THE INFLUENCE OF EXHAUST GAS RECIRCULATION RATE ON EMISSION AND THERMODYNAMICS PARAMETERS OF DI DIESEL ENGINE

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

Mgr inŝ. Wojciech Kamela Mgr inŝ. Marcin Wojs

CHARAKTERYSTYKI PRACY SILNIKA HCCI ZASILANEGO BIOGAZEM

Wpływ motoryzacji na jakość powietrza

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

Mgr inż. Marta DROSIŃSKA Politechnika Gdańska, Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

Engine testing during cold start and warming up phase with use of heat storage

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(88)/2012

SAMOCHODY ZASILANE WODOREM

Metodyka oceny wydatku spalin silnika odrzutowego

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

Biogas buses of Scania

OKREŚLENIE WPŁYWU WYŁĄCZANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI NA ZMIANY SYGNAŁU WIBROAKUSTYCZNEGO SILNIKA

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

BADANIA STĘŻE Ń ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH SPALIN TURBINOWEGO SILNIKA ŚMIGŁOWEGO W USTALONYCH WARUNKACH EKSPLOATACYJNYCH

ISBN

DYREKTYWA KOMISJI / /UE. z dnia XXX r.

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

WPŁYW MIESZANIN ETANOLU Z OLEJEM NAPĘDOWYM NA EMISJĘ WYBRANYCH SKŁADNIKÓW SPALIN

Zakład Silników Spalinowych Prezentacja specjalności Silniki Spalinowe

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

WPŁYW DOŁADOWANIA SILNIKA O ZAPŁONIE ISKROWYM NA EMISJĘ ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH SPALIN Z POJAZDU W WARUNKACH RZECZYWISTEJ EKSPLOATACJI

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

RESEARCH OF OXYGEN SENSOR SIGNALS IN THREE WAY CATALITIC CONVERTER FOR OBD II NEEDS

WPŁYW PODAWANIA WODORU NA POZIOM ZADYMIENIA SPALIN SILNIKA SAMOCHODOWEGO

EXECUTION OF RESEARCH TESTS ON AUTOMATED DYNAMOMETER ENGINES STAND REALIZACJE TESTÓW BADAWCZYCH NA ZAUTOMATYZOWANEJ HAMOWNI SILNIKÓW SPALINOWYCH

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

BADANIA EMISJI SPALIN W RZECZYWISTYCH WARUNKACH RUCHU DROGOWEGO AKTUALNE MOŻLIWOŚCI BADAWCZE

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

BADANIA SYMULACYJNE I EKSPERYMENTALNE UTLENIAJĄCEGO REAKTORA KATALITYCZNEGO SYSTEMU FILTRA CZĄSTEK STAŁYCH W PROGRAMIE AVL BOOST

WPŁYW TEMPERATURY ROZRUCHU SILNIKA NA CZAS PRACY BEZ UWZGLĘDNIENIA W STEROWANIU SYGNAŁU Z CZUJNIKA STĘŻENIA TLENU

Wpływ recyrkulacji spalin na stężenia spalin w silniku FIAT MultiJet 1.3

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

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

Analiza spalin silników o zapłonie iskrowym (2)

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

Analiza spalin silników o zapłonie iskrowym (2)

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

STEROWANIE ADAPTACYJNE SYSTEMEM RECYRKULACJI SPALIN W ASPEKCIE OBNIŻENIA EMISJI SUBSTANCJI SZKODLIWYCH DLA KLASYCZNEGO SILNIKA ZS*

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

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

DYREKTYWA KOMISJI / /UE. z dnia XXX r.

Pakiet cetanowo-detergentowy do uszlachetniania olejów napędowych przyjaznych środowisku

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

LABORATORIUM PODSTAW SILNIKÓW I NAPĘDÓW SPALINOWYCH. Ćwiczenie 6 DIAGNOSTYCZNE POMIARY TOKSYCZNYCH SKŁADNIKÓW SPALIN

Potwierdzenie skuteczności

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(97)/2014

BADANIA EMISJI ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH W STATKACH POWIETRZNYCH

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

2. OPIS OBIEKTU BADAŃ ORAZ WARUNKÓW TECHNICZNYCH BADAŃ

Wpływ ruchu ładunku w kolektorze ssącym na przebieg procesu spalania w silniku o zapłonie samoczynnym

