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

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

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

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

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

SAMOCHODY ZASILANE WODOREM

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

Charakterystyki prędkościowe silników spalinowych

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

ELASTYCZNOŚĆ SILNIKA ANDORIA 4CTI90

Wykaz ważniejszych oznaczeń i skrótów Wprowadzenie... 13

SŁAWOMIR LUFT, TOMASZ SKRZEK *

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

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

Wymagania edukacyjne Technologia napraw zespołów i podzespołów mechanicznych pojazdów samochodowych

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

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

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

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

Drgania głowicy silnika wysokoprężnego zasilanego dwupaliwowo

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

Pytania na egzamin dyplomowy specjalność SiC

1. Wprowadzenie 1.1. Krótka historia rozwoju silników spalinowych

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(88)/2012

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

Kongres Innowacji Polskich KRAKÓW

LABORATORIUM SILNIKÓW SPALINOWYCH Materiały pomocnicze

2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych

TEMAT: PARAMETRY PRACY I CHARAKTERYSTYKI SILNIKA TŁOKOWEGO

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

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

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

Wydział Mechaniczny. INSTYTUT EKSPLOATACJI POJAZDÓW I MASZYN tel.

ISBN

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

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

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 4(100)/2014

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

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

Silniki tłokowe. Dr inŝ. Robert JAKUBOWSKI

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

PTNSS 2013 SC Wstęp. Tomasz GILOWSKI Zdzisław STELMASIAK

Biogas buses of Scania

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

Investigation of the combustion engine fuelled with hydrogen

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

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

CHARAKTERYSTYKI PRACY SILNIKA HCCI ZASILANEGO BIOGAZEM

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

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

ZAKŁAD NAPĘDÓW LOTNICZYCH

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

Analiza spalin silników o zapłonie iskrowym (2)

Laboratorium z Konwersji Energii SILNIK SPALINOWY

PORÓWNANIE WYKRESU INDYKATOROWEGO I TEORETYCZNEGO - PRZYKŁADOWY TOK OBLICZEŃ

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

STOCHOWSKA WYDZIAŁ IN

A program to analyze the combustion process in diesel engine

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

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

LABORATORIUM SILNIKÓW SPALINOWYCH

Czyszczenie silnika benzynowego w samochodzie marki Fiat Punto 1.2

Wykorzystanie LNG do zasilania pojazdów mechanicznych. Rafał Gralak

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

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

PROTOTYPOWY SILNIK DWUPALIWOWY ZASILANY GAZEM CNG I OLEJEM NAPĘDOWYM

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

Analiza spalin silników o zapłonie iskrowym (2)

1. BADANIA DIAGNOSTYCZNE POJAZDU NA HAMOWNI PODWOZIOWEJ

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

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

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

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

Pomiar zadymienia spalin

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

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

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

SPIS TREŚCI. Przedmowa... 8

ZESZYTY NAUKOWE NR 10(82) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE

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

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

Wpływ dodatku Panther na toksyczność spalin silnika ZI

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

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

Study of the emissions effects of hydrogen to the intake manifold on the stationary combustion engine with direct injection

Mechanika i Budowa Maszyn Studia pierwszego stopnia

Wpływ motoryzacji na jakość powietrza

OKREŚLENIE WPŁYWU WYŁĄCZANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI NA ZMIANY SYGNAŁU WIBROAKUSTYCZNEGO SILNIKA

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

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

Silniki pojazdów samochodowych : podręcznik do nauki zawodu Technik pojazdów samochodowych / aut. Richard Fischer [et al.].

