Ocena właściwości dynamicznych silnika z doładowaniem zakresowym

Podobne dokumenty
Ocena możliwości prawidłowego kształtowania współpracy silnika trakcyjnego z turbosprężarkami

Koncepcja sterowania podziałem obciążenia dwóch różnych turbosprężarek pracujących w układzie równoległym

Two-phase sequential turbocharging system with two unequal-size turbochargers. Possibilities for development

Kryteria oceny prawidłowości współpracy turbosprężarek z silnikiem w doładowaniu zakresowym

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

ZESZYTY NAUKOWE NR 10(82) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE

Silnik AHU. Jałowy bieg (ciepły silnik, temperatura płynu chłodzącego nie niższa niż 80 C. Numer 0 (dziesiętne wartości wskazań)

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

ELASTYCZNOŚĆ SILNIKA ANDORIA 4CTI90

Charakterystyki prędkościowe silników spalinowych

Wykaz ważniejszych oznaczeń i skrótów Wprowadzenie... 13

Silnik AFB AKN. Jałowy bieg (ciepły silnik, temperatura płynu chłodzącego nie niższa niż 80 C. Numer 0 (dziesiętne wartości wskazań)

I. Kontrola stanu technicznego układu wydechowego i poziomu hałasu zewnętrznego podczas postoju pojazdu. Kontrola organoleptyczna - I etap

Pomiar zadymienia spalin

OCENA WŁAŚCIWOŚCI EKSPLOATACYJNYCH DOŁADOWANYCH SILNIKÓW ROLNICZYCH

OKREŚLENIE WPŁYWU WYŁĄCZANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI NA ZMIANY SYGNAŁU WIBROAKUSTYCZNEGO SILNIKA

Silnik AKU. Jałowy bieg (ciepły silnik, temperatura płynu chłodzącego nie niższa niż 80 C). Numer 0 (dziesiętne wartości wskazań)

Silniki AJM ARL ATD AUY

METODYKA BADAŃ MAŁYCH SIŁOWNI WIATROWYCH

PL B1 STEFANIAK ZBYSŁAW T. M. A. ZAKŁAD INNOWACJI TECHNICZNYCH, ELBLĄG, PL BUP 02/ WUP 04/10

Bloki wartości mierzonych sterownika -J361-, silnik AEH, AKL

ĆWICZENIE 15 BADANIE WZMACNIACZY MOCY MAŁEJ CZĘSTOTLIWOŚCI

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA, Kraków, PL BUP 07/09

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

PRÓBA POPRAWY WSKAŹNIKÓW EKONOMICZNYCH SILNIKA TURBODOŁADOWANEGO

Elektronika samochodowa (Kod: ES1C )

ELASTYCZNOŚĆ WSPÓŁCZESNYCH SILNIKÓW O ZAPŁONIE ISKROWYM

Silniki AGP AGR AHF ALH AQM ASV

Adam DANIELCZOK Andrzej BIENIEK Ireneusz HETMAŃCZYK. 1. Wprowadzenie. 2. Analiza teoretyczna

Temat /6/: DYNAMIKA UKŁADÓW HYDRAULICZNYCH. WIADOMOŚCI PODSTAWOWE.

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

METODY KSZTAŁTOWANIA WARUNKÓW WSPÓŁPRACY TURBOSPRĘŻARKI Z SILNIKIEM PRZEZNACZONYM DO NAPĘDU POJAZDÓW UŻYTKOWYCH I AUTOBUSÓW

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

TEMAT: PARAMETRY PRACY I CHARAKTERYSTYKI SILNIKA TŁOKOWEGO

PRZEGLĄD KONSTRUKCJI JEDNOFAZOWYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

PRZECIWZUŻYCIOWE POWŁOKI CERAMICZNO-METALOWE NANOSZONE NA ELEMENT SILNIKÓW SPALINOWYCH

Zespól B-D Elektrotechniki

HDI_SID807 Informacje o obwodzie paliwa

Układy zasilania samochodowych silników spalinowych. Bartosz Ponczek AiR W10

TWIN-TURBO TYPE OF SEQUENTIAL SYSTEM OF TURBOCHARGING

CZTEROKULOWA MASZYNA TARCIA ROZSZERZENIE MOŻLIWOŚCI BADAWCZYCH W WARUNKACH ZMIENNYCH OBCIĄŻEŃ

(13) B1 (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) PL B1. (54) Sposób sterowania zespołem pomp BUP 02/

