Ocena parametrów użytkowych wtryskiwaczy piezoelektrycznych na podstawie badań wizualizacyjnych procesu rozpylania paliwa

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

Pakiet cetanowo-detergentowy do uszlachetniania olejów napędowych przyjaznych środowisku

BADANIA WIZUALIZACYJNE JAKO METODA OCENY PARAMETRÓW WTRYSKU PALIWA DO SILNIKÓW O ZS

Evaluation of difference between controling signal and injector response time in liquid fuel direct injection systems

Research and analysis of the influence of the injection pressure on spraying fuel in the chamber about the fixed volume

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

STANOWISKO BADAWCZE WTRYSKOWYCH UKŁADÓW COMMON RAIL ZASILANYCH PALIWAMI RÓŻNEGO TYPU

Badawcza ocena wpływu rozpylenia paliw węglowodorowych na tworzenie się ognisk samozapłonu oraz przebieg procesów przedpłomiennych

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

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

Rok akademicki: 2014/2015 Kod: SEN EW-s Punkty ECTS: 5. Kierunek: Energetyka Specjalność: Energetyka wodorowa

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

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

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(88)/2012

1. Wprowadzenie 1.1. Krótka historia rozwoju silników spalinowych

2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych

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

Komputerowo wspomagane stanowisko do wyznaczania parametrów wtrysku paliwa

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 170

Problems of determining of fuel spray geometric parameters when based on optical investigations

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(88)/2012

WPŁYW MIESZANIN ETANOLU Z OLEJEM NAPĘDOWYM NA EMISJĘ WYBRANYCH SKŁADNIKÓW SPALIN

CZYNNIKI KSZTAŁTUJĄCE PROCES KOKSOWANIA WTRYSKIWACZY UKŁADU PALIWOWEGO SILNIKÓW O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM

ENGINE TESTS FOR COKING AND CONTAMINATION OF MODERN MULTI- INJECTION INJECTORS OF HIGH-PRESSURE FUEL SUPPLIES COMPRESSION- IGNITION ENGINE

WPŁYW STABILNOŚCI TERMOOKSYDACYJNEJ BIOKOMPONENTÓW ON NA PRACĘ UKŁADU WYSOKOCIŚNIENIOWEGO WTRYSKU PALIWA TYPU COMMON RAIL

Problemy eksploatacyjne silników badawczych CFR Waukesha

Wydział Mechaniczny. INSTYTUT EKSPLOATACJI POJAZDÓW I MASZYN tel.

BADANIE WŁAŚCIWOŚCI SAMOZAPŁONOWYCH PALIW ZASTĘPCZYCH NA PODSTAWIE SPALANIA W KOMORZE O STAŁEJ OBJĘTOŚCI

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

Wymagania edukacyjne Technologia napraw zespołów i podzespołów mechanicznych pojazdów samochodowych

Wykaz ważniejszych oznaczeń i skrótów Wprowadzenie... 13

WPŁYW CIŚNIENIA WTRYSKU I LEPKOŚCI OLEJU NAPĘDOWEGO NA PROCES ROZPYLENIA PALIWA W SILNIKACH Z ZS

Problemy związane z tworzeniem się osadów na elementach układów wtryskowych nowoczesnych silników Diesla przyczyny, metody badań, przeciwdziałanie

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

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

EKSPERYMENTALNE I NUMERYCZNE BADANIA ROZPYLENIA BENZYNY Z WYKORZYSTANIEM DWÓCH WTRYSKIWACZY WYSOKOCIŚNIENIOWYCH

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

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

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

Problemy z silnikami spowodowane zaklejonymi wtryskiwaczami Wprowadzenie dodatku do paliwa DEUTZ Clean-Diesel InSyPro.

