Wpływ ciśnienia doładowania na ekonomiczno-energetyczne i ekologiczne wskaźniki pracy silnika 1.3 multijet

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

Ocena wskaźników ekonomiczno-energetycznych i ekologicznych turbodoładowanego silnika o zapłonie wymuszonym 1.2 TSI

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

CHARAKTERYSTYKI OBCIĄŻENIOWE TURBODOŁADOWANEGO SILNIKA 1.3 MULTIJET

ELASTYCZNOŚĆ SILNIKA ANDORIA 4CTI90

1. Wprowadzenie 1.1. Krótka historia rozwoju silników spalinowych

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

2. Klasyfikacja i podstawowe wskaźniki charakteryzujące pracę silników spalinowych

Wpływ rodzaju układu zasilania silnika o ZI na wskaźniki ekologiczne

Pytania na egzamin dyplomowy specjalność SiC

Wykaz ważniejszych oznaczeń i skrótów Wprowadzenie... 13

PORÓWNAWCZE CYKLE PRACY SILNIKA Z WIELOETAPOWYM WTRYSKIEM PALIWA

Wymagania edukacyjne Technologia napraw zespołów i podzespołów mechanicznych pojazdów samochodowych

Charakterystyki prędkościowe silników spalinowych

SAMOCHODY ZASILANE WODOREM

Wpływ recyrkulacji spalin na stężenia spalin w silniku FIAT MultiJet 1.3

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

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

Biogas buses of Scania

Kongres Innowacji Polskich KRAKÓW

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

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

ELASTYCZNOŚĆ WSPÓŁCZESNYCH SILNIKÓW O ZAPŁONIE ISKROWYM

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

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

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

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

Wpływ motoryzacji na jakość powietrza

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 2(88)/2012

WPŁYW MIESZANIN ETANOLU Z OLEJEM NAPĘDOWYM NA EMISJĘ WYBRANYCH SKŁADNIKÓW SPALIN

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

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

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

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

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

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

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

Przebieg ciśnienia w cylindrze silnika ZS z wieloetapowym wtryskiem paliwa zasilanego mieszaninami oleju napędowego i estrów FAME

przedmiot podstawowy (podstawowy / kierunkowy / inny HES) przedmiot obowiązkowy (obowiązkowy / nieobowiązkowy) język polski semestr drugi

ZESZYTY NAUKOWE NR 10(82) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE

ISBN

Opisy kodów błędów.

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

TEMAT: PARAMETRY PRACY I CHARAKTERYSTYKI SILNIKA TŁOKOWEGO

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

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

Wpływ dodatku metanolu i etanolu do benzyny na stężenia szkodliwych składników spalin w silniku o zapłonie iskrowym

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 4(100)/2014

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

Schemat elektryczny Škoda Fabia

Schemat elektryczny Volvo XC 90 II

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

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

Investigation of the combustion engine fuelled with hydrogen

Schemat pojazdu Volkswagen Golf VII łatwiejsza naprawa dzięki cennym wskazówkom

Stężenia szkodliwych składników spalin podczas rozruchu zimnego silnika VW 1.2 TSI

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(87)/2012

WPŁYW WSPÓŁCZESNYCH ROZWIĄZAŃ KONSTRUKCYJNYCH SILNIKÓW O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM NA BEZPIECZEŃSTWO EKOLOGICZNE ICH STOSOWANIA

Charakterystyki techniczne

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(97)/2014

V , chłodzony cieczą Pojemność skokowa 3778 cm 3 Średnica cylindra x skok tłoka 96,0 x 87,0 mm Rozrząd

HDI_SID807 Informacje o obwodzie paliwa

Mechanika i Budowa Maszyn Studia pierwszego stopnia

Wydział Mechaniczny. INSTYTUT EKSPLOATACJI POJAZDÓW I MASZYN tel.

Silniki AJM ARL ATD AUY

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

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

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

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

ZESZYTY NAUKOWE INSTYTUTU POJAZDÓW 1(92)/2013

Schemat pojazdu Peugeot 508 łatwiejsza naprawa dzięki cennym wskazówkom

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

DYREKTYWA KOMISJI / /UE. z dnia XXX r.