WPŁYW MIESZANIN ETANOLU Z OLEJEM NAPĘDOWYM NA EMISJĘ WYBRANYCH SKŁADNIKÓW SPALIN

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(88)/2012

Transkrypt:

Article citation info: RÓŻYCKI A. Opportunity of application of the knock phenomenon and smoke emission for the control of common-rail injection parameters. Combustion Engines. 1, 1(), 1-1. ISSN -. Andrzej RÓŻYCKI PTNSS 1 1 Opportunity of application of the knock phenomenon and smoke emission for the control of common-rail injection parameters The paper describes phenomena related to the combustion process that limit the performances and emission of a diesel engine. Knocking and incomplete combustion were taken into consideration as the most important parameters. The paper describes the way of injection parameters optimization consisting in a proper selection of the injection timing of the pilot and the main diesel oil doses. The results were presented on the basis of load characteristics of specific fuel consumption, nitrogen oxide emissions and smoke level (light absorption coefficient) as well as speed-torque and speed-injection timing curves. Key words: knock, smoke level, nitrogen oxide, common-rail, knock intensity index Możliwości wykorzystania zjawiska stuku i zadymienia spalin do regulacji parametrów wtrysku układu common-rail W artykule opisano zjawiska związane z procesem spalania, które ograniczają osiągi i emisji silnika o ZS. Do głównych zaliczono zjawisko stuku i niecałkowitego spalania. Omówiono sposób optymalizacji parametrów wtrysku, który polegał na doborze kątów początku wtrysku dawki pilotującej i dawki głównej ON Dobór parametrów wtrysku uwzględniał wyżej wymienione zjawiska. Wyniki zostały przedstawione na bazie charakterystyk obciążeniowych jednostkowego zużycia paliwa, stężeń tlenków azotu i zadymienia spalin (współczynnika pochłaniania światła) oraz na charakterystykach prędkościowych momentu obrotowego i kąta wtrysku ON. Słowa kluczowe: stuk,poziom zadymienia, tlenki azotu, common rail, wskaźnik intensywności stuku 1. Wstęp Dynamiczny rozwój układów wtrysku bezpośredniego ON typu common-rail ma na celu zwiększenie sprawności cieplnej oraz obniżenie poziomu emisji: tlenków azotu, zadymienia spalin i hałasu w całym obszarze pracy silnika o ZS. Osiągnięcie ww. wymienionych celów jest możliwe do zrealizowania przez odpowiednie sterowanie procesem spalania. Głównym zjawiskiem oddziałującym na przebieg spalania jest proces wtrysku paliwa. Do podstawowych parametrów procesu wtrysku zalicza się: ciśnienie wtrysku, kąt początku wtrysku, czas trwania wtrysku, Parametry te powinny podlegać ciągłej regulacji w zależności od obciążenia i prędkości obrotowej silnika. W standardowych układach wtryskowych (układy zasilania z pompami rzędowymi i rotacyjnymi) dwa pierwsze z wymienionych parametrów wtrysku są stałe lub nieznacznie korygowane. Czas trwania wtrysku jest dostosowywany do prędkości obrotowej i obciążenia. Ograniczone możliwości regulacyjne standardowego układu wtryskowego są główną przeszkodą w obniżaniu emisji silnika i zwiększaniu jego sprawności. Pełną regulację parametrów wtrysku zapewniają nowoczesne wysokociśnieniowe elektroniczne układy typu common-rail [1]. W układach tych możliwe jest sterownie w sposób ciągły: ciśnieniem wtrysku (powyżej 1MPa), kątem wtrysku, czasem trwania wtrysku, podziałem całkowitej dawki na kilka części (do siedmiu), kątami początku wtrysku poszczególnych dawek wtryskiwanego ON. Strategie sterowania ww. parametrami wtrysku są zapisane w pamięciach komputerów sterujących układami common rail, jako tzw. mapy. Mapy te tworzone są w laboratoriach badawczych. W związku ze wzrostem wymagań odnośnie do osiągów i emisji, mapy sterujące podlegają ciągłym zmianom. Poszukiwane są parametry, które będą mogły mieć wpływ na doskonalenie tych map. Jednymi z głównych parametrów, które powinny być brane pod uwagę przy tworzeniu map sterujących układem wtryskowym są: poziom stuku, poziom zadymienia spalin, emisja tlenków azotu i hałas. Stuk w silniku jest odpowiedzialny za nadmierny hałas silnika i niebezpieczeństwo uszkodzenia elementów silnika oraz za spadek sprawności. Nadmierny poziom zadymienia spalin (emisja cząstek stałych) zanieczyszcza środowisko naturalne oraz powoduje spadek sprawności silnika. Emisja tlenków azotu (głównie tlenku azotu NO) jest odpowiedzialna za niebezpieczeństwo wzrostu zachorowań na choroby nowotwotworowe. Zjawisko stuku w silniku o zapłonie samoczynnym przedstawiane jest, jako słyszalny wysokoczęstotliwościowy dźwięk emitowany przez elementy 1