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

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

Czyszczenie silnika benzynowego w samochodzie marki Fiat Punto 1.2

Rozwój silników Diesla

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

Ocena stabilności oksydacyjnej paliw do silników o zapłonie samoczynnym według projektowanych wymagań CEN

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

Przegląd Eksperci od silników Diesla

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

NUMERYCZNA SYMULACJA WPŁYWU PODZIAŁU DAWKI PALIWA NA JEGO ROZPYLENIE W UKŁADZIE WYSOKOCIŚNIENIOWEGO WTRYSKU BENZYNY

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

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

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

Nowe narzędzia badawcze do oceny właściwości użytkowych paliw do silników o zapłonie samoczynnym

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

Oferta badawcza. XVI Forum Klastra Bioenergia dla Regionu 20 maja 2015r. dr inż. Anna Zamojska-Jaroszewicz

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

Wykorzystanie LNG do zasilania pojazdów mechanicznych. Rafał Gralak

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

WPŁYW ZASILANIA PALIWEM MIKROEMULSYJNYM NA PROCES JEGO WTRYSKU W SILNIKU O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM

Kierunki zmian jakości paliw i biopaliw ciekłych

BADANIA ZUŻYCIA ELEMENTÓW UKŁADU WTRYSKOWEGO SILNIKA O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM ZASILANEGO PALIWAMI ROŚLINNYMI

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

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

Elektronika samochodowa (Kod: ES1C )

Streszczenie. Abstract

Wpływ dodatku oleju rzepakowego do paliwa na charakterystykę pracy wtryskiwaczy elektromagnetycznych

Kongres Innowacji Polskich KRAKÓW

ISBN

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

Charakterystyki prędkościowe silników spalinowych

Warszawa, dnia 30 czerwca 2017 r. Poz ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ENERGII 1) z dnia 12 czerwca 2017 r.

SŁAWOMIR LUFT, TOMASZ SKRZEK *

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

Mechanika i Budowa Maszyn Studia pierwszego stopnia

Transport I stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny) studia niestacjonarne (stacjonarne / niestacjonarne)

Laboratorium LAB3. Moduł pomp ciepła, kolektorów słonecznych i hybrydowych układów grzewczych

Doświadczenia w eksploatacji gazomierzy ultradźwiękowych

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(97)/2014

Mechanika i Budowa Maszyn II stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 3(89)/2012

OCENA ZUŻYCIA PALIWA PRZEZ SILNIK O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM PRZY ZASILANIU WYBRANYMI PALIWAMI

SAMOCHODY ZASILANE WODOREM

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

Metodyka oceny wydatku spalin silnika odrzutowego

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

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

MODELOWANIE WTRYSKU PALIWA DO KOMORY SPALANIA W SILNIKU Z ZAPŁONEM SAMOCZYNNYM PRZY UŻYCIU ŚRODOWISKA AVL FIRE

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

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

PROBLEMY ZASILANIA SILNIKA G9T PALIWEM F-34 ORAZ JEGO MIESZANINAMI Z BIOKOMPONENTEM

Zespól B-D Elektrotechniki

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

Investigations of operational and optical indexes of the combustion process for the multiple injection different strategies in CI-type model engine

ANALIZA PRZYCZYN NIEZDATNOŚCI UKŁADÓW WTRYSKU PALIWA STOSOWANYCH W SILNIKACH SAMOCHODÓW CIĘŻAROWYCH

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

Analiza porównawcza sposobu pomiaru jakości spalania gazu w palnikach odkrytych

Transkrypt:

NAFTA-GAZ, ROK LXXII, Nr 4 / 216 DOI: 1.18668/NG.216.4.7 Aleksander Mazanek Instytut Nafty i Gazu Państwowy Instytut Badawczy Ocena parametrów użytkowych wtryskiwaczy piezoelektrycznych na podstawie badań wizualizacyjnych procesu rozpylania paliwa W artykule zamieszczono informacje dotyczące oceny parametrów użytkowych wtryskiwaczy piezoelektrycznych na podstawie badań wizualizacyjnych związanych z kształtowaniem i oceną wtrysku oraz z rozpyleniem paliwa. Stosując optyczne metody analizy, określono wskaźniki geometryczne powstającej strugi wtryskiwanego paliwa, takie jak: zasięg strugi, jej obszar i prędkość. Badania wykonano, wykorzystując ośmiootworkowe wtryskiwacze piezoelektryczne Delphi: nowe o przebiegu eksploatacyjnym zerowym i wtryskiwacze używane przebieg eksploatacyjny 8 tys. km. Przedmiotowe wtryskiwacze piezoelektryczne w okresie eksploatacji zasilane były dwoma paliwami: A i B. Słowa kluczowe: wtryskiwacz, paliwo, silnik. The evaluation of operating parameters of piezoelectric injectors on the basis of fuel atomization process visualization The article contains information on the evaluation of operating parameters of piezoelectric injectors, on the basis of fuel atomization process visualization. The issues related to the evolution and evaluation of fuel injection and atomization were discussed. Implementing optical methods of analysis, geometric ratios of the resulting fuel stream injected, such as range, area and speed, were determined. The studies were accomplished with the use of Delphi s piezoelectric injectors: new with zero operating mileage and used injectors with operating mileage of 8 thousand km. These piezoelectric injectors were fed with two fuels A and B. Key words: injector, fuel, engine. Wprowadzenie Współczesne normy dotyczące homologacji pojazdów ukierunkowane są na zwiększenie bezpieczeństwa oraz zmniejszenie emisji szkodliwych składników spalin. Istotnym czynnikiem związanym z ekologicznością oraz energetycznością są warunki pracy silnika. Wprowadzenie do seryjnej produkcji systemów zasilania typu common rail wymagało opanowania zaawansowanej technologii wytwarzania wtryskiwaczy, rozwoju elektroniki sterującej ich pracą oraz harmonizacji jakości paliw silnikowych [3]. Jednym z istotnych parametrów jakościowych ściśle związanych ze składem strukturalno-grupowym paliw przeznaczonych do zasilania silników ZS jest skłonność do tworzenia się osadów w układzie paliwowym. Niektóre właściwości paliwa, takie jak duża lepkość, mała lotność, zawartość olefin, związków aromatycznych, biokomponentów (FAME), ułatwiają tworzenie się na końcówce wtryskiwaczy osadów koksowych. Postęp w dziedzinie technologii dodatków uszlachetniających detergentowo-dyspergujących i ich odpowiedni poziom dozowania pozwalają rozwiązać wiele problemów [11]. Aby osiągnąć optymalne parametry pracy wtryskiwacza, należy precyzyjnie sterować wielkością dawki paliwa oraz czasem wtrysku paliwa. W tym celu wymagana jest dokładna 279