Tomasz P. Olejnik, Michał Głogowski Politechnika Łódzka

ANALIZA PARAMETRÓW PRACY DWÓCH NOWOCZESNYCH SILNIKÓW TURBODOŁADOWANYCH

CHARAKTERYSTYKI PRACY SILNIKA HCCI ZASILANEGO BIOGAZEM

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

Identyfikacja samochodu

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

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

Schemat elektryczny Jeep Renegade łatwiejsza naprawa dzięki cennym wskazówkom

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

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Schemat elektryczny Mercedes-Benz łatwiejsza naprawa dzięki cennym wskazówkom

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

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

LABORATORIUM SILNIKÓW SPALINOWYCH Materiały pomocnicze

Silniki zasilane alternatywnymi źródłami energii

Zespół Szkół Samochodowych w Bydgoszczy

1,2 8v 65 KM (benzyna)

Technika Samochodowa

Transkrypt:

Piotr Łagowski 1 Politechnika Świętokrzyska Wpływ ciśnienia doładowania na ekonomiczno-energetyczne i ekologiczne wskaźniki pracy silnika 1.3 multijet Wstęp Na początku XIX wieku podstawowym czynnikiem stymulującym rozwój silników spalinowych była niedoskonałość ich konstrukcji oraz dążenie do zwiększenia ich niezawodności, trwałości i możliwości zastosowania do napędu pojazdów samochodowych. Prace rozwojowe prowadzone na przełomie ostatnich dwudziestu lat spowodowały, że osiągi silników o zapłonie samoczynnym znacznie zbliżyły się do silników o zapłonie wymuszonym przy mniejszym zużyciu paliwa. Ekonomiczne, energetyczne i ekologiczne wskaźniki pracy silników spalinowych związane są z przebiegiem doprowadzenia paliwa i utleniacza do cylindra silnika oraz procesów zachodzących w komorze spalania [1, 17]. Zwiększenie mocy silników, momentu obrotowego oraz obniżenie zużycia paliwa nie byłyby możliwe bez doładowania turbosprężarkowego, którego wynalezienie datuje się na rok 1905. Celem stosowania turbodoładowania jest zwiększenie ilości świeżego ładunku w cylindrze silnika co umożliwia spalanie większej masy paliwa bez zmniejszenia współczynnika nadmiaru powietrza. Obecne stosowanie turbodoładowania w układzie dolotowym silnika jest jednym z najczęściej stosowanych sposobów poprawy parametrów i wskaźników pracy silników, w tym zwiększenie sprawności ogólnej silnika, objętościowego i masowego współczynnika mocy silnika (downsizing) oraz zmniejszenie emisji szkodliwych składników spalin [11,18]. W przypadku silników o zapłonie samoczynnym zastosowanie turbodoładowania z chłodzeniem powietrza doładowującego oraz stosowanie wysokociśnieniowego wtrysku paliwa oprócz poprawy wskaźników pracy pozwala także na spełnienie rygorystycznych norm związanych z emisją szkodliwych składników spalin [8, 16]. Wzrost mocy silników powoduje także wzrost wymagań jakie stawia się turbosprężarkom. Podstawowym parametrem jest maksymalna wartość ciśnienia doładowania, które jest wymagane w znamionowych warunkach pracy silnika jak również odpowiednia wydajność doładowania przy częściowych obciążeniach silnika. Ponadto istotna jest niezawodność oraz zachowanie wymaganej sprawności turbosprężarki i szybkości jej reakcji na zmienne warunki pracy silnika [9]. Wymagania te powodują że realizowane są badania nad ich konstrukcją, produkcją i eksploatacją oraz i recyklingiem turbosprężarek. Ponadto wiele uwagi poświęca się współpracy silnika z turbosprężarką, regulacji mocy oraz współpracy z różnymi systemami doładowania [11]. Sposoby doładowania silników spalinowych W nowych konstrukcjach silników oprócz stosowania układów doładowania stosuje się także downsizing, który polega na zmniejszaniu wymiarów głównych silnika, w tym jego pojemności skokowej [14]. Jest to realizowane przez poprawę wskaźników pracy silnika najczęściej odniesionych do jednostki objętości skokowej silnika. Zastosowanie przez konstruktorów downsizingu pozwala na zmniejszeniem zużycia paliwa i emisji szkodliwych składników ze spalinami. Ponadto poza stosowaniem doładowania i zmniejszaniem wymiarów głównych silnika, do budowy silników stosuje się materiały konstrukcyjne, które mogą 1Dr inż. P. Łagowski, adiunkt, Politechnika Świętokrzyska w Kielcach, Wydział Mechatroniki I Budowy Maszyn, Katedra Pojazdów Samochodowych i Transportu, zakład Silników Cieplnych Logistyka 6/2014 202