Analiza emisyjności pojazdu ciężkiego spełniającego normę Euro VI w warunkach rzeczywistej eksploatacji

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 4(100)/2014

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

Obniżenie emisji pierwotnej silników o zapłonie samoczynnym

WPŁ YW PODGRZEWANIA KATALIZATORA NA EMISJĘ TOKSYCZNYCH SKŁ ADNIKÓW SPALIN PODCZAS ROZRUCHU SILNIKA

Wymagania edukacyjne Technologia napraw zespołów i podzespołów mechanicznych pojazdów samochodowych

KATALIZATOR DO PALIW

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

Charakterystyki prędkościowe silników spalinowych

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

WPŁYW STYLU JAZDY KIEROWCY NA EKOLOGICZNOŚĆ POJAZDU

CZTEROKULOWA MASZYNA TARCIA ROZSZERZENIE MOŻLIWOŚCI BADAWCZYCH W WARUNKACH ZMIENNYCH OBCIĄŻEŃ

ZAKŁAD NAPĘDÓW LOTNICZYCH

Pytania na egzamin dyplomowy specjalność SiC

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

BADANIE WPŁYWU DODATKU PANTHER 2 NA TOKSYCZNOŚĆ SPALIN SILNIKA ZI

INFLUENCE OF WATER-FUEL EMULSION SUPPLY ON SMOKING OF SHIP S COMBUSTION ENGINE

Stężenia szkodliwych składników spalin podczas rozruchu zimnego silnika VW 1.2 TSI

Józef Nita, Artur Borczuch Politechnika Radomska Instytut Eksploatacji Pojazdów i Maszyn ul. Chrobrego Radom tel.

Emisja substancji zanieczyszczajcych z pojazdów wg Regulaminów Europejskiej Komisji Gospodarczej Organizacji Narodów Zjednoczonych (EKG ONZ) oraz

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

SŁAWOMIR LUFT, TOMASZ SKRZEK *

MODELOWANIE ZUŻYCIA PALIWA W SILNIKU WYSOKOPRĘŻNYM TYPU DI Z WYKORZYSTANIEM SIECI NEURONOWYCH

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

ANALIZA WPŁYWU NIESYMETRII NAPIĘCIA SIECI NA OBCIĄŻALNOŚĆ TRÓJFAZOWYCH SILNIKÓW INDUKCYJNYCH

Kongres Innowacji Polskich KRAKÓW

Transport I stopień (I stopień / II stopień) Ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny) Studia stacjonarne (stacjonarne / niestacjonarne)

OCENA PRZYDATNOŚCI METODY ANALITYCZNEGO WYZNACZANIA SKŁADU SPALIN OKRĘTOWEGO SILNIKA SPALINOWEGO

Optymalizacja rezerw w układach wentylatorowych spełnia bardzo ważną rolę w praktycznym podejściu do zagadnienia efektywności energetycznej.

WPŁYW SKŁADU MIESZANKI NA EMISJĘ SZKODLIWYCH SKŁADNIKÓW SPALIN PODCZAS ZASILANIA SILNIKA GAZEM ZIEMNYM

4. SPRZĘGŁA HYDRAULICZNE

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

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

EMISJA SZKODLIWYCH SKŁADNIKÓW SPALIN W BADANIACH KONTROLNYCH WYBRANEJ POPULACJI POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH

Konsekwencje termodynamiczne podsuszania paliwa w siłowni cieplnej.

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych. Sterowanie odbiornikiem hydraulicznym z rozdzielaczem typu Load-sensing

KOMPUTEROWY MODEL UKŁADU STEROWANIA MIKROKLIMATEM W PRZECHOWALNI JABŁEK

OPTYMALIZACJA STEROWANIA MIKROKLIMATEM W PIECZARKARNI

ZESZYTY NAUKOWE NR 10(82) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE

CHARAKTERYSTYKA OBCIĄŻENIOWA

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

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

OCENA PARAMETRÓW JAKOŚCI ENERGII ELEKTRYCZNEJ DOSTARCZANEJ ODBIORCOM WIEJSKIM NA PODSTAWIE WYNIKÓW BADAŃ

Kłopotliwy EGR. Jak sprawdzić poprawność jego działania? [PORADNIK]

Transkrypt:

Journal of KONS Internal Combustion ngines 23, vol. 1, 3-4 TH INFLUNC OF XHAUST GAS RCIRCULATION RAT ON MISSION AND THRMODYNAMICS PARAMTRS OF DI DISL NGIN Władysław Kozak, Piotr Lijewski Jarosław Markowski, Krzysztof Wisłocki Politechnika Poznańska Instytut Silników Spalinowych i Podstaw Konstrukcji Maszyn 6 965 Poznań ul. Piotrowo 3 Abstract An increase of the output parameters of modern DI Diesel engines correlates very closely with the incylinder parameters as pressure and temperature, which influence engine efficiency and emissions. The further development of this kind of engines is being restricted by NO x and PM limits, where the significant problem is, that the reduction of PM emission obtained by optimisation of thermodynamical parameters causes an increase of NO x emission and counter wise. Application of the controlled xhaust Gas Recirculation (GR) in low and middle load ranges could stand for an effective solution of this problem. The important question is, what an GR-rate in this engine operating range should be matched. Another words, how the GR-valve should be controlled and what kind of the controlling function should be evaluated and applied. For formulation of the optimal controlling function of the GR-valve the investigations on the 4-cyl. 8 kw DI Diesel engine have been carried out. Research stand, measuring equipment and methodology of the investigations by changing of the GR-mass flow have been presented in the paper. The obtained results, especially the sensitivity of engine parameters on changes in GR-rate, could be treated as being representative for DI Diesel engines of LDV (Light Duty Vehicle) application range. WPŁYW RCYRKULACJI SPALIN NA MISJĘ ZWIĄZKÓW SZKODLIWYCH SPALIN I PARAMTRY TRMODYNAMICZN SILNIKA O ZAPŁONI SAMOCZYNNYM 1. Wprowadzenie Zagadnienia tworzenia się w silnikach o zapłonie samoczynnym szkodliwych związków zawartych w spalinach emitowanych do atmosfery związane są nierozerwalnie z procesem spalania. Ograniczenie emisji toksycznych składników spalin, a zwłaszcza tlenków azotu i cząstek stałych przez silniki o zapłonie samoczynnym sprawia wiele trudności. Wynika to przede wszystkim ze specyfiki realizowanego w nich procesu spalania, charakteryzującego się bardzo dużą zmiennością lokalnego współczynnika nadmiaru powietrza, przyjmującego wartości: λ w powietrzu znajdującym się w komorze spalania, λ 1 w obszarze czoła płomienia i λ w rdzeniu strugi paliwa. Duże znaczenie ma również zmieniająca się w zależności od obciążenia wartość globalnego współczynnika nadmiaru powietrza. Stan ten definitywnie uniemożliwia zastosowanie trójfunkcyjnego reaktora katalitycznego, który, w przypadku silników o zapłonie iskrowym, usuwa CO, HC i NO x z ponad 9-procentową skutecznością. Dodatkowo w spalinach silników ZS występują znaczne ilości cząstek stałych, które reaktor katalityczny neutralizuje w małym stopniu (nie więcej niż -3%). Zastosowanie bardziej skutecznych filtrów cząstek stałych związane jest z ograniczeniami wynikającymi ze wzrostu strat przepływu w układzie wylotowym silnika (wzrost zużycia paliwa, spadek mocy), wysoką emisję węglowodorów podczas regeneracji filtra, wysokimi wymaganiami serwisowymi.