NAFTA-GAZ analiza procesu wtrysku [5, 1], umożliwiająca określenie jego parametrów oraz sposobu tworzenia mieszanki [9] i spalania [6, 7]. Współczesne silniki spalinowe mają rozwinięte algorytmy podziału dawki paliwa [6] oraz rozbudowane układy wtryskowe [1, 7], utrudniające oszacowanie dawki paliwa przypadającej w całym cyklu. Wynika to ze złożoności procesu zasilania silnika. Badania optyczne [9, 1] umożliwiają określenie podstawowych parametrów wtrysku, takich jak zasięg strugi, obszar wypełnienia przez rozpylone paliwo, a także prędkość strugi w zależności od ciśnienia, czasu wtrysku i przeciwciśnienia ośrodka, do którego ten wtrysk następuje. Badania takie pozwalają na ocenę jakości rozpylania paliwa oraz na jednoczesną diagnostykę rozpylaczy wtryskiwaczy. Możliwa jest więc ilościowa i jakościowa ocena sposobu rozpylania paliwa zależna od typu paliwa oraz od stopnia zużycia eksploatacyjnego wtryskiwaczy [4]. Proces wtrysku paliwa powinien być rozpatrywany m.in. w aspekcie wskaźników geometrycznych strugi oraz interakcji strugi i ścianki tłoka. Wskaźniki geometryczne strugi najczęściej ustala się podczas wtrysku paliwa do otoczenia lub do komory wypełnionej powietrzem lub azotem, w której panują warunki przeciwciśnienia odpowiadające tym w rzeczywistej komorze spalania. Metodyka i plan badań Problematyka zagadnień dotyczących rozpylania paliwa i określenia procesu wtrysku paliwa wymagała wykorzystania następującej aparatury badawczej i kontrolno-pomiarowej: komory stałej objętości pozwalającej na odwzorowanie statycznych warunków panujących w cylindrze podczas wtrysku paliwa, czyli przeciwciśnienia ośrodka, do którego następuje wtrysk paliwa, układu wtrysku paliwa typu common rail z możliwością zadawania czasu wtrysku oraz ciśnienia paliwa wysterowującego wtryskiwacze piezoelektryczne, kamery do zdjęć szybkich umożliwiającej rejestrację rozpylenia paliwa (obróbka tych zdjęć posłużyła do analizy ilościowej tego procesu: zasięgu strugi paliwa, jej obszaru i szybkości wypływu paliwa z wtryskiwacza). Komora stałego ciśnienia Do symulacji warunków panujących w cylindrze podczas badań wtrysku i rozpylenia paliwa wykorzystano komorę stałej objętości wyposażoną w dostęp optyczny do obserwacji wypływu paliwa z wtryskiwacza. Zastosowana komora badawcza pozwalała na uzyskanie wartości przeciwciśnienia ośrodka, do którego odbywał się wtrysk paliwa (określony przez precyzyjny układ wtrysku typu common rail), zbliżonych do tych panujących w trakcyjnych silnikach spalinowych. Synchronizację kamery i wtryskiwacza zapewniał układ sequencera (o rozdzielczości 2 ns), który wykorzystując sygnały TTL (5 V), umożliwiał wymuszenie rejestracji zdjęć przez kamerę oraz rozpoczęcie wtrysku paliwa o zadanym czasie. Widok stanowiska badawczego przedstawiono na rysunku 1. Układ wtrysku paliwa Generowanie wtrysku paliwa realizowane było przez mobilne stanowisko systemu common rail, którego budowę przedstawiono na rysunku 2. Układ ma trzy niezależne zbiorniki na paliwo, umożliwiające zmianę paliwa pomiarowego w krótkim czasie. Dzięki możliwości ustawienia temperatury w zakresie wtryskiwacz wylot powietrza komora stałej objętości okno kwarcowe dolot powietrza kamera HSS 5 regulacja paliwa P wtr, t wtr regulacja ciśnienia powietrza P pow sterowanie systemem kamera 512 512 px Rys. 1. Schemat stanowiska badawczego do określania rozpylenia oleju napędowego [1] Rys. 2. Stanowisko systemu common rail: 1 menzurki pomiarowe, 2 wtryskiwacz, 3 zbiorniki paliwa, 4 sterowniki ręczne stanowiska, 5 przenośny komputer sterujący stanowiskiem, 6 silnik elektryczny napędzający pompę, 7 wyłącznik awaryjny [8] 28 Nafta-Gaz, nr 4/216