przenieść większe obciążenia mechaniczne i cieplne [6, 7]. Wyżej opisane zmiany konstrukcyjne zmniejszają straty cieplne silnika i jego masę, zwiększając jednocześnie jego sprawność oraz zmniejszają zużycie paliwa. Przykładem stosowania downsizingu może być silniki marki Fiat 1.3. MulitiJet. Zwiększenie gęstości ładunku czynnika roboczego przed silnikiem można zrealizować na kilka sposobów [10,13]. W celu realizacji doładowania silnika można wykorzystać energię z wału korbowego silnika, która napędza sprężarkę lub też energię spalin do napędu turbosprężarki jak również innych urządzeń doładowujących takich jak wymiennik ciśnienia wykorzystywany w systemie Comprex. Oprócz wymienionych wyżej sposobów doładowania zwiększenie ciśnienia w układzie dolotowym można uzyskać przez tak zwane doładowanie bezsprężarkowe, które wykorzystuje rezonans i fale ciśnienia w przewodach dolotowych. Ze względu na rodzaj wykorzystywanej energii, systemy doładowania można podzielić na: mechaniczne (energia z wału korbowego silnika, lub napęd elektryczny), turbosprężarkowe (energia spalin), bezsprężarkowe (energia kinetyczna oraz drgania akustyczne powietrza w układzie dolotowym). Ze względu na ciśnienie doładowania można wyróżnić dwa zakresy doładowania jak: niskie, gdzie bezwzględne ciśnienie w układzie doładowania nie przekracza 0.2 MPa oraz wysokie gdzie ciśnienie to przekracza 1.2 MPa. Przy niskim doładowaniu nie ma konieczności wprowadzania zmian konstrukcyjnych silnika czy też chłodzenia powietrza doładowującego. W przypadku doładowania wysokiego ciśnienia wymagane jest już chłodzenie powietrza jak również zmiany konstrukcyjne układu korbowo-tłokowego [13]. Oprócz wielu korzyści wynikających z zastosowania turbodoładowania występują pewne problemy związane z możliwością doprowadzenia odpowiedniej ilości powietrza potrzebnego do całkowitego i zupełnego spalania dawki paliwa. Ma to miejsce nie tylko podczas występowania niekorzystnego zjawiska zwłoki w podawaniu powietrza przez sprężarkę podczas gwałtownego przyspieszania, lecz także w ustalonych warunkach pracy silnika. Problemy te są szczególnie istotne w przypadku układów doładowania bez regulacji ciśnienia, gdzie turbosprężarka musi być dopasowana do znamionowych warunków pracy silnika. W tym przypadku wymagane ciśnienie doładowania jest uzyskiwane dopiero przy mocy znamionowej. Przy doładowaniu turbosprężarkowym odpowiednie ciśnienie doładowania regulowane jest za pomocą różnych układów regulacji [8,15].Turbosprężarki typu VTG są od wielu lat szeroko stosowane w silnikach o zapłonie samoczynnym w pojazdach osobowych oraz dostawczych. Ze względów konstrukcyjnych mają one pewne wady takie jak konieczność wykorzystywania sprężarki w całym zakresie prędkości obrotowej, obejmującej obszary gdzie sprawność sprężarki jest bardzo mała. Wady doładowania jednostopniowego mogą być wyeliminowane poprzez zastosowanie doładowania dwustopniowego lub sekwencyjnego, które umożliwiają znaczną poprawę wskaźników pracy silnika. W układach tych stosuje się dwie sprężarki, jedną mniejszą, wysokociśnieniową oraz większą niskociśnieniową. Doładowanie sekwencyjne wykorzystuje co najmniej dwie turbosprężarki połączone ze sobą równolegle, które pracują w zależności od zapotrzebowania na moc. Układ sterowania umożliwia ich stopniowe odłączanie przy spadku prędkości obrotowej silnika. Dzięki takiemu rozwiązaniu turbosprężarki mogą pracować z większą sprawnością. Istotną zaletą doładowania sekwencyjnego jest mały koszt modernizacji oraz możliwość wykorzystania sprężarek stosowanych seryjnie. Wadą tego sposobu doładowania jest spadek ciśnienia doładowania w chwili włączenia drugiej turbosprężarki. Analiza literatury wskazuje, że układy wielostopniowego i zakresowego doładowania charakteryzują się znacznym potencjałem dalszego doskonalenia właściwości silników turbodoładowanych. Jest to związane z odpowiednim doborem elementów sprężarek i turbin oraz zastosowaniem odpowiedniego sterowania turbosprężarką, co umożliwia dopasowanie wydajności układu doładowania do zmieniających się warunków pracy silnika przy optymalnym rozdziale mocy sprężarek i turbin [8]. Obiekt badań Obiektem badań był silnik spalinowy o zapłonie samoczynnym Fiat 1.3 Multijet SDE 66kW spełniający normę emisji spalin Euro IV [12]. Podstawowe dane techniczne badanego silnika przedstawiono w tabeli 1. Badany silnik wyposażony jest w układ zasilania paliwem Common Rail z wtryskiwaczami elektromagnetycznymi sterownymi elektronicznie, który umożliwia wtrysk paliwa pod maksymalnym ciśnieniem 1600bar oraz podział dawki paliwa przypadającej na cykl pracy silnika maksymalnie na trzy części, w zależności od warunków pracy silnika. Ponadto silnik wyposażony był w turbosprężarkę VGT firmy Borg Warner Turbo Systems o zmiennej geometrii łopatek oraz chłodnicę powietrza doprowadzanego do cylindrów. Za położenie kierownic turbosprężarki odpowiada moduł sterujący, których położenie uzależnione jest od wzmaganego ciśnienia doładowania. Położeniem kierownic steruje siłownik pneumatyczny, który 203 Logistyka 6/2014