konstrukcyjne silnika. W silnikach o zapłonie iskrowym zjawisko to znane pod nazwą spalania stukowego zostało dokładnie opisane, jako fala ciśnienia pochodząca od samozapłonu mieszanki w strefie niespalonej, która jest widoczna na wykresie indykatorowym w postaci pulsacji ciśnienia w okolicach GMP [], [], []. Pulsacje ciśnienie oddziałują na materiał konstrukcyjny głowicy i kadłuba powodując jego wibracje, które są słyszalne na zewnątrz silnika. W typowym silniku o ZS spalanie stukowe nie występuje ze względu na to, że w strefie niespalonej znajduje się czyste powietrze. Jednakże przy dużych obciążeniach słyszalny jest, podobnie jak w silniku o zapłonie iskrowym, charakterystyczny wysokoczęstotliwościowy dźwięk. Pochodzenie tego dźwięku może być związane z dużą szybkością narastania ciśnienia w pierwszej fazie spalania. Nadmierna szybkość narastania ciśnienia w komorze spalania może wzbudzać słyszalne na zewnątrz silnika drgania elementów konstrukcyjnych silnika. W literaturze zjawisko to nazywane jest tzw. młotowaniem silnika []. Celem niniejszego artykułu jest przedstawienie wpływu optymalizacji parametrów wtrysku dawek ON (kąta wtrysku pierwszej dawki ON i kąta wtrysku drugiej dawki ON) uwzględniającej zjawisko stuku i niecałkowite spalanie (określane stopniem zadymienia spalin) na obciążenie silnika jego sprawność i emisję. Wartości graniczne wykorzystane w kryterium stuku określono na podstawie wyników badań silnika zasilanego standardowo (jedna dawka i stały kąt wtrysku oleju napędowego). Do określenia kryterium zadymienia wykorzystano współczynnik absorpcji światła k, którego maksymalna wartość dla wolnossącego silnika o zapłonie samoczynnym nie powinna przekraczać,1/m []. Wybrane efekty doboru parametrów wtrysku, takie jak: jednostkowe zużycie paliwa, emisja NOx, zadymienie spalin przedstawiono na charakterystykach obciążeniowych. Zobrazowane zostały również zmiany kątów pierwszej i drugiej dawki ON oraz zmiany obciążenia silnika w funkcji prędkości obrotowej.. Stanowisko badawcze Schemat blokowy stanowiska badawczego przedstawiono na rysunku 1. Stanowisko badawcze składało się z jednocylindrowego silnika o zapłonie samoczynnym wyposażonego w układ wtryskowy typu common rail. System pomiarowy (ciśnienie w cylindrze, drgania głowicy) Kolektor dolotowy SILNIK BADAWCZY Sterownik hamulca z panelem odczytowym Hamulec elektrowirowy Silnik połączony był z hamulcem elektrowirowym WB1 firmy Vibrometer (pomiar momentu obrotowego z dokładnością Nm, pomiar prędkości obrotowej z dokładnością obr/min). Pomiar zużycia paliwa wykonywany był za pomocą miernika AMX1F firmy Automex (z dokładnością.1 kg). Do pomiaru emisji zastosowano analizator AVL DIGAZ (dokładność pomiarów składników spalin: CO.1%, CO,1%, NOx 1ppm, HC 1ppm, k.1m -1 ). Do pomiaru parametrów szybkozmiennych użyto systemu pomiarowego opisanego w [] wyposażonego w kartę przetwornika analogowo-cyfrowego KPCI 11 o szybkości próbkowania równej 1,MHz firmy Keythley oraz w tory pomiarowe: ciśnienia w cylindrze silnika z piezokwarcowym czujnikiem Qpc firmy AVL, dwukanałowego znacznika kąta obrotu wału korbowego (wyzwalanie pojedynczego pomiaru co, OWK i cyklu pomiarowego znacznikiem GMP), toru pomiarowego drgań głowicy z czujnikiem DR 1 -F firmy OPEL. Parametry techniczne silnika badawczego przedstawiono w tablicy1. Tabela 1. Dane techniczne czterosuwowego jednocylindrowego silnika 1HC1 o ZS Średnica cylindra Skok tłoka 1 mm 1 mm Objętość skokowa cm Stopień sprężania 1 Układ zasilania olej napędowy Moc nominalna Moment maksymalny Common rail 11 kw/ obr/min Nm/1 obr/min. Zjawiska wykorzystane do doboru parametrów wtrysku.1 Zjawisko stuku Zjawisko stuku, jak wspomniano powyżej związane jest z drganiami elementów silnika wywołanymi procesem spalania. Drgania te można mierzyć za pomocą czujnika przyspieszeń. W opisywanych badaniach użyto czujnika stuku DR 1 -F firmy OPEL. Przykładowy wykres drgań głowicy przedstawiono na rysunku []. Sterownik CR Układ CR Analizator spalin Rys. 1. Schemat blokowy stanowiska badawczego 1