CHARAKTERYSTYKA GĘSTOŚCI CZASOWEJ JAKO PODSTAWOWY CYKL OBCIĄŻEŃ W BADANIACH CIĄGNIKÓW ROLNICZYCH

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

Influence of algorithms of controlling turbo-charging unit on operational properties of an engine with sequential turbo-charging

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

Kongres Innowacji Polskich KRAKÓW

PL B1. PRZEDSIĘBIORSTWO CIMAT SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Bydgoszcz, PL BUP 04/16

Rafał WRONA. 1. Wstęp. 2. Analityczne metody oceny procesu rozpędzania i kryteria jakości

PL B1. ZAWADA HENRYK, Siemianowice Śląskie, PL ZAWADA MARCIN, Siemianowice Śląskie, PL BUP 09/13

PL B1. POLITECHNIKA POZNAŃSKA, Poznań, PL BUP 05/18. WOJCIECH SAWCZUK, Bogucin, PL MAŁGORZATA ORCZYK, Poznań, PL

ANALIZA PARAMETRÓW PRACY DWÓCH NOWOCZESNYCH SILNIKÓW TURBODOŁADOWANYCH

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

Seria Jubileuszowa. Rozwiązania informatyczne. Sprężarki śrubowe Airpol PRM z przetwornicą częstotliwości. oszczędność energii. ochrona środowiska

Analiza porównawcza metod pomiarowych badań skuteczności układów hamulcowych tramwajów

Parametry elektryczne i czasowe układów napędowych wentylatorów głównego przewietrzania kopalń z silnikami asynchronicznymi

Pytania na egzamin dyplomowy specjalność SiC

1. WSTĘP. Zeszyty Naukowe Akademii Morskiej w Gdyni Scientific Journal of Gdynia Maritime University

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

Układ napędowy. Silnik spalinowy CAT C27 Typ silnika CAT C 27. Zespół prądnic synchronicznych. Znamionowa prędkość obrotowa

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

ALGORYTMIZACJA MODELU DLA PROCESU TURBO CHŁODZENIA POWIETRZA DOŁADOWUJĄCEGO NA PRZYKŁADZIE TURBODOŁADOWANEGO SILNIKA O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM

1. BADANIA DIAGNOSTYCZNE POJAZDU NA HAMOWNI PODWOZIOWEJ

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

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

ZAKŁAD NAPĘDÓW LOTNICZYCH

ANALIZA CZĘSTOTLIWOŚCIOWA DRGAŃ CZYNNIKA ROBOCZEGO W UKŁADZIE DOLOTOWYM SILNIKA ZI

SPIS TREŚCI. Przedmowa... 8

BEZPIECZEŃSTWO TRANSPORTU SAMOCHODOWEGO

Instrukcja do ćwiczenia 6 REGULACJA TRÓJPOŁOŻENIOWA

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

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych. Układy rewersyjne

Schemat elektryczny Range Rover Evoque łatwiejsza naprawa dzięki cennym wskazówkom

Klimatyzacja samochodowa na dwutlenek węgla

LABORATORIUM SILNIKÓW SPALINOWYCH

STOCHOWSKA WYDZIAŁ IN

Akademia Górniczo- Hutnicza Im. Stanisława Staszica w Krakowie

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

MONITORING OF THE COMBUSTION PROCESS QUALITY OF THE TRACTIONAL DIESEL ENGINE IN THE EOBD REQUIREMENTS ASPECT

Badania wentylatora. Politechnika Lubelska. Katedra Termodynamiki, Mechaniki Płynów. i Napędów Lotniczych. Instrukcja laboratoryjna

Maksymalne obciążenie w zakresie momentu obrotowego (Nm) mocy: Niezależne od sprzęgła Samochód strażacki, pompa X X

MODERNIZACJA NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO WIRÓWKI DO TWAROGU TYPU DSC/1. Zbigniew Krzemiński, MMB Drives sp. z o.o.

Czas na nowe standardy pomiaru zużycia paliwa.

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

Próby ruchowe dźwigu osobowego

Wymagania edukacyjne Technologia napraw zespołów i podzespołów mechanicznych pojazdów samochodowych

BADANIE SILNIKA SKOKOWEGO

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLISKIEJ Górnictwo z JERZY ANTONIAK, STANISŁAW DEHBNICKI STANISŁAW DRAMSKE SPOSÓB BADANIA LIN NOŚNYCH HA ZMĘCZENIE