wykorzystuje podciśnienie wytwarzane przez pompę podciśnieniową napędzaną od jednego z wałka rozrządu. Sterowanie siłownikiem odbywa się za pomocą elektromagnetycznego zaworu, który doprowadza do niego podciśnienie w zależności od sygnału z centralki sterującej silnikiem [6]. Silnik ten spełnia normę emisji spalin Euro IV. W celu ograniczenia emisji tlenków azotu silnik wyposażono w chłodzony system recyrkulacji spalin [5]. Tabela 1. Podstawowe dane techniczne silnika FIAT 1.3 Multijet SDE 90 KM [2,4] Parametr Jednostka Wartość Układ cylindrów - rzędowy Liczba cylindrów, c - 4 Rodzaj wtrysku - bezpośredni, wieloetapowy wtrysk paliwa (od 3 do 5) Kolejność pracy cylindrów - 1 3 4 2 Stopień sprężania, - 17,6 Średnica cylindra, D m 69,6 10-3 Skok tłoka, S m 82 10-3 Pojemność skokowa silnika, V ss m 3 1,251 10-3 Moc nominalna silnika, N e kw 66 Prędkość obrotowa mocy nominalnej, n N obr/min 4000 Maksymalny moment obrotowy silnika, M e Nm 200 Prędkość obrotowa maksymalnego momentu obrotowego, n M obr/min 1750 Prędkość obrotowa biegu jałowego, n bj obr/min 850±20 Układ zasilania silnika oraz jego sterowanie umożliwia podział dawki paliwa przypadającej na cykl pracy maksymalnie na trzy części w zależności od warunków pracy silnika [3]. Wraz ze wzrostem prędkości obrotowych wtrysk z podziałem na trzy części zamieniany jest na wtrysk z podziałem na dwie części. W zakresie maksymalnych prędkości obrotowych wału korbowego silnika, dawka paliwa przypadająca na cykl pracy silnika wtryskiwana jest przy jednym otwarciu wtryskiwacza. Na rysunku 1 przedstawiono strategię sterowania przebiegiem wtrysku w zależności od prędkościowo-obciążeniowych warunków jego pracy. Układ sterowania pracą silnika 1.3 Multijet realizuje sterowanie: wartością dawki paliwa i jej podziałem, kątem wyprzedzenia wtrysku paliwa, ciśnieniem paliwa w zbiorczej szynie paliwowej, ilością recyrkulowanych spalin, prędkością biegu jałowego, maksymalną prędkością obrotową wału korbowego silnika, ciśnieniem doładowania oraz pracą świec żarowych [9]. Ponadto centralka sterująca silnika 1.3 posiada funkcje sterowania dawką paliwa z uwzględnieniem zużycia wtryskiwaczy co pozwala na zmniejszenie nierównomierności pracy silnika. Rysunek 1. Charakterystyka sterowania przebiegiem wtrysku paliwa w silniku Fiat 1.3 Multijet SDE 90 KM [12] Logistyka 6/2014 204