1 Wskaźnik stuku WSG, V WSG - - -1 PSG n = 1 obr/min kąt początku wtrysku inicjującej zapłon dawki ON - OWK przed GMP maksymalna amplituda dragań głowicy w okresach spalania WSG_GR =. V Kąt obrotu wału korbowego OWK Rys.. Drgania głowicy w czasie spalania z zaznaczonymi wskaźnikami PSG i WSG Rys.. Zmiany wskaźnika WSG w wybranych punktach charakterystyki obciążeniowej (prędkość obrotowa 1 obr/min, kąt początku wtrysku OWK przed GMP) 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 <,V może być uznana za wartość dopuszczalną, ponieważ w zakresie obciążeń małych i częściowych wartości amplitud drgań utrzymują się na stałym poziomie nie przekraczającym,v (przykładowy wykres zmian wskaźnika stuku przedstawiono na rysunku ). Wartości WS >,V świadczą, że w procesie spalania wystąpiło zjawisko zbyt gwałtownego wydzielania się ciepła. Zjawisko to może występować przy dużych wartościach kąta wtrysku (przed GMP) prowadzących do wczesnego samozapłonu dużej ilości odparowanego oleju napędowego. Skutkuje to gwałtownymi szybkościami narastania ciśnienia (powyżej, MPa/OWK), które wymuszają drgania głowicy. W celu zmniejszenia szybkości narastania ciśnienia należy zminimalizować ilość wydzielonego ciepła przed GMP. Można to zrealizować przez podział całkowitej dawki na dwie lub więcej części (rys.). Pierwsza część dawki (przedwtrysk) o małej wartości energetycznej (mała ilość paliwa) jest wtryskiwana przed GMP (kąt 1). Ilość paliwa i kąt przedwtrysku jest dobierany tak aby uaktywnić termicznie mocno zubożoną mieszankę ON i powietrza (odparowanie ON, wymieszanie z powietrzem i podgrzanie) przed wtryskiem dawki zasadniczej, która inicjuje zapłon. Dzięki temu ilość wydzielonego ciepła przed GMP jest mała a więc i wartość szybkości narastania ciśnienia nie przekracza wartości, która powodowałaby twardą pracę silnika i stuk (wartości amplitudy drgań głowicy nie przekraczają,v). Jednocześnie przereagowane termicznie paliwo pochodzące z przedwtrysku umożliwia skrócenie okresu spalania dawki zasadniczej wtryskiwanej w okolicach GMP (kąt ). 1 Ciśnienie P, MPa ciśnienie sygnał sterujacy wtryskiwaczem amplituda drgań głowicy Sygnał sterujący wtryskiwaczem, V Amplituda drgań głowicy, V Sygnał z czujnika stuku, [V] 1 GMP Kąt obrotu wału korbowego, OWK - Rys.. Kątowy podział dawki ON na tle ciśnienia w cylindrze i drgań głowicy. Zadymienie spalin Zadymienie spalin, czyli zawartość cząstek stałych (sadzy) w spalinach jest skutkiem niecałkowitego spalania ON. Nadmierna ilość emitowanej sadzy prowadzi do spadku sprawności ogólnej silnika oraz jest źródłem skażenia środowiska. Przyjmuje się, że dla silników wolnossących współczynnik pochłaniania światła (przy metodzie pomiarowej polegającej na pomiarze pochłaniania światła przepuszczanego przez spaliny) nie powinien przekraczać,m-1 []. Regulacja silnika według tego kryterium polegała na ustawieniu kąta wtrysku dawki głównej w taki sposób aby wartość współczynnika pochłaniania światła nie przekroczyła wartości dopuszczalnej.. Wyniki badań Badania przeprowadzono dla dwóch rodzajów sposobu zasilania: 1