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Napęd hydrauliczny

POLITECHNIKA POZNAŃSKA Wydział Maszyn Roboczych i Transportu

BADANIA WPŁYWU PRACY PRZY KOMPUTERZE NA ZDOLNOŚĆ PROWADZENIA POJAZDÓW CIĘŻAROWYCH

Silniki ABZ/AEW/AKG/AKJ/AHC/AKH

SPOSÓB POMIARU EMISJI ZANIECZYSZCZEŃ GAZOWYCH ORAZ ZADYMIENIA SPALIN PODCZAS PRZEPROWADZANIA BADANIA TECHNICZNEGO POJAZDU

Zespół B-D Elektrotechniki. Laboratorium Silników i układów przeniesienia napędów

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

PL B1. GULAK JAN, Kielce, PL BUP 13/07. JAN GULAK, Kielce, PL WUP 12/10. rzecz. pat. Fietko-Basa Sylwia

ĆWICZENIE NR.6. Temat : Wyznaczanie drgań mechanicznych przekładni zębatych podczas badań odbiorczych

ANALIZA ENERGOCHŁONNOŚCI RUCHU TROLEJBUSÓW

Transkrypt:

ARCHIWUM MOTORYZACJI 2, pp. 141-151 (2005) Ocena właściwości dynamicznych silnika z doładowaniem zakresowym KRZYSZTOF DANILECKI Politechnika Szczecińska Katedra Eksploatacji Pojazdów Samochodowych W artykule przedstawiono układ doładowania zakresowego zabudowany na silniku SW-680. Przedstawiono metodykę badań silnika z doładowaniem zakresowym w warunkach nieustalonych obejmującą zarówno warunki prowadzenia pomiarów, jak i kryteria oceny właściwości dynamicznych silnika. Dokonano oceny wpływu sposobu sterowania zespołem doładowującym na właściwości dynamiczne silnika. Na podstawie uzyskanych charakterystyk procesów przejściowych określono wymagania dotyczące sposobu sterowania pracą turbosprężarek podczas przyspieszania. 1. Wstęp Brak sztywnego kinematycznego sprzężenia między silnikiem a turbosprężarką jest źródłem poważnej niedogodności, przejawiającej się szczególnie wyraźnie w przypadku silników trakcyjnych, które pracują w warunkach ciągłych zmian prędkości obrotowej oraz obciążenia. Duża bezwładność turbodoładowania przy gwałtownych zmianach obciążeń powoduje opóźnienia w uzyskaniu odpowiedniego momentu, wzrasta zużycie paliwa oraz elementów silnika, większa jest również emisja związków toksycznych [6]. Opóźnienia te są szczególnie widoczne w pierwszej fazie przyspieszania. Źródłem tych opóźnień w reakcji silnika turbodoładowanego na zmianę obciążenia jest niewłaściwe dopasowanie charakterystyki sprężarki do silnika. Przejawia się to szczególnie wyraźnie w czasie przyspieszania z zakresu obciążeń częściowych, a więc w obszarze charakterystyki sprężarki o małej sprawności. Przy doborze turbosprężarki do silnika należy dostosować jej charakterystykę przepływową do charakterystyki hydraulicznej silnika. Uzyskanie wymaganego przyspieszania silnika i turbosprężarki umożliwia przedstawiona w pracach [5], [7], [8], [10] metoda dynamicznego doboru do silnika. Metoda ta pozwala na uwzględnienie wpływu momentu bezwładności wirnika turbosprężarki. Z przedstawionych tam wyników badań wynika, że redukcja bezwładności wirnika turbosprężarki umożliwia zapewnienie jej odpowiednich przyspieszeń, a tym samym nadążanie z podawaniem powietrza niezbędnego podczas przyspieszania. Potwierdzeniem są istniejące współcześnie tenden-