Stanowisko badawcze i metodyka badań Badania eksperymentalne przeprowadzono na silnikowym stanowisku hamownianym zbudowanym w Laboratorium Silników Cieplnych Politechniki Świętokrzyskiej. W skład stanowiska wchodził silnik Fiat 1.3 MultiJet, hamulec elektrowirowy typu EMX 100/10 000, szafa sterująca pracą silnika i hamulca z układem sterowania firmy AUTOMEX. Schemat stanowiska badawczego przedstawiono na rysunku 2. W skład szafy sterowniczej wchodził panel mocy hamulca AMX 202, modułu AMX 211 sterujący zespołem silnik-hamulec, moduł pomiarowy AMX212 PMO umożliwiający pomiar podstawowych parametrów opisujących warunki pracy silnika takich jak prędkość obrotową wału korbowego i moment obrotowy na wale łączącym silnik z hamulcem oraz panel do pomiaru temperatur i ciśnień w podstawowych układach funkcjonalnych silnika. W szafie sterowniczej umieszczony jest także panel sterowania dawkomierzem paliwa 730 Dynamic Fuel Consumption AVL [2]. Do pomiaru zużycia paliwa stosowano dawkomierz paliwa AVL 730 Dynamic Fuel Consumption, którego zasada działania oparta jest o metodę wagową. Pomiaru zużycia powietrza w trakcie badań dokonywano przy zastosowaniu przepływomierza powietrza FMT500-IG (SENSYFOL ig) firmy ABB. Do pomiaru stężenia szkodliwych składników spalin stosowano pięciogazowy analizator AVL DiCom 4000, wyposażony w moduł umożliwiający także pomiar zadymiania spalin w silnikach o ZS. Rysunek 2. Schemat blokowy hamownianego stanowiska badawczego Silnik podczas badań pracował w jednym punkcie zewnętrznej charakterystyki prędkościowej przy prędkości obrotowej wału korbowego silnika n = 1750 obr/min, która odpowiada rozwijaniu przez silnik maksymalnej wartość momentu obrotowego. W tych warunkach pracy silnika zmieniano wartość ciśnienia doładowania w układzie dolotowym silnika. Zmianę tego ciśnienia realizowano przez zewnętrzne sterowanie zaworem podciśnieniowym połączonym z kierownicami turbosprężarki co powodowało zmianę ciśnienia doładowania. Wartość ciśnienia doładowania zmieniano w zakresie od 1000 do 2500mbar z krokiem co 125mbar. W poszczególnych punktach pracy silnika dokonywano pomiarów parametrów i wskaźników pracy silnika takich jak: moc efektywna, efektywny moment obrotowy, godzinowe zużycie paliwa i powietrza, współczynnik nadmiaru powietrza. Ponadto w każdym punkcie pomiarowym rejestrowano wartości temperatur i ciśnień w silniku: temperatury cieczy chłodzącej na wyjściu i wejściu do silnika, temperatury oleju w głowicy silnika i misce olejowej, temperatury powietrza przed wymiennikiem ciepła i przed silnikiem, temperatury paliwa, temperatury spalin przed turbosprężarką, ciśnienia oleju w głowicy, ciśnienia w ukła- 205 Logistyka 6/2014