zasilanie standardowe wtrysk jednej dawki ON przy stałym kącie wtrysku wynoszącym OWK przed GMP, zasilanie z podziałem dawki na przedwtrysk niewielkiej dawki ON i wtrysk główny. W tabeli 1 przedstawiono zakres badań dla obydwu typów regulacji wtrysku. W drugim sposobie zasilania dobierano wartość energetyczną przedwtrysku, która zapewniała pracę silnika na biegu jałowym. Wartością energetyczną drugiej dawki sterowano obciążeniem silnika. Ciśnienie wtrysku było utrzymywane na stałym poziomie i wynosiło MPa. Wpływ parametrów wtrysku, ustalanych według omawianych kryteriów, na osiągi i emisję przedstawiono na charakterystykach obciążeniowych sporządzonych dla wybranych (obejmujących cały zakres pracy) prędkości obrotowych silnika wynoszących: n= 1 obr/min; n = 1 obr/min i n = obr/min. zakresie wyższych prędkości obrotowych większe obciążenia (w stosunku do pierwszego sposobu zasilania). a) Kąt, OWK 1 pierwsza dawka druga dawka, Mo = Nm druga dawka ON - obciążenie maksymalne 1 1 1 1 1 b) n [obr/min] 1.. Jedna dawka wtrysku ON. Kąt wtrysku OWK przed GMP Pomiar: moment obrotowy, godzinowe zużycie paliwa, współczynnik absorpcji światła w spalinach, wskaźnik intensywności stuku. Tabela 1. Zakres badań Dwie dawki wtrysku ON. Optymalizowane kąty przedwtrysku i wtrysku głównego ON(jedna dawka) ON(dwie dawki) 1 Pomiar: moment obrotowy, godzinowe zużycie paliwa, współczynnik absorpcji światła w spalinach, wskaźnik intensywności stuku. 1 1 1 1 Rys.. Charakterystyki prędkościowe: a) kątów początku wtrysku pierwszej i drugiej dawki ON, b) momentu obrotowego przy zasilaniu standardowym (jedna dawka ON) i z podziałem dawki ON uwzględniającym zjawisko stuku.1 Zadymienie spalin Przy zwiększaniu obciążenia silnika daje się zauważyć, że poziom zadymienia wzrasta. Dla silnika zasilanego standardowo wzrost zadymienia przy prędkości 1 obr/min (rys.a) jest praktycznie taki sam, jak przy zasilaniu z optymalizacją procesu wtrysku. Dopiero w obszarze obciążeń maksymalnych zaznacza się gwałtowny wzrost zadymienia dla zasilania standardowego. Przyjmując graniczny poziom zadymienia wynoszący, 1/m można stwierdzić, że optymalizacja procesu wtrysku nie przyniosła poprawy osiągów. W obydwu przypadkach silnik na granicy dymienia osiągał obciążenie około Mo Nm Wyraźną różnicę można zaobserwować dla prędkości obrotowych 1 obr/min (rys.b) i obr/min (rys.c). Przy prędkości obrotowej 1 obr/min uzyskano na granicy dymienia obciążenie wyższe o 1 Nm W pierwszej kolejności wykonano badania optymalizując kąty wtrysku w oparciu o pomiary drgań głowicy. Regulacja polegała na poszukiwaniu kątów wtrysku, przy których intensywność występowania zjawiska stuku nie przekraczała wartości uznanej za graniczną (rozdział.1). Stosując opisane wyżej kryterium stuku wyznaczono kąty przedwtrysku i wtrysku zasadniczego. Wartości tych parametrów, dla obciążenia minimalnego i pełnego w całym zakresie prędkości obrotowych przedstawiono na rysunku a. Na rysunku b przedstawiono charakterystykę prędkościową silnika przy pierwszym i drugim sposobie zasilania. Stosując podział dawki i optymalizując kąty wtrysku obu dawek uzyskano w 1

