego z optymalizacją tego kąta dla prędkości n = obr./min i obr/min ma takie same wartości, jak dla sposobu zasilania bez optymalizacji (kąt wtrysku OWK PGMP). Praca silnika bez optymalizacji kąta wtrysku przy prędkości n = obr/ min ogranicza się jedynie do małych obciążeń. Zwiększanie udziału energetycznego alkoholu etylowego powoduje wydłużanie się zwłoki samozapłonu aż do wygaszania płomienia (silnik przestaje pracować). Przy prędkości obrotowej n = obr./min silnik nawet przy minimalnej ilości alkoholu etylowego powoduje wygaszanie płomienia powstałego w wyniku samozapłonu ON. Jest to skutkiem dużego opóźnienia procesu spalania bardzo ubogiej mieszanki alkohol etylowy powietrze. Przy sposobie zasilania z optymalizacją kąta wtrysku dochodzenie do pełnego obciążenia zaczyna się od większych wartości kąta wtrysku dawki ON inicjującej zapłon (rys. 9a i b). Kąt ten dla prędkości obrotowej silnika n = obr./min wynosi 5 OWK PGMP a dla prędkości n = obr/min 3 OWK PGMP. W obydwu przypadkach proces spalania rozpoczyna się w okolicach GMP. Wpływ optymalizacji kąta wtrysku dawki oleju napędowego inicjującej zapłon na osiągi i emisję silnika zasilanego dwupaliwowo przedstawiono na charakterystykach prędkościowych zamieszczonych na poniższych rysunkach.

7 a) n = obr./min b) n = obr./min Kąt wtrysku, OWK PGMP 3 5 15 1 1 3 5 Mo,Nm Kąt wtrysku, OWK PGMP 3 5 15 1 1 3 5 Mo, Nm Rys. 9. Charakterystyki obciążeniowe optymalizowanego kąta wtrysku dawki ON inicjującej zapłon Fig. 9. Characteristics of the optimised diesel pilot injection timing Jednostkowe zużycie energii 1 1 1 ON optymalizowany kąt wtrysku Eth stały kąt wtrysku Eth optymalizowany kąt wtrysku 1 1 1 1 1 n, obr./min Rys. 1. Charakterystyka prędkościowa jednostkowego zużycia energii Fig. 1. Speed characteristic of the specific energy consumption Zastosowanie optymalizacji kąta wtrysku dawki ON inicjującej zapłon skutkuje mniejszym, w porównaniu do pozostałych sposobów zasilania, poziomem zużycia energii (około 3 J/Ws) utrzymującym się w całym zakresie prędkości obrotowych (rys. 1). Charakterystyka prędkościowa momentu obrotowego (rys. 11) dla sposobu zasilania z optymalizowanym kątem wtrysku cechuje się najwyższym poziomem w stosunku do pozostałych sposobów zasilania. Wartości momentu obrotowego utrzymują się w wąskim przedziale wynoszącym 51 Nm. Brak optymalizacji kąta wtrysku dawki inicjującej zapłon jest powodem gwałtownego spadku momentu obrotowego i mocy użytecznej (rys. 11 i 1). Na uwagę zasługuje fakt, że od prędkości obrotowej wynoszącej 1 obr/min następuje gwałtowny spadek momentu obrotowego i mocy użytecznej przy zasilaniu dwupaliwowym bez optymalizacji kąta wtrysku dawki inicjującej zapłon, który wynosił OWK PGMP. Zjawisko to, jak wspomniano na początku rozdziału, jest wynikiem wygaszania płomienia przy małych obciążeniach silnika (małe dawki energetyczne alkoholu etylowego).

77 7 5 Mo, Nm 3 ON optymalizowany kąt wtrysku 1 Eth stały kąt wtrysku Eth optymalizowany kat wtrysku 1 1 1 1 1 n, obr./min Rys. 11. Charakterystyka prędkościowa momentu obrotowego Fig. 11. Speed characteristic of the engine torque 1 1 1 ON optymalizowany kąt wtrysku Eth stały kąt wtrysku Eth optymalizowany kąt wtrysku Ne, kw 1 1 1 1 1 n, obr./min Rys. 1. Charakterystyka prędkościowa mocy użytecznej Fig. 1. Speed characteristic of the engine power 5 ON optymalizowany kąt wtrysku Eth stały kąt wtrysku Eth optymalizowany kąt wtrysku NOx, ppm 15 1 5 1 1 1 1 1 n, obr./min Rys. 13. Charakterystyka prędkościowa emisji tlenków azotu NOx Fig. 13. Speed characteristic of the NOx