dzie chłodzenia silnika, ciśnienia w skrzyni korbowej, ciśnienia powietrza w kolektorze dolotowym. Ponadto mierzono stężenie szkodliwych składników spalin takich jak tlenu O2, tlenku i dwutlenku węgla CO i CO2, węglowodorów HC, tlenków azotu NOx oraz współczynnika składu mieszanki λ. Wybrane wyniki badań W tabeli 2 przedstawiono podstawowe parametry i wskaźniki pracy silnika Fiat 1.3 SDE takie jak: ciśnienie doładowania pd, moc efektywną Ne, moment obrotowy Mo, godzinowe zużycie paliwa Gh i jednostkowe zużycie paliwa ge oraz stężenia szkodliwych składników spalin takich jak: CO, CO2, HC i NOx. Tabela 2. Wybrane wskaźniki pracy silnika 1.3 SDE pracującego przy n=1750obr/min i zmiennym ciśnieniu doładowania. Lp. pd Ne Mo Gh ge CO CO2 HC NOx [mbar] [kw] [Nm] [kg/h] [g/kwh ] [% vol] [% vol] [ppm] [ppm] 1 1000 19,1 93 4,62 241,88 0 12 31 591 2 1125 19,9 99 4,70 236,18 0 12,1 26 638 3 1250 20,74 101 4,91 236,74 0 12,1 25 668 4 1375 21,7 105 5,12 235,94 0 12,1 24 675 5 1500 22,5 111 5,34 237,33 0 12,1 24 693 6 1625 23,4 114 5,52 235,90 0 12,2 22 704 7 1750 27,2 128 5,98 219,85 0 12,2 21 731 8 1875 32,30 145 7,41 229,41 0 12,5 19 747 9 2000 36,42 184 7,96 218,56 0 13,1 16 840 10 2125 40,62 195 8,52 209,75 0 13,2 16 774 11 2250 41,1 198 8,50 206,81 0 12,3 15 872 12 2375 41,6 199 8,19 196,88 0 11,9 15 915 13 2500 41,4 200 8,10 195,65 0 10,2 18 824 Na rysunku 2, 3 i 4 przestawiono sporządzone na podstawie wyników badań przebiegi zmiany operacyjnych i ekologicznych wskaźników pracy silnika 1.3 SDE silnika pracującego przy stałej prędkości obrotowej wału korbowego silnika n=1750obr/min i zmiennym ciśnieniu doładowania. Rysunek 2. Przebiegi zmiany mocy i momentu obrotowego w funkcji ciśnienia doładowania silnika Fiat 1.3 SDE pracującego przy stałej prędkości obrotowej wału korbowego silnika n = 1750obr/min Logistyka 6/2014 206

Rysunek 3. Przebiegi zmiany jednostkowego i godzinowego zużycia paliwa w funkcji ciśnienia doładowania silnika Fiat 1.3 SDE pracującego przy stałej prędkości obrotowej wału korbowego silnika n = 1750obr/min Rysunek 4. Przebiegi zmiany stężeń szkodliwych składników spalin w funkcji ciśnienia doładowania silnika Fiat 1.3 SDE pracującego przy stałej prędkości obrotowej wału korbowego silnika n = 1750obr/min 207 Logistyka 6/2014