w stosunku do zasilania standardowego a dla predkosci obrotowej obr/min o około 1 Nm. k 1/m 1 1 1 1 1 Stężenia tlenków azotu w całym zakresie analizowanych prędkości obrotowych jest wyższe dla układu zasilania z optymalizowanymi parametrami wtrysku. Przyczyną dużego poziomu emisji tlenków azotu są wysokie temperatury procesu spalania (powyżej 1 C). Wysokie temperatury występują przy pracy silnia z dużą sprawnością cieplną, która jest wynikiem zupełnego i całkowitego spalania (małe straty wylotowe) oraz małymi stratami ciepła do układu chłodzenia. Regulacja parametrów wtrysku, przy której silnik osiągał dużą sprawność polegała na przyspien = 1 obr/min Obszar pracy z przekroczoną granicą dymienia - k>, 1/m 1 1 n = 1 obr/min 1 1 1 1 1 1 1 ON jedna dawka ON dwie dawki Obszar pracy z przekroczoną granicą dymienia - k>, 1/m 1 1 n = obr/min 1 Obszar pracy z przekroczoną granicą dymienia - k>, 1/m 1 Rys.. Charakterystyki obciążeniowe współczynnika zadymienia k z zaznaczonymi obszarami pracy z nadmiernym dymieniem. Prędkość obrotowa silnika n = 1, 1, obr/min. Kąt początku wtrysku przy zasilaniu jednopaliwowym bez podziału dawki ON = OWK przed GMP. Kąty początku wtrysku dawek ON 1, przy zasilaniu jednopaliwowym zgodne z charakterystykami na rys.a. Jednostkowe zużycie energii Porównując jednostkowe zużycia energii można stwierdzić, że dla trzech analizowanych prędkości obrotowych jednostkowe zużycie energii jest mniejsze przy zasilaniu, w którym optymalizowano parametry wtrysku. Ponadto dla prędkości obrotowych n = 1 obr/min i n = obr/min uzyskano dużo większe wartości obciążeń (rys.b, rys.c). Dzięki optymalizacji parametrów wtrysku (głównie początku wtrysku drugiej dawki ) jednostkowe zużycie energii utrzymuje się na stałym, niskim poziomie aż do obciążeń maksymalnych. Ponadto dla prędkości obrotowych n = 1 obr/min i n = obr/min uzyskano dużo większe wartości obciążeń (rys.b, rys.c). Jednakże poziomy zadymienia dla obciążeń maksymalnych zostały przekroczone. Zostało to uwidocznione za pomocą pionowych linii (rys.) ge* J/Ws 1 1 n =1 obr/min 1 Rys.. Charakterystyki obciążeniowe jednostkowego zużycia energii g e * = f(m o ) z zaznaczonymi granicami dymienia. Prędkość obrotowa silnika n = 1, 1, obr/min. Kąty początku wtrysku dawek ON 1, przy zasilaniu jednopaliwowym takie same jak na rys.a. Stężenia tlenków azotu ON jedna dawka; = OWK przed GMP ON dwie dawki n = 1 obr/min 1 n = obr/min 1 1