142 K. Danilecki cje, które zmierzają do stosowania w silnikach trakcyjnych małogabarytowych turbosprężarek o zmiennej geometrii kierownicy turbiny VGT. Możliwości kształtowania charakterystyki silnika oraz poprawę jego właściwości dynamicznych stwarza również układ doładowania zakresowego (sekwencyjnego). Dotychczasowe badania nad doładowaniem zakresowym prowadzone w Katedrze Eksploatacji Pojazdów Samochodowych Politechniki Szczecińskiej [9] pozwoliły na uzyskanie wymaganych informacji o wpływie kompletacji turbosprężarek na wskaźniki pracy, co w rezultacie umożliwiło zwiększenie momentu obrotowego silnika na charakterystyce pełnej mocy oraz znaczną poprawę sprawności silnika przy uwzględnieniu i spełnieniu ograniczeń o charakterze wytrzymałościowo-cieplnym oraz ekologicznym. Ujawniły się jednak pewne wady analizowanego układu. Polegają one na nieciągłości charakterystyki ciśnienia doładowania oraz momentu obrotowego podczas pracy silnika w warunkach charakterystyki zewnętrznej. Niedogodność ta wynika ze sposobu włączania do pracy turbosprężarki drugiego zakresu, i jest przyczyną pogorszenia parametrów pracy silnika w tym obszarze charakterystyki. 2. Opis układu doładowania zakresowego Doładowanie zakresowe przedstawione w literaturze [1], [2] polega na zastosowaniu co najmniej dwóch turbosprężarek, najczęściej różnych wielkości, połączonych ze sobą równolegle oraz wyposażonych w układ zaworów sterujących ich pracą, włączanych sukcesywnie w miarę zapotrzebowania powietrza przez silnik, gdzie każda z turbin jest zasilana częścią opuszczających go spalin. 7 1 3 5 2 4 6 Rys. 1. Schemat układu doładowania zakresowego zbudowany w KEPS [3]: 1 - turbosprężarka większa pierwszego zakresu, 2 - turbosprężarka mniejsza drugiego zakresu, 3 rozgałęzienie z wymiennikiem impulsów, 4 - przepustnica między turbiną a silnikiem, 5 - przepustnica między sprężarką a silnikiem, 6 - kolektor dolotowy, 7 - wlot powietrza, Fig. 1. Scheme of range supercharging system constructed in KEPS [3]: 1 - bigger turbocompressor, 2 - smaller, second range turbocompressor, 3 - branching with impulses exchanger, 4 - throttling valve between compressor and engine, 5 - throttling valve between turbocompressor and engine, 6 - suction manifold, 7 - air inlet

Ocena właściwości dynamicznych silnika z doładowaniem zakresowym 143 Zastosowanie dwóch mniejszych turbosprężarek, w miejsce jednej dużej, pozwala na wzrost masy powietrza dostarczanego do silnika w zakresie niskich prędkości obrotowych. Zaletą badanego systemu doładowania są niskie koszty modernizacji, a także możliwość zastosowania seryjnie produkowanych turbosprężarek. Niedogodnością systemu doładowania zakresowego - wynikającą ze sposobu włączania drugiej turbosprężarki - jest nieciągłość ciśnienia doładowania oraz momentu obrotowego na charakterystyce zewnętrznej silnika. Schemat układu doładowania zakresowego przedstawiono na rysunku 1. Dokładny opis działania układu zawarty jest w [3]. Poddany analizie układ doładowania zakresowego, której wyniki z badań wstępnych przedstawiono w pracy [3], umożliwił znaczne zwiększenie momentu obrotowego w zakresie niskich prędkości obrotowych dzięki osiągniętym przyrostom ciśnienia doładowania przy niezmiennym dawkowaniu paliwa. Natomiast korekcja dawkowania układu wtryskowego umożliwiła zwiększenie maksymalnego momentu obrotowego o około 25%, który osiągnięto przy najniższej prędkości obrotowej. Zastosowanie układu doładowania zakresowego umożliwia zatem bardziej korzystne ukształtowanie charakterystyki zewnętrznej oraz poprawę zdolności do pokonywania wzniesień przez pojazd przy pełnym obciążeniu bez konieczności redukcji przełożeń skrzyni biegów. Ze względu na mniejszą bezwładność wirników zastosowanych turbosprężarek oczekiwać można również skrócenia czasu odpowiedzi sprężarki na wymuszenie spowodowane gwałtownym wzrostem obciążenia silnika. Przy czym reakcja silnika uzależniona będzie od sposobu sterowania pracą turbosprężarek podczas gwałtownego przyspieszania. Specjalnie do tego celu opracowany został system elektronicznego sterowania, umożliwiający sterowanie trybem pracy wg zaprogramowanych charakterystyk z możliwością jednoczesnej rejestracji przebiegu wybranych parametrów. Założenia systemu sterowania przedstawiono w [4]. 3. Metodyka przeprowadzania pomiarów Istniejące normy dotyczące badań silników zajmują się opisem warunków, metod badań, a także określeniem wielkości służących do oceny właściwości silników. Jednakże normy te dotyczą badań silników w stanach ustalonych przy stałej średniej prędkości obrotowej (średniej w zadanym przedziale czasowym w zakresie błędów wynikających z nierównomierności biegu silnika), stałym obciążeniu i ustalonych warunkach cieplnych silnika. Dlatego też oceny właściwości dynamicznych silnika SW-680 z doładowaniem zakresowym dokonano wg własnej metodyki. Badania te polegające na określeniu charakterystyk procesów przejściowych, czyli odpowiedzi układu silnik odbiornik, przy skokowej zmianie położenia elementu sterującego listwy zębatej pompy wtryskowej. Podczas prób rejestrowano dynamikę zmian prędkości obrotowej wału korbowego do czasu uzyskania równowagi momentów: obrotowego oraz odbiornika mocy.