PODSUMOWANIE Silnik Fiata 1.3 SDE, będący obiektem badań jest nowoczesną i sprawdzoną konstrukcją silnika o zapłonie samoczynnym, który został wprowadzony do produkcji ok. roku 2005. Ponadto badany silnik jest mocniejszą wersją silnika 1.3 SDE, produkowanego także w słabszej wersji o mocy 51kW i momencie obrotowym 180 Nm. Uzyskanie wysokiej mocy silnika 66kW i momentu obrotowego 200Nm zrealizowano drogą zastosowania downsizingu w tym wysokociśnieniowego układu zasilania Common Rail z bezpośrednim wtryskiem paliwa, umożliwiającym wtrysk paliwa pod maksymalnym ciśnieniem 160MPa, zastosowaniem turbodoładowania oraz zmianami konstrukcyjnymi umożliwiającymi zwiększenie sprawności silnika. Wyniki badań układu doładowania silnika 1.3 SDE, potwierdzają wysokie osiągi badanego silnika uzyskiwane między innymi przez zastosowanie układu doładowania ze sterowaną sprężarką VGT oraz zastosowanie wysokociśnieniowego wtrysku paliwa, jak również systemu sterowania tymi układami. Silnik charakteryzuje się dobrą elastycznością dzięki dużemu momentowi obrotowemu, którego wartość maksymalna otrzymywana jest już od prędkości obrotowej wału korbowego silnika n=1750obr/min i utrzymywana jest do prędkości n=2500obr/min. Największe znaczenie ze względu na ochronę środowiska naturalnego mają tlenki azotu NOx, których stężenie rośnie wraz ze wzrostem ciśnienia doładowania. Związane jest to ze wzrostem temperatury spalania powodowane większym ciśnieniem doładowania i spalaniem większej dawki paliwa. Wzrost ciśnienia doładowania natomiast powoduje zmniejszenie stężenia węglowodorów i wzrost stężenia dwutlenku węgla do ciśnienia doładowania pd = 2125mbar po który stężenie CO2 spada. Przez zastosowanie w silniku katalizatora utleniającego z sondą lambda nie stwierdzono obecności tlenków węgla. Wzrost ciśnienia doładowania powoduje wzrost jednostkowego i spadek godzinowego zużycia paliwa. Charakter przebiegów tych wskaźników jest podobny do krzywych uzyskiwanych przy pracy silnika według charakterystyki obciążeniowej. Powszechnie stosowane w silnikach turbosprężarki VGT osiągnęły wysoki stopień zawansowania technologicznego. Mimo tego koncerny motoryzacyjne prowadzą dalsze prace mające na celu doskonalenie współpracy silnika z turbosprężarką. Streszczenie Współczesne tłokowe silniki spalinowe o zapłonie samoczynnym charakteryzują się parametrami i wskaźnikami pracy porównywalnymi z parametrami silników o zapłonie wymuszonym. Są to silniki powszechnie stosowane do napędu samochodów osobowych. Charakteryzują się one małymi objętościami skokowymi, mniejszymi masami i wymiarami gabarytowymi oraz mniejszą hałaśliwością w porównaniu z silnikami starszych generacji. Postęp w obecnie stosowanych silnikach o zapłonie samoczynnym spowodowany jest przede wszystkim zastosowaniem w nich nowoczesnych, wydajnych elektronicznie sterowanych układów doładowania i zasilaniu silnika paliwem z zastosowaniem wysokociśnieniowych układów wtryskowych. W artykule przedstawiono wybrane wyniki badań nowoczesnego turbodoładowanego silnika o zapłonie samoczynnym 1.3 SDE z układem zasilania Common Rail. W czasie badań silnik pracował przy stałej prędkości obrotowej wału korbowego silnika i regulacji układu zasilania odpowiadającego zewnętrznej charakterystyce prędkościowej. Badania przeprowadzono na stanowisku hamownianym znajdującym się w Laboratorium Silników Cieplnych Politechniki Świętokrzyskiej. EFFECT OF CHARGING PRESSURE ON ECONOMIC, ENERGY AND ENVIRONMENTAL PARAMETERS OF THE 1.3 MULTIJET ENGINE OPERATION Abstract Modern internal combustion piston engines with compression ignition have operational parameters that are comparable with those of positive ignition engines. The former are commonly used to power passenger Logistyka 6/2014 208