7 W wyniku optymalizacji otrzymano niski poziom stężeń tlenków azotu NOx w zakresie małych prędkości obrotowych (rys. 13). Poziom ten wzrasta wraz ze wzrostem prędkości obrotowych silnika. Wzrost stężeń tlenków azotu jest spowodowany tym, że silnik pracuje na granicy spalania stukowego cechującego się wysokimi temperaturami spalania. 5 ON optymalizowany kąt wtrysku Eth stały kąt wtrysku Eth optymalizowany kąt wtrysku HC, ppm 3 1 1 1 1 1 1 n, obr./min Rys. 1. Charakterystyka prędkościowa niespalonych węglowodorów HC Fig. 1. Speed characteristic of the HC Zasilanie dwupaliwowe silnika o ZS cechuje się dużo większym poziomem emisji niespalonych węglowodorów (rys. 1). Jest to głównie skutkiem wygaszania palącej się mieszanki alkohol etylowy powietrze w szczelinie między denkiem tłoka a płaszczyzną głowicy., 3, Eth stały kąt wtrysku Eth optymalizowany kąt wtrysku Granicadymienia k =,5 m 1 k, 1/m, 1,, 1 1 1 1 1 n, obr./min Rys. 15. Charakterystyka prędkościowa współczynnika absorpcji światła Fig. 15. Speed characteristic of the light absorption coefficient Zgodnie z oczekiwaniami emisja cząstek stałych (sadzy) w silniku zasilanym dwupaliwowo jest na niskim poziomie (rys. 15). W obu przypadkach zasilania dwupaliwowego współczynnik absorpcji nie przekracza wartości dopuszczalnych (k <, 1/m).

5. Wnioski 79 Przedstawione powyżej charakterystyki prędkościowe pozwalają stwierdzić, że: decydującymi kryteriami przy doborze wartości kątów wtrysku dawek ON inicjujących spalanie są kryteria oparte na zjawiskach: spalania stukowego, pojawiania się niekontrolowanych przedwczesnych zapłonów, wygaszania palącego się ładunku w cylindrze aż do całkowitego braku spalania, eliminacja ww. zjawisk pozwala na osiągnięcie małych, w całym zakresie prędkości obrotowych, poziomów jednostkowego zużycia energii (q* = 3 J/Ws) charakterystyka prędkościowa momentu obrotowego cechuje się płaskim przebiegiem; maksymalne wartości momentu obrotowego osiągają poziom Mo = 5 Nm (wartości takie są uzyskiwane przez silnik zasilany standardowo przy małych prędkościach obrotowych i zadymieniu przekraczającym obowiązujące normy), moc silnika, w przeciwieństwie do silników zasilanych standardowo (zasilanie jednopaliwowe przy stałym kącie wtrysku ON), wykazuje tendencje wzrostowe, poziom emisji tlenków azotu NOx i niespalonych węglowodorów HC jest większy w porównaniu do silnika zasilanego jednopaliwowo; właściwość ta jest typowa dla silników zasilanych dwupaliwowo, poziom zadymienia spalin jest podobnie, jak w przypadku zasilania dwupaliwowego wykorzystującego inne paliwa alternatywne, kilkakrotnie mniejszy w całym zakresie prędkości obrotowych od silnika pracującego pod pełnym obciążeniem. Literatura [1] Kowalewicz A., Pajączek Z., Dual fuel engine fuelled with ethanol and diesel fuel. Journal of KONES Internal Combustion Engines 3, vol. 1, No. 1. [] Stelmasiak Z., The Impact of Gas-Air Composition on Combustion Parameters of Dual Fuel Engines Fed CNG, SAE Technical Paper,, doi: 1.71/-1-35. [3] L u f t S., Studium silnika o zapłonie samoczynnym zasilanego alkoholem metylowym, Monografia nr 9, Politechnika Radomska, Radom 1997. [] Kokjohn S.L., Splitter D.A., Hanson R.M., Reitz R.D., Modeling Charge Preparation and Combustion in Diesel Fuel, Ethanol, and Dual-Fuel PCCI Engines, ILASS-Americas nd Annual Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, Cincinnati, OH, May 1. [5] S e l i m M.Y.E., Effect of engine parameters and gaseous fuel type on the cyclic variability of dual fuel engines, Fuel, 5, 91-971. [] Różycki A., Combustion noise of the dual fuel turbocharged compression ignition engine, Combustion Engines Silniki Spalinowe, 3/11, 97. [7] Różycki A., Microkomputer system for measurement of high speed parameters for IC engines, Bratislava 1 th EAEC Congres, Bratislava 1, paper SAITS 119. [] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 3 kwietnia r. o zmianie rozporządzenia w sprawie warunków technicznych pojazdów oraz zakresu ich niezbędnego wyposażenia (Dz. U. z r., Nr 13, poz. 15).