144 K. Danilecki Warunki pomiarów: Pomiary przeprowadzono na stanowisku hamownianym z dołączonym obciążeniem silnika, symulowanym za pomocą hamulca znajdującego się na stanowisku pomiarowym, przy czym każdą próbę przeprowadzono w porównywalnych warunkach obciążenia. Badania obejmowały charakterystyki procesów przejściowych przy zadanym skoku listwy zębatej pompy wtryskowej z położenia biegu jałowego do zadanego położenia maksymalnego ustalonego za pomocą śruby mikrometrycznej umieszczonej w zderzaku maksymalnego dawkowania. Pomiary przeprowadzono w zakresie prędkości obrotowych od wartości dolnej (n 1 =650obr/min) do ustalonej wartości górnej (n 2 =0obr/min). Pomiary przeprowadzono dla następujących konfiguracji pracy zespołu doładowującego: próba przyspieszania przy pracującej jednej turbosprężarce, próba przyspieszania przy pracujących dwóch turbosprężarkach, próba przyspieszania w warunkach przełączania turbosprężarek. Każda próba pomiarowa składała się z szeregu następujących po sobie pojedynczych pomiarów. Kolejny pomiar wykonywano po powrocie silnika do warunków stanu ustalonego dla dolnej prędkości biegu jałowego (n 1 =650 obr/min). Wyniki z poszczególnych prób poddano obróbce statystycznej, uzyskując uśrednione przebiegi analizowanych parametrów. 0 1450 0 1350 0 1250 0 1 1 1050 0 950 0 850 750 650 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 95 105 t i [s] Rys. 2. Przykładowy przebieg próby pomiarowej przyspieszania silnika SW680 z systemem doładowania zakresowego przy pracującej jednej turbosprężarce: n prędkość obrotowa, p d ciśnienie doładowania, t i czas przyspieszania Fig. 2. Hypothetical process of SW680 engine acceleration measuring test with sequential turbocharging with one operating turbocharger: n engine speed, p d supercharging pressure, t i acceleration time

Ocena właściwości dynamicznych silnika z doładowaniem zakresowym 145 0 1450 0 1350 0 1250 0 1 1 1050 0 950 0 850 750 650 p d [kpa] 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 95 105 t i [s] Rys. 3. Przykładowy przebieg próby pomiarowej przyspieszania silnika SW680 z systemem doładowania zakresowego przy pracujących dwóch turbosprężarkach: n prędkość obrotowa, p d ciśnienie doładowania, t i czas przyspieszania Fig. 3. Hypothetical process of SW680 engine acceleration measuring test with sequential turbocharging with two operating turbochargers: n engine speed, p d supercharging pressure, t i acceleration time 0 p d [kpa] 0 0 0 0 1 0 zawór wł. zawór wył. 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 95 105 t i [s] Rys. 4. Przykładowy przebieg próby pomiarowej przyspieszania silnika SW680 z systemem doładowania zakresowego w warunkach przełączania turbosprężarek: n prędkość obrotowa, p d ciśnienie doładowania, t i czas przyspieszania Fig. 4. Hypothetical process of SW680 engine acceleration measuring test with sequential turbocharging during turbocharger change-over: n engine speed, p d supercharging pressure, t i acceleration time

146 K. Danilecki Wielkości mierzone: Prędkość obrotowa, mierzona przy zastosowanej metodzie z dokładnością ± 2%, przy czym pomiar realizowano dwa razy na obrót wału korbowego. Pozwoliło to na uniknięcie błędów wynikających z nierównomierności biegu silnika. Ciśnienie w kolektorze dolotowym, wytwarzane przez zespół doładowujący. Zastosowana metoda umożliwiała dokonanie pomiarów z dokładnością ± 2-3%. Przykładowe przebiegi prób przyspieszania dla analizowanych konfiguracji pracy układu doładowującego przedstawiono na rysunkach 2, 3 i 4. Wyniki pojedynczych pomiarów dla każdej z prób pomiarowych poddano obróbce statystycznej, a następnie określono uśrednione przebiegi prędkości obrotowej oraz ciśnienia doładowania, które przedstawiono na rysunkach 5, 6 i 7. 0 0 0 0 0 1 0 0 n - 1 pomiar n - 2 pomiar n - 3 pomiar n - 4 pomiar n - 5 pomiar n - średnie pd - 1 pomiar pd - 2 pomiar pd - 3 pomiar pd - 4 pomiar pd - 5 pomiar pd - średnie 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t i [s] Rys. 5. Uśrednione przebiegi prędkości obrotowej oraz ciśnienia doładowania podczas przyspieszania silnika SW680 z systemem doładowania zakresowego przy pracującej jednej turbosprężarce: n prędkość obrotowa, p d ciśnienie doładowania, t i czas przyspieszania Fig. 5. Averaged changes of engine speed and supercharging pressure during SW680 engine acceleration with sequential turbocharging with one operating turbocharger: n engine speed, p d supercharging pressure, t i acceleration time