szaniu kąta początku wtrysku drugiej dawki aż do pojawienia się stuku. Z uwidocznionych na rysunku granic dymienia (poziome prostokąty) wynika, że regulując kąt początku wtrysku drugiej dawki tak aby nie była przekroczona granica dymienia należy się liczyć ze zmniejszeniem obciążenia silnika. Przy tego typu regulacji stężenia tlenków azotu nie przekraczały wartości 1 ppm. NOx [ppm] 1 1 1 n = 1 obr/min 1 1 Rys.. Charakterystyki obciążeniowe stężeń tlenków azotu NOx z zaznaczonymi granicami dymienia. Prędkość obrotowa silnika n = 1, 1, obr/min. Kąt początku wtrysku przy zasilaniu jednopaliwowym bez podziału dawki ON = OWK przed GMP. Kąty początku wtrysku dawek ON 1, przy zasilaniu jednopaliwowym zgodne z charakterystykami na rys.... Wnioski n = 1 obr/min ON jedna dawka ON dwie dawki 1 n = obr/min 1 1 1 Analiza poziomu zadymienia wykazała, że ustalone kąty wtrysku dawki zasadniczej przy stosowaniu tylko kryterium stuku nie gwarantują zgodnego z przyjętymi normami zadymienia. Na rysunku przedstawiono zakresy regulacji kąta przedwtrysku i kąta wtrysku dawki zasadniczej po uwzględnieniu wartości dopuszczalnej zadymienia spalin. Kontrola zadymienia spalin skutkuje opóźnieniem kąta wtrysku dawki zasadniczej w stosunku do kąta wtrysku gwarantującego odpowiedni poziom intensywnosci stuku. Wyraźnie jest to widoczne przy prędkościach obrotowych wynoszących 1, 1 i obr/min. Regulacja ta skutkuje spadkiem momentu obrotowego (rys.1). Jednak poziom obciążeń w całym zakresie pracy silnika pozostaje i tak na wyższym poziomie niż przy zasilaniu za pomocą jednej dawki. Oczywiście przy zachowaniu dla tego sposobu zasilania takiego samego poziomu zadymienia jak dla dawki pojedynczej. Kąt wtrysku, deg 1 Pierwsza dawka ON Druga dawka ON, Mo = Nm Druga dawka ON; Obciążenie maksymalne Druga dawka ON; k =, 1/m 1 1 1 1 1 Rys.. Charakterystyki prędkościowe kątów wtrysku pierwszej i drugiej dawki ON po optymalizacji uwzględniającej wskaźnik intensywności stuku i granicę dymienia ON(jedna dawka) ON(dwie dawki) 1 ON - jedna dawka (po optymalizacji) ON - dwie dawki (po optymalizacji) 1 1 1 1 1 Rys.1. Charakterystyki prędkościowe momentu obrotowego przed i po uwzględnieniu granicy dymienia Z przeprowadzonych analiz wynika, że proces wtrysku paliwa realizowany za pomocą optymalizowanych parametrów wtrysku jest bardziej efektywny od standardowego procesu wtrysku polega- 11