artykuły 2 6 C paliwo podgrzewane jest za pomocą grzałki o mocy 9 W lub chłodzone z wykorzystaniem wbudowanej w stanowisko chłodnicy doposażonej w wentylatory. Paliwo dostarczane za pomocą pompy niskiego ciśnienia doprowadzane jest do pompy wysokiego ciśnienia Bosch CP4, stosowanej w układach zasilania silników pojazdów samochodowych. Jej użycie umożliwia przeprowadzenie testów w warunkach panujących w układach common rail III generacji, w których ciśnienie wtrysku paliwa przekracza 18 MPa. Paliwo przekazywane jest przez przewody wysokiego ciśnienia do wtryskiwacza umieszczonego w komorze stałej objętości. Kamera do zdjęć szybkich Obserwacje optyczne prowadzono z wykorzystaniem kamery do zdjęć szybkich, pozwalającej na filmowanie sekwencji obrazów z szybkością 1 khz (Δt = 1 µs), 1 zdjęć na sekundę, przy zachowaniu rozdzielczości 512 512 pikseli. W przestrzeni obserwacji nie występował żaden dający się zaobserwować ruch powietrza. Tak więc na rejestrowaną poziomą strugę oddziaływała tylko poprzeczna siła pochodząca od siły ciężkości działającej na poszczególne krople w strudze. Przy prędkości wypływu rzędu 15 m/s siła ta ma jednak bardzo mały wpływ na analizowane wskaźniki strugi. Badania prowadzono w zróżnicowanych warunkach pracy wtryskiwaczy oraz z wykorzystaniem dwóch rodzajów paliwa: oleju napędowego typowego (oznaczonego jako handlowy ON-H) oraz paliwa oleju napędowego o ulepszonych właściwościach detergentowych (oznaczonego jako ON-INIG). Wybrane punkty badawcze warunków pracy wtryskiwacza uwzględniały warunki panujące w komorze spalania silnika. Przy wyborze tych punktów kierowano się zależnością, że duże wartości ciśnienia wtryskiwanego paliwa powinny występować podczas dużego obciążenia silnika, i dlatego zastosowano zróżnicowane wartości czasu i ciśnienia wtrysku oleju napędowego. Dla każdego punktu badawczego określono P wtr oraz P pow. Dokonano badań w kilku punktach, zmieniając czas oraz ciśnienie wtrysku paliwa. W tablicy 1 przedstawiono plan badań z uwzględnieniem rodzaju paliwa, jego ciśnienia, czasu wtrysku, przeciwciśnienia w komorze i użytego do badań wtryskiwacza. Uzyskane sekwencje filmowe zapisywano w sposób cyfrowy, a następnie poddawano analizie, do której wykorzystywany był program narzędziowy DaVis firmy LaVision. Wykorzystując oryginalne oprogramowanie, opracowano autorski program pozwalający na określenie: zasięgu czoła strugi, prędkości czoła strugi, kąta stożka strugi. Tablica 1. Zestawienie wykorzystanych wtryskiwaczy i paliw oraz warunków pracy wtryskiwaczy podczas prowadzenia badań Wtryskiwacz/pojazd Paliwo Ciśnienie paliwa [MPa] Czas wtrysku [ms] Przeciwciśnienie w komorze [MPa] Uwagi N1-2 ON-H 35; 1,3;,5 2 wtryskiwacze nowe N1-2 ON-INIG 35; 1,3;,5 2 wtryskiwacze nowe U1-2 ON-H 35; 1,3;,5 2 wtryskiwacze z pojazdu nr 1 U3-4 ON-INIG 35; 1,3;,5 2 wtryskiwacze z pojazdu nr 2 U5-6 ON-INIG 35; 1,3;,5 2 wtryskiwacze z pojazdu nr 3 Łączna liczba pomiarów: 16 pomiarów 5 kombinacji = 8 pomiarów. Analiza geometrii strugi paliwa Analiza wskaźników geometrycznych strugi dotyczy wyznaczenia: zasięgu każdej strugi (S) lub średniego zasięgu (S_śr), pola powierzchni strugi (A) oraz prędkości strugi (V). Wskaźniki te określono na podstawie zarejestrowanej płaskiej ekspozycji obiektu przestrzennego. Sposób wyznaczenia tych wielkości przedstawiono na rysunku 3. W celu określenia zasięgu czoła strugi w pierwszym etapie obliczeń odejmowano tło od każdego zdjęcia, na którym występuje struga wtryskiwanego paliwa. Następnie w sposób zautomatyzowany poszukiwano od strony prawej 1. obraz surowy 3. obróbka obrazu 2. wyizolowanie tła średni zasięg strugi (S_śr) zasięg każdej strugi (S) obszar każdej strugi (A) prędkość każdej strugi (V) V = ds/dt Rys. 3. Metodyka obróbki obrazów i wyznaczania wskaźników geometrycznych strugi rozpylanego paliwa [8] Nafta-Gaz, nr 4/216 281