Ocena właściwości dynamicznych silnika z doładowaniem zakresowym 147 0 p d [kpa] 0 0 0 0 1 0 0 n - 1 pomiar n - 3 pomiar n - 5 pomiar pd - 1 pomiar pd - 3 pomiar pd - 5 pomiar n - 2 pomiar n - 4 pomiar n - średnie pd - 2 pomiar pd - 4 pomiar pd - średnie 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t i [s] Rys. 6. Uśrednione przebiegi prędkości obrotowej oraz ciśnienia doładowania podczas przyspieszania silnika SW680 z systemem doładowania zakresowego przy pracujących dwóch turbosprężarkach: n prędkość obrotowa, p d ciśnienie doładowania, t i czas pomiaru Fig. 6. Averaged changes of engine speed and supercharging pressure during SW680 engine acceleration with sequential turbocharging with two operating turbochargers: n engine speed, p d supercharging pressure, t i acceleration time 0 0 0 0 0 1 0 0 n - 1 pomiar n - 3 pomiar n - 5 pomiar pd - 1 pomiar pd - 3 pomiar pd - 5 pomiar n - 2 pomiar n - 4 pomiar n - średnie pd - 2 pomiar pd - 4 pomiar pd - średnie 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ti [s] Rys. 7. Uśrednione przebiegi prędkości obrotowej oraz ciśnienia doładowania podczas przyspieszania silnika SW680 z systemem doładowania zakresowego w warunkach przełączania turbosprężarek: n prędkość obrotowa, p d ciśnienie doładowania, t i czas pomiaru Fig. 7. Averaged changes of engine speed and supercharging pressure during SW680 engine acceleration with sequential turbocharging during turbocharger change-over: n engine speed, p d supercharging pressure, t i acceleration time

148 K. Danilecki 4. Ocena wpływu sposobu sterowania zespołem doładowującym na właściwości dynamiczne silnika Przy ocenie właściwości dynamicznych silnika dla analizowanych konfiguracji pracy zespołu doładowującego przyjęto, że podstawą porównania jest czas narastania prędkości obrotowej wału korbowego silnika od prędkości początkowej do końcowej w porównywalnych warunkach obciążenia przy skokowej zmianie położenia listwy zębatej pompy wtryskowej. Krótszy czas osiągnięcia założonego górnego przedziału prędkości obrotowej wskazuje na korzystniejsze warunki spalania sprzyjające szybszemu narastaniu momentu obrotowego podczas przyspieszania. Zestawienie uśrednionych przebiegów przyspieszeń badanego silnika SW-680 pokazano na rysunku 8, na którym prędkość obrotowa n oraz ciśnienie doładowania p d przdstawione są w odpowiadającym im jednostkach. Z porównania widać, że dynamika silnika dla analizowanych konfiguracji pracy zespołu doładowującego w początkowej fazie przyspieszania jest porównywalna. Największe różnice uwidaczniają się w końcowej fazie, w której najszybszym przyrostem prędkości charakteryzuje się silnik z pracującą jedną turbosprężarką. Wynika to z korzystniejszych warunków spalania występujących przy szybszym narastaniu ciśnieniach doładowania. 0 0 0 0 0 1 0 0 n - śr. jedna turbosprężarka n - śr. dwie turbosprężarki n - śr. przełączanie turbosprężarek pd - śr. jedna turbosprężarka pd - śr. dwie turbosprężarki pd - śr. przełączanie turbosprężarek 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ti [s] Rys. 8. Porównanie średnich przebiegów prędkości obrotowej oraz ciśnienia doładowania podczas przyspieszania silnika SW680 dla analizowanych konfiguracji pracy zespołu doładowującego: n prędkość obrotowa, p d ciśnienie doładowania, t i czas przyspieszania Fig. 8. Comparison of average changes of engine revolutions and supercharging pressure during SW680 engine acceleration for analysed configurations of supercharging unit: n engine speed, p d supercharging pressure, t i acceleration time