vehicles. Those are characterised by low cubic capacity, lower weight and dimensions and they generate less noise when compared with older generation engines. Advancement in presently used compression ignition engines results mainly from the employment of modern, efficient, electronically controlled charging systems and engine fuel systems with high- pressure injectors. The paper presents selected test results for a modern turbocharged compression ignition 1.3 SDE engine with the Common Rail fuel system. During the tests, the engine operated at constant crankshaft rotational speed and the fuel system setting that corresponded to the full load characteristics. The tests were conducted at the Laboratory of Heat Engines of the Kielce University of Technology. LITERATURA [1] Ambrozik A., Ambrozik T., Kurczyński D., Łagowski P., Orliński S.: Identyfikacja i diagnozowanie procesu spalania w silniku o wieloetapowym wtrysku paliwa z zastosowaniem funkcji sklejanych. Sprawozdanie z wykonania projektu badawczego własnego, Umowa nr 4090/B/T02/2008/35 z dnia 2008-09-16 Kielce 2011. [2] Ambrozik A.: Analiza cykli pracy czterosuwowych silników spalinowych, Politechnika Świętokrzyska, Kielce 2010. [3] Ambrozik T. Kosno M. The effect of exhaust gas recirculation on the process of combustion in the self-ignition engine, Journal of KONES Powertrain and transport, Vol. 21, No. 2, 2014 pp.7-14. [4] Ambrozik T.: Proces spalania w silniku z wieloetapowym wtryskiem paliwa. Praca doktorska Kielce 2012. [5] Ambrozik T.: Wpływ recyrkulacji spalin na stężenia spalin w silniku FIAT MultiJet 1.3, Logistyka 4/2014, pp. 7-16 [6] Brzeżański M. Fiat GM Powertrain 1,3 JTD z Bielska-Białej duży krok w kierunku nowoczesności. Silniki Spalinowe, nr 2/2005 (121), s. 72 75. [7] Brzeżański M., Śliwiński K. Downsizing nowy kierunek rozwoju silników samochodowych. Silniki Spalinowe, nr 2/2004 (119), s. 3 11. [8] Danielecki K. Kierunki rozwoju systemów turbodoładowania silników samochodowych. Silniki spalinowe, nr 2/2008 (133), s. 61 75. [9] Danielecki K. Teoretyczna analiza współpracy turbosprężarkowego urządzenia doładowującego z silnikiem z doładowaniem zakresowym. [10] Fabianowicz R. Problemy eksploatacyjne turbosprężarek zainstalowanych na silnikach zasilanych gazem. Silniki spalinowe, nr 2/2010 (141), s. 100 104. [11] Idzior M., Karpiuk W., Bieliński M., Borowczyk T. Koncepcja stanowiska do badania turbosprężarek silników spalinowych. Silniki Spalinowe, nr 1/2014 (156), s. 30 40 [12] Imarisio R., Giardina-Papa P., Siracusa M., Nowy silnik wysokoprężny 1,3 dm3 90KM, czasopismo naukowe Silniki spalinowe 3/2005, wyd. Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych, Bielsko-Biała 2005. [13] Kowalewicz A. doładowanie silników spalinowych. Wydawnictwo Politechniki Radomskiej. Radom 1998r. [14] Łagowski P.: Ocena wskaźników ekonomiczno energetycznych i ekologicznych turbodoładowanego silnika o zapłonie wymuszonym 1.2 TSI, czasopismo Logistyka 3/2014. [15] Mysłowski J. Doładowanie silników pojazdy samochodowe. Wydawnictwo Komunikacji i Łączności WKŁ. 2006r. 209 Logistyka 6/2014

[16] Opaliński A., Willmann M., Mass U.: Charakterystyka akustyczna turbosprężarek szybkoobrotowych silników ZS. Silniki spalinowe, nr 4/2005 (123), s. 60 64. [17] Orliński P.: Ocena wybranych wskaźników pracy silnika rolniczego o zapłonie samoczynnym zasilanego olejami roślinnymi. Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów, Instytut Pojazdów Politechniki Warszawskiej, vol. 92, nr 1, 2013, ss. 85-95 [18] Serdecki W. Badania silników spalinowych. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej. Poznań 2012r W artykule wykorzystano aparaturę naukowo-badawczą zakupioną w ramach projektu LABIN Wsparcie Aparaturowe Innowacyjnych Laboratoriów Naukowo Badawczych Politechniki Świętokrzyskiej w Kielcach projekt nr POPW.01.03.00-26-016/09 współfinansowany przez Unię Europejską Program Operacyjny Rozwój Polski Wschodniej 2007-2013 Oś Priorytetowa I Nowoczesna Gospodarka Działanie I.3 Wspieranie innowacji. Logistyka 6/2014 210

211 Logistyka 6/2014