NAFTA-GAZ do lewej pikseli o luminancji większej niż 2 jednostek w celu odnalezienia końca strugi. Znając współrzędne ustawienia wtryskiwacza oraz współrzędne końca strugi, określano zasięg strugi wtryskiwanego paliwa. W programie zastosowano dodatkowo procedurę, która w czasie obliczeń służyła do graficznej prezentacji obliczonych wartości. Znajomość zasięgu czoła strugi umożliwiła obliczenie prędkości czoła strugi przez wyznaczenie wartości parametru ds/dt. Prędkość filmowania 1 khz pozwala na zastosowanie maksymalnej rozdzielczości rejestrowanego obrazu wynoszącej 512 512 pikseli. Ogniskowa kamery umożliwiała w takim przypadku zarejestrowanie strugi o maksymalnej długości < 4 mm. Taka długość pozwala w niektórych punktach pomiarowych na zarejestrowanie części rozwoju strugi paliwa (struga wtryskiwanego paliwa kierowana jest na ścianki komory stałej objętości). Analiza i ocena procesu wtrysku i rozpylania paliwa Warunki pracy Badany wtryskiwacz N1-ON-INIG Rys. 4. Przykładowy obraz rozprzestrzeniania się paliwa przy założonych czasach otwarcia i zadanych ciśnieniach pracy 4 35 35 35 Wtr: N1 twtr =,5 ms 2 15 1 5 1 1 5 2 3 2 Wtr: U1 twtr =,3 ms 15 1 5 5 15 obsz1 obsz2 obsz3 obsz4 obsz5 obsz6 obsz7 obsz8 obsz_sr Wtr: N1 twtr =,5 ms 5 1 1 5 Obszar strugi [mm2] 2 5 18 16 14 14 12 obsz1 obsz2 obsz3 obsz4 obsz5 obsz6 obsz7 obsz8 obsz_sr 1 8 Wtr: U1 twtr =,3 ms 6 4 2 2 5 v_1 v_2 v_3 v_4 v_5 v_6 v_7 v_8 v_sr 5 1 1 5 2 5 4 3 2 1 1 1 5 2 Czas po rozpoczęciu wtrysku [µs] 2 5 2 2 5 obsz1 obsz2 obsz3 obsz4 obsz5 obsz6 obsz7 obsz8 obsz_sr 1 8 Wtr: U3 Paliwo: ON INIG twtr =,3 ms 6 4 5 1 1 5 2 2 5 9 Wtr: U1 twtr =,3 ms 6 5 4 3 8 2 v_1 v_2 v_3 v_4 v_5 v_6 v_7 v_8 v_sr Wtr: U3 Paliwo: ON INIG twtr =,3 ms 7 6 5 4 3 2 1 5 1 5 1 1 12 2 2 5 v_1 v_2 v_3 v_4 v_5 v_6 v_7 v_8 v_sr 7 Prędkość strugi [m/s] 6 5 8 7 1 Wtr: N1 twtr =,5 ms 8 Wtr: U3 Paliwo: ON INIG twtr =,3 ms 15 16 2 1 9 2 18 Czas po rozpoczęciu wtrysku [µs] Prędkość 2 Prędkość strugi [m/s] Obszar strugi [mm2] Obszar 2 1 5 zas_str.1 zas_str.2 zas_str.3 zas_str.4 zas_str.5 zas_str.6 zas_str.7 zas_str.8 zas_sr 25 25 5 1 3 5 2 5 1 zas_str.1 zas_str.2 zas_str.3 zas_str.4 zas_str.5 zas_str.6 zas_str.7 zas_str.8 zas_sr 25 Obszar strugi [mm2] 25 Zasięg strugi [mm] 45 4 zas_str.1 zas_str.2 zas_str.3 zas_str.4 zas_str.5 zas_str.6 zas_str.7 zas_str.8 zas_sr t =,5 ms P = 1 MPa N1-ON-H 45 3 t =,3 ms P = 1 MPa N1-ON-H 4 5 Prędkość strugi [m/s] t =,5 ms P = 35 MPa t =,3 ms P = 35 MPa 45 Zasięg strugi [mm] Zasięg Zasięg strugi [mm] Badania rozwoju strugi paliwa prowadzono zgodnie z planem badań, a przykładowe wyniki rozpylania paliwa w czasie wtrysku 5 ms zaprezentowano na rysunku 4. Rysunek 4 przedstawia przykładowe zdjęcia w czasie 5 ms trwania wtrysku dla różnych paliw i różnych stanów technicznych wtryskiwaczy. Przy ciśnieniu p = 35 MPa i czasie t =,3 ms zasięg strugi dla badanych paliw i wtryskiwaczy jest porównywalny, a przy ciśnieniu p = 1 MPa i czasie t =,3 ms staje się zróżnicowany. Na rysunku 5 zaprezentowano przykładowe wyniki analiz rozpylenia paliw ujmujących 5 1 1 5 2 2 5 5 1 1 5 2 2 5 Rys. 5. Analiza wskaźników geometrycznych rozpylenia paliwa dla wtryskiwacza nowego i po przebiegu eksploatacyjnym 8 tys. km zasilanego olejem napędowym handlowym (ON-H) i olejem napędowym z dodatkiem INiG (ON-INIG): a) zasięg strugi, b) obszar strugi, c) prędkość strugi paliwa (warunki badań: ; twtr =,3 ms; ) 282 Nafta-Gaz, nr 4/216