Ocena właściwości dynamicznych silnika z doładowaniem zakresowym 149 Mniejszy deficyt powietrza nie ogranicza wytworzonego przez silnik momentu obrotowego. Potwierdzeniem tego może być rejestrowany w tym czasie przebieg zadymienia spalin, które spośród analizowanych przypadków jest najniższe w całym okresie przyspieszania. Jednocześnie daje się zauważyć skokową zmianę ciśnienia doładowania w momencie przełączania zespołu doładowującego na pracę z jedną turbosprężarką, które spada nawet poniżej wartości ciśnienia podczas przyspieszania z dwiema pracującymi turbosprężarkami. Następnie ciśnienie wzrasta do wartości występującej podczas przyspieszania z jedną turbosprężarką. Towarzyszy temu również zauważalny spadek prędkości obrotowej. Podczas przyspieszania silnika z jedną pracującą turbosprężarką silnik osiąga górny przedział prędkości po czasie wynoszącym 5,6 [s], podczas gdy dla silnika przyspieszającego z dwiema turbosprężarkami oraz w warunkach przełączania turbosprężarek czasy te wynoszą odpowiednio 8 oraz 7,4 [s]. Dla uogólnienia kryteriów oceny, prędkość obrotową oraz ciśnienie doładowania można przedstawić w wartościach względnych wyrażonych w procentach, co przedstawiono na rysunku 9. Przy czym za zero procent przyjęto wartości początkowe, natomiast za % przyjęto wartości końcowe analizowanych parametrów, odpowiadające warunkom stanu ustalonego. n [%] 80 70 60 50 40 30 20 10 n - śr. jedna turbosprężąrka n - śr. dwie turbosprężarki n - śr. przełączanie turbosprężarek pd - śr. jedna turbosprężarka pd - śr. dwie turbosprężarki pd - śr. przełączanie turbosprężąrek pd [%] 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 0 1 2 3 4 5 6 ti [s] Rys. 9. Porównanie w wartościach względnych średnich przebiegów prędkości obrotowej oraz ciśnienia doładowania podczas przyspieszania silnika SW680 dla analizowanych konfiguracji pracy układu doładowującego: n prędkość obrotowa, p d ciśnienie doładowania, t i czas przyspieszania Fig. 9. Comparison in absolute values of average changes of engine revolutions and supercharging pressure during SW680 engine acceleration for analysed configurations of supercharging unit: n engine speed, p d supercharging pressure, t i acceleration time

K. Danilecki Określono przy tym stały przedział czasowy, który dla wszystkich prób pomiarowych wynosi 5,6 [s]. Analizując krzywe przyspieszeń silnika przy założonych stałych przedziałach czasowych widać, że przy współpracy silnika z dwiema turbosprężarkami oraz w warunkach przełączania osiąga on niższe prędkości maksymalne niż przy współpracy z jedna turbosprężarką. Takie przyjęcie kryteriów oceny w opinii autora odzwierciedla rzeczywiste właściwości dynamiczne silnika. Podczas próby przyspieszania, przy współpracy silnika z jedną turbosprężarką osiągnął on w czasie pomiaru t i =5,6 [s] prędkość obrotową n=0 [obr/min], co odpowiada % górnego przedziału prędkości i ciśnienie doładowania p d =141 [kpa], co stanowi 97% maksymalnego ciśnienia osiągniętego w tej próbie. Gorszymi właściwościami dynamicznymi charakteryzował się silnik, gdy system sterowania włączył do pracy dwie turbosprężarki. Po czasie pomiarowym równym ti=5,6 [s] silnik współpracujący z układem doładowującym przy tej konfiguracji osiągnął prędkość obrotową wału korbowego n=1477 [obr/min], co odpowiada 96% górnego przedziału prędkości i ciśnienie doładowania p d =126 [kpa], co stanowi 96% maksymalnego ciśnienia osiągniętego w próbie przyspieszania z dwiema turbosprężarkami. Przy przyspieszaniu, gdy system sterowania dokonał przełączenia turbosprężarek z dwóch w początkowej fazie na jedną w końcowej, po czasie pomiarowym t i =5,6 [s] silnik osiągnął prędkość obrotową wału korbowego n=1480 [obr/min], co odpowiada 96% górnego przedziału prędkości i ciśnienie doładowania p d =138 [kpa], co stanowi 92% maksymalnego ciśnienia osiągniętego w tej próbie przyspieszania. Znacznie mniejsza szybkość narastania ciśnienia doładowania wyrażonego w procentach na początku przyspieszania (rys. 9) wynika z określania dynamiki jego zmian w stosunku do maksymalnego ciśnienia w każdej próbie, które w końcowej fazie w wyniku przełączenia turbosprężarek osiąga wartości zbliżone do ciśnienia uzyskiwanego podczas próby przyspieszania z jedną turbosprężarką. 5. Podsumowanie Przeprowadzone próby pomiarowe wskazują na znaczny wpływ sposobu sterowania pracą turbosprężarek na właściwości dynamiczne silnika z doładowaniem zakresowym. Największe różnice w przebiegu charakterystyk procesów przejściowych uwidaczniają się w pierwszej fazie przyspieszania, szczególnie podczas pracy silnika w warunkach przełączania turbosprężarek. Widoczny jest wówczas wyraźny spadek ciśnienia doładowania. Ciśnienie przy tym spada poniżej wartości występującej podczas przyspieszania z dwiema turbosprężarkami. Spadkowi ciśnienia towarzyszy chwilowe zmniejszenie prędkości obrotowej. Tak znaczny spadek ciśnienia wynika z bezwładności turbosprężarki włączanej do pracy i wskazuje na konieczność modyfikacji algorytmu programu sterującego. Zmiany te polegać miałyby na stopniowym otwieraniu zaworu sterującego przepływem spalin podczas przełączania. W początkowej fazie przełączania spaliny powinny być wykorzystane jedynie do rozpędzenia wirnika włączanej turbosprężarki. Konieczne jest również zastosowanie układu chro-