Dlatego też w silnikach wysokoprężnych bardzo duży nacisk kładzie się na ograniczenie emisji środkami, które wpływają na zmniejszenie szybkości tworzenia się wymienionych związków podczas spalania, w obrębie komory spalania. Między innymi środkiem takim, powszechnie stosowanym we współczesnych silnikach, jest recyrkulacja spalin (GR). GR-u używa się głównie w celu obniżenia emisji NO x. Jednak jego działanie nie jest jednokierunkowo pozytywne. Obniżeniu emisji NO x towarzyszy, na ogół, wzrost emisji CO i PM oraz w niektórych obszarach pracy wzrost emisji HC. Zatem przystępując do projektowania układu GR, a jeszcze bardziej ustalając funkcję sterującą natężeniem GR-u, odpowiednią do warunków pracy silnika, postępować należy ostrożnie. Jeżeli działanie GR-u wywołuje takie skutki, to powstaje pytanie, jak kształtować (dobierać) jego wartość w dowolnie wybranym punkcie pracy silnika. Pytanie to dotyczy ustalenia kryterium, w oparciu o które problem będzie rozwiązywany. Dla udzielenia odpowiedzi na postawione pytanie autorzy referatu przeprowadzili badania, wykorzystując dysponowany silnik (turbodoładowany silnik wysokoprężny z wtryskiem bezpośrednim, wyposażony w chłodnicę powietrza i układ recyrkulacji spalin). Badania ograniczono do punktów pracy silnika zawartych w teście 13-fazowym, pokazanych na rysynku1. W punktach tych sporządzono charakterystyki regulacyjne wpływu wartości GR na parametry pracy silnika i emisję. Ne [kw] 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 Ne 1% 75% 5% % M 2 6 5 7 8 12 16 2 24 28 32 36 4 8 4 3 9 n [obr/min] 1 12 13 11 3 2 1 5 M o [Nm] Rys. 1. Warunki pracy silnika z zaznaczonymi kolejno punktami pomiarowymi testu SC [1] Fig. 1. ngine work conditions and phases of SC cycle [1] 2. Stanowisko badawcze i aparatura Badania przeprowadzono przy wykorzystaniu nastawnego zaworu GR, montowanego w miejsce fabrycznego, który umożliwił kontrolę otwarcia zaworu (wartość strumienia spalin wykorzystanych do potrzeb recyrkulacji ustalano metodą dławieniową). Zmiany nastaw otwarcia dokonywano skokowo z krokiem równym 2 mm. Ilość spalin wykorzystanych do potrzeb recyrkulacji określano na podstawie ubytku powietrza zużywanego przez silnik. W każdym punkcie otwarcia zaworu GR zmierzoną wartość zużycia powietrza odnoszono do wartości zmierzonej w takich samych warunkach pracy silnika przy zamkniętym zaworze. Pomiaru stężeń gazowych składników spalin (CO, CO 2, HC, NO x ) dokonano analizatorem Horiba Mexa 71D (HC oznaczane jest jako THC), którego parametry zamieszczono w tablicy 1. Ponadto do pomiaru zadymienia wykorzystano Opacimetr pomiar stopnia zaczernienia spalin N (%). Jednocześnie mierzono przebiegi ciśnień: w cylindrze silnika i w przewodzie wysokiego ciśnienia bezpośrednio przed wtryskiwaczem.

Tablica 1. Charakterystyka analizatora spalin systemu Parameters of Horiba Mexa 71D analyser Model Składnik Ilość zakresów Droga pomiarowa AIA-721-1 CO(L) 4 NDIR non-dispersive infrared AIA-722-1 CO(H)/CO 2 4 NDIR MPA-72- O 2 9 MPA Paramagnetic-analizator FIA-7A THC 9 HFID heated flame ionisation detector CLA-756 NO/NO x 9 HCLD heated chemiluminescent detector 3. Wyniki badań i ich analiza Otrzymane w wyniku badań charakterystyki regulacyjne wpływu strumienia spalin, wykorzystanych w recyrkulacji, wyrażonego wzniosem zaworu h GR przedstawiono na rysunkach 2, 3 i 4. NOx [ppm] n=22 obr/min NOx-127Nm NOx-192Nm NOx-64Nm GR-192Nm GR-127Nm GR-64Nm 14 45 12 1 8 3 6 4 2 2 4 6 8 1 12 GR [%] N [%] 6 4 2 N-127Nm N-64Nm THC-127Nm n=22 obr/min N-192Nm THC-192Nm THC-64Nm 2 4 6 8 1 45 4 35 3 2 THC [ppm] NOx [ppm] 1 8 6 4 2 n=28 obr/min NOx-1Nm NOx-188Nm NOx-63Nm GR-188Nm G 2 4 6 8 1 45 3 GR [%] N [%] 5 N-1Nm N-63Nm THC-1Nm n=28 obr/min N-188Nm THC-188Nm THC-63Nm 2 4 6 8 1 4 3 2 1 THC [ppm] NOx [ppm] 6 4 2 n=34 obr/min NOx-112Nm NOx-57Nm GR-112Nm NOx-169Nm GR-169Nm GR-57Nm 45 2 4 6 8 1 Rys. 2. misja NOx w fazach testu SC Fig. 2. NO x emission in each phase of SC cycle 3 GR [%] N [%] 34 obr/min N-112Nm N-169Nm N-57Nm THC-169Nm THC-112Nm THC-57Nm 65 4 55 35 3 45 35 2 1 2 4 6 8 1 Rys. 3. misja THC i N w fazach testu SC Fig. 3. THC and N emission in each phase of SC cycle THC [ppm]

