III Inżynieria Środowiska	Agnieszka Drozdek Jacek Brzozowski	20.03.2013r.
LPS1	Temat: Pomiar stopnia zadymienia spalin silnika o zapłonie samoczynnym

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest pomiar stopnia pochłaniania światła przez warstwę spalin i porównanie wyników z wymaganymi normami stawianymi przez Rozporządzenie Ministra Transportu
i Gospodarki Morskiej z dnia 01.02.1993r.

1. Wprowadzenie teoretyczne:

Paliwa silnikowe takie jak benzyna i olej napędowy są mieszaniną węglowodorów różniących się

budową chemiczną i wynikającymi z tego własnościami chemicznymi. Naturalną konsekwencją dla naszego środowiska wywołaną światowym pędem do nowoczesności w motoryzacji staje się rosnąca liczba eksploatowanych pojazdów, co pociąga za sobą zwiększenie emisji produktów spalania. Ograniczenie szkodliwości tej emisji staje się zatem zadaniem o dużym znaczeniu. Ogromną popularnością cieszą się obecnie jednostki napędowe z silnikami wysokoprężnymi. Współczesne silniki diesla charakteryzują się: małym zużyciem paliwa, niskim hałasem, zwiększoną mocą, oraz bardzo małą toksycznością spalin. Mimo ogromnego postępu technicznego aktualnie produkowane silniki wysokoprężne wydzielają:

• Dwutlenek węgla(CO₂) – który jest wynikiem bardzo efektywnego spalania.

Jest podstawowym produktem spalania paliwa. Emisja dużych ilości CO₂ w skali globalnej zakłóca równowagę termodynamiczną atmosfery, powodując tzw. efekt cieplarniany.

• Tlenek węgla (CO) – jest gazem trującym, bezbarwnym i bezwonnym, który powstaje głównie na skutek niedoboru tlenu. Jest jednym z najbardziej toksycznych składników gazów spalinowych silników samochodowych. Wdychanie tlenku węgla powoduje zakłócenia procesu oddychania, bólei zawroty głowy.

• Węglowodory (HC) – są to nie spalone lub częściowo spalone cząstki paliwa, są to związki

szczególnie trujące o bardzo negatywnym działaniu na organizm człowieka. Główną przyczyną emisji węglowodorów przez silnik jest chłodzące oddziaływanie ścianek komory (efekt szczelinowy). Węglowodory powstają również w reakcjach zubożałej mieszanki wskutek powolnego spalania. Najbardziej niebezpiecznymi związkami są wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne, które mają działanie rakotwórcze oraz uczestniczą w tworzeniu smogu komunikacyjnego.

• Tlenki azotu (NO_x) – przyczyną ich powstania jest obecność cząstek tlenu O₂ i azotu N₂ w strefie spalania w cylindrze silnika, gdzie w wysokiej temperaturze następuje ich rozpad,

tlenu i azotu. Powstaje zatem tlenek azotu (NO) i dwutlenek azotu (NO₂). W praktyce oba te

związki oznacza się (NO_x). Tlenki azotu zaliczane są do bardziej toksycznych składników gazów

spalinowych,

• Cząstki stałe (PM) - Zaliczamy do nich wszystkie substancje, które opuszczają rurę wydechową w stanie innym niż gazowym, czyli w stanie ciekłym lub stałym. Mogą to być cząstki nie spalonego węgla (sadza) oraz związki azotu i siarki oraz różnego rodzaju węglowodory ciężkie. Sadza powstaje w procesie spalania w wyniku rozpadu cząstek paliwa w wysokich temperaturach co skutkuje tworzeniem drobnych kryształków węgla. Powstanie sadzy prowadzi do zadymienia spalin.

Zadymienie spalin – jest wynikiem obecności w nich cząstek stałych (sadza) oraz innych

składników. Przy zawartości sadzy 100-300 (mg/m3) zadymienie spalin staje się widoczne. Czarny

dym pojawia się przy stężeniu ok. 500 (mg/m3). Jedynym wymaganym w kraju pomiarem przy

okresowych badaniach technicznych pojazdów z silnikami wysokoprężnymi jest zadymienie spalin.