Ocena właściwości dynamicznych silnika z doładowaniem zakresowym 151 niącego włączaną sprężarkę przez przekroczeniem granicy pompowania. Działania te powinny przyczynić się do zmniejszenia obciążeń dynamicznych wirników turbosprężarek oraz ograniczyć spadki ciśnienia w fazie przełączania. Literatura [1] BLUHM K., GANZ M., VOGHT R.: Erfahrungen mit der Registeraufladung in einer Reiselimousine. Aufladetechnische Konferenz, Zurich 1988. [2] BORILA Y.G.: A sequential turbocharging method for highly-rated truck diesel engines. SAE Paper 874. [3] DANILECKI K.: Kształtowanie charakterystyki zewnętrznej silnika z wtryskiem bezpośrednim przy zastosowaniu doładowania zakresowego. Praca doktorska, Politechnika Szczecińska, Szczecin 1996. [4] DANILECKI K.: Определение характеристики регулирования давления на впуске автомобильного дизеля с системой секвенционного турбонаддува. Problems of Applied Mechanics International Scientific Journal, Nr 4(17)/2004, Georgian Committee of The International Federation For The Promotion of Mechanism And Machine Science. Gruzja, Tbilisi 2004. [5] ДОБРОВОЛЬСКИЙ В.В., НАЛИВАЙКО В.С.: Упрощенный расчет переходного режима двигателя с импульсным газотурбинным наддувом. Двигатели внутреннего сгорания, вып.36,1977. [6] NIEWIAROWSKI K., WISŁOCKI K.: Wpływ doładowania na wskaźniki pracy trakcyjnych silników wysokoprężnych. Silniki Spalinowe, 4/1988. [7] MYSŁOWSKI J.: Wpływ bezwładności wirnika turbodoładowarki na zdolność przyspieszania silnika wysokoprężnego z wtryskiem bezpośrednim. Praca doktorska, Szczecin-Łódź 1971. [8] MYSŁOWSKI J.: Dobór turbosprężarki do szybkoobrotowego silnika wysokoprężnego. Silniki spalinowe, 1/1974. [9] MYSŁOWSKI J., DANILECKI K.: Wpływ kompletacji turbosprężarek na parametry pracy silnika SW-680 z układem doładowania zakresowego. Teka Komisji Naukowo-Problemowej Motoryzacji. Konstrukcja, badania, eksploatacja, technologia pojazdów samochodowych i silników spalinowych. Polska Akademia Nauk, Oddział w Krakowie, Zeszyt 8, Kraków 1996. [10] MYSŁOWSKI J.: Doładowanie silników. WKŁ, Warszawa 2002. Assessment of dynamic properties of the engine with range supercharging S u m m a r y The system of range supercharging installed on SW-680 engine is presented in the paper. Methodology of engine tests with range supercharging in non-stationary state covering conditions for taking measurements as well as criteria for assessment of the engine dynamic properties are presented. Assessment of effect of supercharging unit control system on engine dynamic properties was performed. Basing on characteristics gained from the transitional processes requirements for turbocharger control system during acceleration stage were defined.