We wszystkich punktach testu zwiększanie recyrkulacji spalin powoduje obniżanie emisji NO x i jednoczesny wzrost emisji pozostałych zmierzonych związków toksycznych (THC, CO, N). Największą efektywność w redukcji emisji NO x uzyskano przy niewielkich otwarciach zaworu GR. Wraz ze wzrostem otwarcia zaworu (zwiększanie recyrkulacji) asymptotycznie maleje efektywność redukcji tlenków azotu i zwiększanie GR do wartości ponad 45% nie wpływa na wielkość emisji NO x. Zwiększanie udziału recyrkulacji spalin wywołuje największe zmiany (wzrost) w emisji CO, w drugiej kolejności w zadymieniu spalin (również wzrost), a dopiero w trzeciej kolejności w emisji NO x (obniżenie). Tendencje wpływu GR na emisję w warunkach testu (rys. 5) prawie w pełni pokrywają się z obserwowanymi tendencjami wpływu w poszczególnych punktach (rys. 2, 3, 4). Mimo stosunkowo dużego otwarcia zaworu GR (udział spalin ponad 4%) poziom emisji NO x badanego silnika, w stosunku do uro III, pozostaje w dalszym ciągu przekroczony o około 5%. Należy zauważyć, że zwiększenie GR do około 4% spowodowało obniżenie emisji NO x o około 33%. Oceny parametrów procesu spalania dla każdego punktu testu i każdej nastawy zaworu GR dokonano na podstawie wartości ciśnień w cylindrze dla uśrednionych dziesieciu przebiegów. Zgodnie z oczekiwaniami największą wartość ciśnienia w cylindrze uzyskano przy zamkniętym zaworze GR. CO, NOx [g/km] 8 7 6 5 4 3 2 1 CO NOx CO-limit NOx-limit HC PM HC-limit PM-limit 5, NOx 2,1 CO,7,66 HC,6,13 PM,1, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Rys. 5. misja poszczególnych związków w teście SC Fig. 5. mission in SC cycle,5,4,3,2 HC, PM [g/km] CO [ppm] CO [ppm] CO [ppm] 1 1 75 5 CO-192Nm CO-64Nm n=22 obr/min CO-127Nm 2 4 6 8 n=28 obr/min CO-188Nm CO-1Nm CO-63Nm 4 35 3 2 1 5 2 4 6 8 18 12 9 6 3 n=34 obr/min CO-169Nm CO-57Nm CO-112Nm 2 4 6 8 Rys. 4. misja CO w fazach testu SC Fig. 4. CO emission in each phase of SC cycle Stopniowe zwiększanie recyrkulacji spalin powodowało obniżanie wartości maksymalnego ciśnienia w cylindrze. Podobne zmiany zaobserwowano dla przebiegu szybkości przyrostu ciśnienia w cylindrze. Tutaj największe wartości odnotowano również dla spalania przy zamkniętym zaworze GR. Na rysunkach 6 i 7 przedstawione są przykładowe przebiegi omawianych wielkości dla siódmego punktu testu SC przy różnych ustawieniach zaworu GR. Podobne tendencje zaobserwowano rónież dla pozostałych badanych punktów pracy silnika. 1 1 1