artykuły zasięg strugi paliwa, jej pole powierzchni oraz prędkość. Każda z analiz zawiera również wielkość średnią, uzyskaną na podstawie wskaźników geometrycznych poszczególnych strug paliwa. Wyniki takie pozwalają (poza oceną ilościową) na ocenę jakości wypływu paliwa z poszczególnych otworków wtryskiwacza. Analizując zasięg strugi nowego wtryskiwacza, można stwierdzić, że przewyższa on ten sam parametr wtryskiwaczy używanych. Porównanie obszaru strugi paliwa wskazuje, że dla wtryskiwaczy nowych jest on większy i równomierny, natomiast dla wtryskiwaczy po przebiegu eksploatacyjnym mniejszy i bardziej zróżnicowany. Przyczyny tego zjawiska upatruje się w osadach powstałych wewnątrz wtryskiwaczy używanych i na końcówkach rozpylaczy. Podsumowanie Współczesne systemy układu zasilania silników o zapłonie samoczynnym są niezwykle czułe na obecność osadów w systemie układu paliwowego. Mechanizm tworzenia zarówno zewnętrznych osadów w postaci koksu na końcówkach wtryskiwaczy i wewnątrz dysz rozpylających, jak i wewnętrznych IDID (internal diesel injector deposits) mimo licznych badań nie został całkowicie wyjaśniony i zależy od wielu czynników. Badania optyczne dotyczące rozpylenia paliwa wykazały, że przy małych wartościach ciśnienia zasięgi strug są porównywalne dla badanych wtryskiwaczy niezależnie od ich stanu technicznego. W badanych warunkach pracy obszar strugi wskazuje na brak zakoksowania lub zmniejszenia średnicy przepływowej nowych wtryskiwaczy. Wtryskiwacze używane mają zbliżone zasięgi oraz pola powierzchni strug paliwa przy niskiej wartości ciśnienia pracy. Wzrost wartości ciśnienia i czasu wtrysku powoduje, że dla nowych wtryskiwaczy zasięg jest największy i stopniowo zmniejsza się przy badaniach wtryskiwaczy używanych. Duży wpływ na skłonność olejów napędowych do koksowania rozpylaczy otworowych i tworzenia IDID ma udział procentowy FAME w oleju napędowym [13]. Aby zapewnić czystość i sprawność działania układów wtryskowych, olej napędowy powinien spełniać nie tylko minimalne wymogi dotyczące jakości według normy PN-EN 59:213-12, lecz również wytyczne producentów układów wtryskowych przedstawione w postaci deklaracji wspólnego stanowiska z 212 roku odnośnie do wymagań jakościowych oleju napędowego oraz wytyczne Światowej Karty Paliw dla ON kategorii 4, wydanie piąte z września 213 roku [2, 14]. Skłonność paliw zawierających w swoim składzie estry metylowe kwasów tłuszczowych do tworzenia osadów i ich odkładanie się na powierzchni zewnętrznej i wewnętrznej wtryskiwaczy pracujących w wysokiej temperaturze wymusiły na producentach paliw konieczność stosowania dodatków detergentowo-dyspergujących. Dodatkami tego rodzaju utrzymującymi w należytej czystości rozpylacze paliwa oraz usuwającymi z ich powierzchni powstałe osady są poliizobutylenobursztynoimidy [12]. Prosimy cytować jako: Nafta-Gaz 216, nr 4, s. 279 284, DOI: 1.18668/NG.216.4.7 Artykuł nadesłano do Redakcji 2.11.215 r. Zatwierdzono do druku 3.2.216 r. Artykuł powstał na podstawie pracy statutowej pt. Ocena parametrów pracy wtryskiwaczy typu Common Rail podczas badań eksploatacyjnych praca INiG PIB na zlecenie MNiSW; nr zlecenia: 9/TE/15, nr archiwalny: DK-41-9/15. Literatura [1] Borowski P., Pielecha I., Cieślik W., Bueschke W., Skowron M.: Komputerowo wspomagane stanowisko do wyznaczania parametrów wtrysku paliwa. Logistyka 215, nr 3, s. 541 549. [2] Diesel Fuel Injection Equipment Manufactures: Fuel Requirements for Diesel Fuel Injection Systems. Common Position Statement 212. [3] Jakóbiec J., Mazanek A.: Czynniki kształtujące ocenę ekologiczną pracy silników samochodowych. Logistyka 214, nr 6, s. 4716 473. [4] Mazanek A.: Tendencje rozwoju silników o zapłonie samoczynnym w ujęciu proekologicznym. Nafta-Gaz 214, nr 6, s. 39 394. [5] Pielecha I., Borowski P., Cieślik W.: Investigations into high-pressure diesel spray-wall interaction on reduction of exhaust emission from DI diesel engine. SAE Technical Paper 214-1-125, 214. [6] Pielecha I., Borowski P., Czajka J., Wisłocki K., Kaźmierowski J.: Combustion process shaping by use of different strategies of multiple fuel injection in a CI model engine. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 215, vol. 119, no. 1, s. 695 73. [7] Pielecha I., Wisłocki K., Borowski P., Cieślik W.: Thermodynamical evaluation of usefulness of future hydrocarbon fuels for use in compression ignition engines. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 215, vol. 122, no. 1, s. 473 485, doi: 1.17/s1973-14-4735-5. [8] Pielecha I., Wisłocki K., Cieślik W., Borowski P., Skowron M., Bueschke W.: Problematyka wyznaczania parametrów geometrycznych strugi paliwa na podstawie badań optycznych. Combustion Engines 215, nr 3, s. 37 315. [9] Pielecha I., Wisłocki K., Czajka J., Maslennikov D.: Determination of the self-ignition delay for different types of diesel fuels. Nafta-Gaz, nr 4/216 283