jącego na podawaniu jednej dawki paliwa wtryskiwanego przy stałym kącie wtrysku niezależnie od obciążenia i prędkości obrotowej. Optymalizacja parametrów wtrysku wg zastosowanych kryteriów powoduje, że silnik jest bardziej sprawny i osiąga większe obciążenia. Jedynie poziom stężeń tlenków azotu jest w całym zakresie badań wyższy. Obniżenie poziomu stężeń tlenków azotu można osiągnąć poprzez skrócenie okresu spalania i takie opóźnienie początku spalania aby nie dopuścić do niecałkowitego spalania. Skrócenie procesu spalania jest możliwe poprzez skrócenie czasu odparowania wtryskiwanego paliwa, które jest ściśle związane z średnicą wtryskiwanych kropel paliwa. Średnica kropel w strudze wtryskiwanego paliwa zależy natomiast od ciśnienia paliwa w układzie wtryskowym. Wynika z tego, że należy również sterować ciśnieniem wtryskiwanego paliwa. Wnioski jakie można sformułować na podstawie zaprezentowanych wyników badań są następujące: optymalizacja parametrów wtrysku oparta na kryteriach związanych ze zjawiskiem stuku i zadymieniem spalin prowadzi do mniejszego zużycia paliwa (większej sprawności ogólnej) w porównaniu do zasilania standardowego (stały kąt początku wtrysku jednej dawki paliwa w całym obszarze pracy silnika), odpowiedni dobór parametrów wtrysku powoduje, że silnik osiąga większe obciążenia bez nadmiernego wzrostu niecałkowitego spalania (współczynnik pochłaniania światła w okolicach, 1/m), przy opisywanym sposobie regulacji nie udało się zmniejszyć poziomu stężeń tlenków azotu poniżej wartości uzyskiwanych przy zasilaniu standardowym, zmniejszenie tlenków azotu jest możliwe poprzez skrócenie kąta spalania i opóźnienie kąta początku spalania względem GMP, skrócenie kąta spalania można zrealizować przez zwiększenie ciśnienia wtrysku. Nomenclature/Skróty i oznaczenia PSG początek stuku WSG amplituda stuku WS wskaźnik stuku WS_GR graniczna wartość wskaźnika stuku kąt obrotu wału korbowego 1 k kąt wtrysku pierwszej dawki ON (przedwtrysk) kąt wtrysku drugiej dawki ON współczynnik pochłaniania światła Bibliography/Literatura [1] Praca zbiorowa. Zasobnikowe układy wtryskowe Common Rail. Informator Techniczny. Bosh. r. ISBN: ---1-. [] Nobuyuki Kawahara, Eiji Tomita: Visualization of auto-ignition and pressure wave during knocking in a hydrogen spark-ignition engine. International Journal of Hydrogen Energy () 1 1. [] Różycki A.: Drgania głowicy silnika wysokoprężnego zasilanego dwupaliwowo, Archiwum Motoryzacji, Wydawnictwo Naukowe PTNM - [] Szwaja S.: Studium pulsacji ciśnienia spalania w tłokowym silniku spalinowym zasilanym wodorem. Seria monografie nr 1. Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej. Częstochowa 1. [] Wajand J., A.: Silniki o zapłonie samoczynnym, WNT, Warszawa 1. [] Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury z dnia kwietnia r. o zmianie rozporządzenia w sprawie warunków technicznych pojazdów oraz zakresu ich niezbędnego wyposażenia (Dz. U. z r., Nr 1, poz. 1) [] Różycki A.: Microkomputer system for measurement of high speed parameters for IC engines, Bratislava 1 th EAEC Congres, Bratislava 1, paper n SAITS 11. [] Różycki A.: Wskaźnik intensywności spalania stukowego w dwupaliwowym silniku spalinowym o zapłonie samoczynnym, Silniki Spalinowe -S.C Mr Różycki Andrzej, DEng. Associte Professor in the Faculty of Mechanical Engineering at UTH in Radom. Dr hab. inż. Andrzej Różycki profesor nadzw. na Wydziale Mechanicznym UTH w Radomiu. 1