P cyl [bar] 9 8 7 6 5 4 3 mm GR 2mm GR 4mm GR 6mm GR 8mm GR 1mm GR 2 1-6 -5-4 -3-2 -1 1 2 3 4 5 6 Kąt OWK [ o ] Rys. 6. Przebieg ciśnienia w cylindrze w siódmej fazie testu SC z i bez GR Fig. 6. Cylinder Pressure in seventh phase of SC test with and without GR 1 dp/dα [bar/owk ] dp/dalfa [ bar/owk ] 8 6 4 2-2 mm GR 2mm GR 6mm GR 8mm GR 1mm GR -4-6 -6-5 -4-3 -2-1 1 2 3 4 5 6 Kąt OW K [ o ] Rys. 7. Wartości przyrostów ciśnień w siódmej fazie testu SC z i bez GR Fig. 7. Cylinder pressure rise in seventh phase of SC test with and without GR W badanym silniku sytuacja jest bardzo niekorzystna, bowiem przekroczenie limitu emisji CO przy zamkniętym zaworze GR uniemożliwia praktycznie otwieranie zaworu. GR. Nie mniej otrzymane wyniki są interesujące z punktu widzenia poszukiwania wspomnianej we wstępie funkcji sterującej natężeniem GR-u. 4. Propozycja kryterium wyboru wartości GR Z matematycznego punktu widzenia funkcja kryterialna, w oparciu o którą ustalana będzie wartość GR-u, powinna mieć postać ułatwiającą stosowanie metod optymalizacyjnych. Przy właściwej wartości GR-u powinna posiadać jedno, silne ekstremum. Z fizycznego punktu widzenia powinna uwzględnić co najmniej trzy czynniki. Jeżeli przy GR= nastąpi przekroczenie emisji NO x natomiast w emisji pozostałych składników spalin występuje zapas, to czynnikami tymi powinny być:

zmiany w emisji każdego składnika, wywołane wprowadzeniem GR, szkodliwość analizowanego związku, zapas względem wartości dopuszczalnej (lub jej przekroczenie). Z matematycznego punktu widzenia najwygodniej jest powiązać te czynniki sumą lub iloczynem. Zmiany emisji w punkcie pracy silnika (określonym przez parę: n, M o ) najprościej wyrazić jest w postaci różnicy w emisji i wywołanej wprowadzeniem recyrkulacji, odniesionej do przypadku GR=, tj.,i. Ze względu na znaczne różnice liczbowe wartości emisji dopuszczalnej, najlepiej wyrazić ją w postaci unormowanej, gdzie normą może być wartość,i. W ten sposób zmiany w emisji mogą być opisane wyrażeniem: i,i,i. W potocznym języku pojęcie szkodliwość rozumiane jest jednoznacznie. W odniesieniu do analizowanych składników spalin ich obecność w powietrzu negatywnie działa na zdrowie, pogarsza widoczność, itp. Do wyznaczenia miary szkodliwości poszczególnych składników spalin można wykorzystać istniejące normy. Niezależnie od przesłanek, którymi kierował się ustawodawca przyjmując wartości dopuszczalne emisji, interpretować je należy jako granicę, przekroczenie której wywołuje niekorzystne zmiany, np. zdrowotne. Znaczne różnice w wartościach dopuszczalnych świadczą o ich zróżnicowanej szkodliwości. Związek, którego wartość dopuszczalna jest najmniejsza musi być zarazem najbardziej szkodliwy, gdyż jego mała ilość wywołuje taki sam skutek zdrowotny jak związek o dużej wartości dopuszczalnej. Fakt ten powinien być uwzględniony w kryterium, np. poprzez wprowadzenie swego rodzaju współczynnika szkodliwości, czy też ważności, oznaczanego dalej prze x w. Kierując się tylko intuicją można żądać, aby współczynnik ten miał charakter względny tzn., aby jego wartości mieściły się w przedziale 1. Jeżeli obliczyć sumę wartości dopuszczalnych emisji w teście wszystkich związków S L i od niej odjąć wartość limitu emisji analizowanego, i-tego związku, to otrzymana różnica musi przypadać na pozostałe związki. Ponieważ analizowane są wartości graniczne (mimo różnic w wartościach dopuszczalnych wywołują taki sam skutek) różnicę tą należy rozdzielić równomiernie na pozostałe związki, tzn. podzielić przez (I-1) gdzie I ilość analizowanych składników szkodliwych (w tym przypadku I=4), jednak nie przez wartość bezwzględną, lecz względną, unormowaną do wartości S L. Opisaną operację ujmuje wyrażenie: x w,i S,i 1 =. S I 1 Suma wartości wszystkich współczynników powinna być równa 1. Fakt przekroczenia emisji dopuszczalnej i-tego składnika można łatwo wyrazić ilorazem o,i postaci: x p,i =. Ma on charakter względny i jest współczynnikiem przekroczenia dopuszczalnego normą limitu. Zapas emisji można zapisać jako: o,i. Wyrażenie to przyjmuje wartość ujemną, gdy emisja w teście przy GR= jest mniejsza od wartości dopuszczalnej. Kierując się nieco intuicją oraz metodą prób omówione wyżej składniki połączono w postać iloczynu a następnie utworzono sumę, łączącą związki zawarte w spalinach, o postaci:

u,i i i,i f (GR) = x w,i, x gdzie dodatkowo wprowadzono udziały wagowe u i. i p,i, i punkt 1, -,2 -,4 -,6 -,8 2 4 6 8 punkt 3, -,1 -,2 -,3 -,4 2 4 6 8 punkt 4, -,2 -,4 -,6 2 4 6 8 punkt 5, -,2 -,4 -,6 -,8 -,1 2 4 6 8, -,1 -,2 -,3 punkt 6 -,4 2 4 6 8, -,5 -,1 -, punkt 9 2 4 6 8 punkt 7, -,5 -,1 2 4 6 8 1 punkt 11, -,2 -,4 -,6 2 4 6 8 punkt 12,,1,5, 2 4 6 8 punkt 13, -,2 -,4 -,6 -,8 2 4 6 8 Rys. 8. Przebieg proponowanej funkcji w punktach testu SC Fig. 8. Propose controlling function in each phase of SC cycle Dopuszczalne wartości emisji wymienionych związków, zawarte w normach, np. URO III, obejmują warunki pracy silnika określone odpowiednimi regulaminami, np. test jezdny,

13-fazowy wg C R83. Do analizy przyjęto URO III, której wartości dopuszczalne zamieszczono w kolumnie Limit tablicy 2. W tablicy tej zamieszczono również wartości współczynników występujących w funkcji kryterialnej, obliczone w oparciu o uzyskane wyniki badań. Wykorzystano je do obliczenia funkcji f(gr) w każdym punkcie testu (poza punktami z charakterystyki zewnętrznej, w których RGR=). Jej kształt zamieszczono na rysunku 8. Tablica 2. Wartości współczynników funkcji kryterialnej wyznaczone w oparciu o wyniki badań Coefficient amount controlling function enumerate from research Limit Udział wagowy Współczynnik ważności Współczynnik przekroczenia g/km u i x w,i x p,i CO 2,1,266,245 1,235774 HC,66,84,35,13651 NO x 5,,634,122 1,82917 PM,13,16,328,9753 Suma 7,89 1 1 W uwagach dotyczących przebiegu funkcji autorzy chcą podkreślić dwa aspekty: matematyczny i silnikowy. W aspekcie matematycznym należy podkreślić, że we wszystkich punktach testu funkcja ma przebieg zbliżony bardzo do monotonicznego. Odchylenia od takiego przebiegu, obserwowane w punktach 4, 5, i 6 są niewielkie i nie powinny zakłócać wyznaczania ekstremum metodami matematycznymi. Po drugie funkcja ta posiada jedno, wyraźne ekstremum. Wprawdzie w niektórych punktach nie zostało ono osiągnięte, jednak zapewne dlatego, że podczas eksperymentu nie zrealizowano tak dużego otwarcia zaworu GR. Patrząc na przedstawione przebiegi w aspekcie silnikowym należy podkreślić ich poprawność. Układ wartości GR, przy których funkcja osiąga ekstremum (minimum) odpowiada temu, co realizowane jest w praktyce. Generalnie jest tak, że wraz ze zmniejszaniem obciążenia silnika ekstremum pojawia się przy coraz to większych wartościach GR. Jedyne odstępstwo obserwuje się w punkcie 12-tym testu. Funkcja, zamiast monotonicznie maleć jak we wszystkich pozostałych punktach, monotonicznie rośnie. Fakt ten nie musi oznaczać jakiegoś błędu. Punkt 12-sty leży najbliżej charakterystyki zewnętrznej i w obszarze tym recyrkulacja spalin nie jest już wymagana (jest wręcz niepożądana). Zaprezentowane wyniki dotyczą jednego silnika, jednego przypadku eksperymentalnego i w związku z tym nie muszą zawierać uogólnienia. Jednak wyglądają bardzo zachęcająco i dlatego autorzy przedstawiają ją jako propozycję do dyskusji nad kryterium, w oparciu o które wyznaczany będzie wymagany strumień recyrkulacji spalin. Literatura [1] [1] Merkisz J.: kologiczne problemy silników spalinowych, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, Poznań 1999.