NAFTA-GAZ W2P14, 34 th International Symposium on Combustion, Warsaw 29.7 3.8.212. [1] Skowron M., Pielecha I.: Analiza porównawcza rozpylenia paliwa przez wybrane typy wtryskiwaczy paliw ciekłych. Logistyka 215, nr 3, s. 4439 4448. [11] Stanik W., Jakóbiec J., Mazanek A.: Badania silnikowe dotyczące zanieczyszczenia i koksowania nowoczesnych wielootworowych wtryskiwaczy wysokociśnieniowego układu zasilania paliwem silników ZS. Logistyka 215, nr 4, s. 5777 5787. [12] Stanik W., Mazanek A., Jakóbiec J.: Badania oleju napędowego zawierającego 7% (V/V) FAME i dodatek cetanowy w zakresie oceny użytkowej i częstości wtryskiwaczy czopikowych. Combustion Engines 215, nr 3, s. 933 943. [13] Stępień Z.: Ewolucja metodyki oceny zanieczyszczenia rozpylaczy silników o zapłonie samoczynnym. Nafta-Gaz 214, nr 1, s. 77 716. [14] Worldwide Fuel Charter. Fifth Edition. September 213. Dr inż. Aleksander MAZANEK Adiunkt w Zakładzie Oceny Właściwości Eksploatacyjnych. Instytut Nafty i Gazu Państwowy Instytut Badawczy ul. Lubicz 25 A 31-53 Kraków E-mail: mazaneka@inig.pl OFERTA ZAKŁAD DODATKÓW I NOWYCH TECHNOLOGII CHEMICZNYCH Zakres działania: opracowywanie i doskonalenie technologii wytwarzania:» dodatków uszlachetniających do płynnych paliw węglowodorowych i biopaliw,» dodatków stosowanych podczas wydobycia, transportu i magazynowania ropy naftowej i gazu ziemnego,» dodatków do paliw stałych, ze szczególnym uwzględnieniem komponentów pochodzących ze źródeł alternatywnych (gliceryna, odpady, itp.),» specjalistycznych środków stosowanych w przemyśle; ocena jakości i przydatności do stosowania oraz ekspertyzy i doradztwo w zakresie dodatków i pakietów dodatków uszlachetniających do paliw i biopaliw; badania w zakresie nowych technologii chemicznych w przemyśle wydobywczym i rafineryjnym; badania niestandardowe i identyfikacyjne na potrzeby ekspertyz; badania nad wykorzystaniem nanoproduktów w przemyśle wydobywczym i rafineryjnym, opracowywanie i doskonalenie ich technologii; opracowywanie i walidacja nowych metod analiz dodatków uszlachetniających do paliw, biopaliw, ropy naftowej i gazu ziemnego; badania właściwości fizykochemicznych dodatków uszlachetniających do paliw i olejów smarowych. Kierownik: dr Leszek Ziemiański Adres: ul. Łukasiewicza 1, 31-429 Kraków Telefon: 12 617-75-27 Faks: 12 617-75-22 E-mail: leszek.ziemianski@inig.pl 284 Nafta-Gaz, nr 4/216