Przyrządy do pomiaru zadymienia spalin to dymomierze optyczne wykorzystujące w działaniu

zjawisko pochłaniania promieniowania widzialnego (światła) w gazach. Do pomiarów roboczych

wybrano więc metodę swobodnego przyśpieszenia obrotów silnika, podczas której przeprowadza

się pomiar dymienia. Stanowi to rozwiązanie kompromisowe, które umożliwia modelowanie pełnego obciążenia silnika. Metoda ta ma wprawdzie pewne wady, ponieważ spaliny zawierające rozpylone cząsteczki wody i nie spalonego oleju napędowego rozpraszają strumień światła, co wprowadza błąd pomiarowy. Ponadto nie jest to jednak pomiar obiektywny, gdyż wiele ze składników toksycznych jest „niewidocznych” dla dymomierza. Jednak z możliwością do przyjęcia dokładnością można uzyskać wyniki pomiarów o wystarczającej powtarzalności.

Obowiązujące normy w Polsce określają dopuszczalne zadymienie na poziomie do 2,5 [m^-1] (silniki

wolno ssące) a w przypadku silników z turbo doładowaniem do 3,0 [m^-1].

Dymienie można określić także w jednostkach (% HRT):

– 2,50 [m^-1] ---- -> 66 [%] wolnossący

– 3,00 [m^-1] --- --> 72 [%] doładowany

1. Przebieg ćwiczenia:

Pomiaru zadymienia spalin dokonuje się w sposób następujący:

• podczas pracy silnika na biegu jałowym należy szybko, lecz niegwałtownie, nacisnąć pedał przyspieszenia, tak aby uzyskać pełny wydatek pompy wtryskowej,

• pozycję pełnego wydatku należy utrzymać do momentu uzyskania przez silnik maksymalnej prędkości obrotowej i zadziałania regulatora obrotów, jednak nie krócej niż przez 1,5 sekundy,

• zwolnić pedał przyspieszenia do uzyskania przez silnik prędkości biegu jałowego i powrotu wskazań dymomierza do odpowiadających jej wartości.

W wypadku silnika z pompą wtryskową bez automatycznej blokady urządzenia rozruchowego przyspieszanie rozpoczyna się od podwyższonej prędkości obrotowej (800-900 min^-1) w celu uniknięcia wtryskiwania dawki rozruchowej.

1. Obliczenia:

Bieg jałowy:

Lp.	N/k	Temperatura [^oC]
1.	9,6	52
2.	6,4	52
3.	11,5	52
4.	6,4	52
5.	9,6	53
6.	6,4	55
7.	6,4	55
8.	9,9	57
9.	6,4	58
10.	9,9	59
Średnia pomiaru	8,25	54,5

1500 obrotów:

Lp.	N/k	Temperatura [^oC]
1.	6,4	59
2.	6,4	59
3.	6,4	60
4.	6,4	60
5.	4,8	61
6.	4,8	61
7.	6,4	62
8.	6,4	62
9.	6,4	63
10.	16,6	64
Średnia pomiaru	7,1	61,1

1. Wnioski:
   Badany silnik nie spełnił w przeprowadzonym przez Nas badaniu norm dotyczących emisji spalin. Wpływ na sam pomiar, a w konsekwencji i na wyniki, miało w tym przypadku kilka czynników. Pierwszym z nich jest sam sposób przeprowadzania doświadczenia, którego sposób wykonania opisany jest niedokładnie, zaś narzędzie jakim się go wykonuje- ręka, nie jest w stanie wykonać kilku niemal identycznych pomiarów. Drugim powodem jest lekki wiatr, jaki tego dnia panował w miejscu pomiaru- ruch powietrza zaburzał swobodny przepływ spalin przez dymomierz. Trzecim powodem była temperatura powietrza niezgodna z normą. Wreszcie czwartym powodem jest niedokładność odczytu wartości z dymomierza (ponieważ najwyższy wskaz widoczny jest przez bardzo krótki czas).
   Oczywiście można by było przeprowadzać próbę w taki sposób, żeby wyniki doświadczenia wskazywały na to, że silnik mieści się w normie dotyczącej emisji spalin, a w konsekwencji producent może podjąć się produkcji seryjnej tego silnika.