LABORATORIUM OCHRONY ŚRODOWISKA
Imię i nazwisko:		Specjalność: Silniki Spalinowe	Semestr: VI	Grupa: 2
Nr ćw.: 10.13	Temat ćwiczenia: Wpływ utleniającego reaktora katalitycznego na emisję silnika ZS	Nazwisko prowadzącego: mgr inż. J. Markowski	Data wyk. ćw.: 19.06.2006	Ocena:

1. Schemat stanowiska pomiarowego:

1 - badany silnik,

2 - płyta fundamentowa,

3 - lawa fundamentowa,

4 - rowki do mocowania,

5 - przekładki,

6 - wspornik,

7 - hamulec,

8 - wał z przegubami,

9 - osłona wału,

10 - miernica paliwa,

11 - układ wydechowy,

12 - wlot instalacji nawiewnej,

13 - wlot instalacji wywiewnej,

14 - dźwignia sterowania silnikiem

15 - przyciski sterowania hamulcem,

16 - miernik momentu obrotowego i prędkości obrotowej,

17 - układ chłodzenia

1. Opis obiektu badawczego:

Silnik:

Silnik o zapłonie iskrowym

Produkcja Fiat

Pojemność: 899 cm³

Moc: 29 kW/ 5500 min^-1

Moment max: 65 Nm / 3000 min^-1

Ilość cylindrów: 4

Liczba zaworów: 8

Skok tłoka: 67,7 mm

Stopień sprężania: 8,8

Hamulec:

Hamulec typu AMX - 210/100

Moc max: 100 kW

Prędkość obrotowa: 10 000 min^-1

Moment max: 240 Nm

Kierunek obrotów: dowolny

2. Wstęp teoretyczny:

Tlenek węgla powstaje w wyniku niezupełnego spalania węgla, a więc w obszarach komory o niedostatecznej ilości tlenu, zwykle przy λ<1. Ponadto powstawaniu CO sprzyja niedostateczne rozpylenie i odparowanie paliwa, niedostateczne wymieszanie (zawirowanie) powietrza z paliwem oraz stosun­kowo niska temperatura procesu spalania. W silnikach o zapłonie samoczynnym wydzielanie tlenku węgla przebiega zwykle równolegle do tworzenia się sadzy. Zapobiega się jego powstawaniu w sposób podobny jak tworzeniu sadzy, głównie przez doprowadzenie dostatecznej ilości tlenu potrzebnej do procesu spalania i przez utrzymanie właściwych parametrów tego procesu.

Węglowodory znajdujące się w spalinach pochodzą z dwóch źródeł, a mianowicie:

• z niecałkowitego lub częściowego spalania paliwa, które w postaci par wchodzi w skład spalin,

• z częściowego rozpadu w reakcjach łańcuchowych w procesie spalania frakcji węglowodorów występujących w paliwie.

Niedomiar tlenu prowadzi najczęściej do emisji węglowodorów wówczas, gdy lokalnie występuje zbyt niska temperatura utrudniająca powstawanie sadzy (bezpośrednie sąsiedztwo ścianek komory spalania i tulei cylindrowej).

Tlenki azotu powstają w obszarach komory spalania o wysokiej temperaturze oraz o dużym nadmiarze powietrza. Spośród wielu związków tlenu i azotu największą rolę w toksyczności spalin odgrywa tlenek azotu NO. Ilość powstającego tlenku azotu zależy przede wszystkim od ilości wolnego tlenu, przyrostu temperatury oraz najwyższej temperatury w procesie spalania. Największe ilości tlenków azotu występują w spalinach przy współczynniku nadmiaru powietrza, dla którego sprawność spalania osiąga największe wartości.

Zmniejszenie emisji tlenków azotu uzyskuje się przez ograniczenie szybkości wydzielania ciepła, spalanie mieszanin bogatych w paliwo, intensywne wewnętrzne chłodzenie komory spalania oraz recyrkulację spalin.

Tlenki siarki powstają w wyniku spalania siarki zawartej w paliwie. Zmniejszenie emisji tego składnika wiąże się bezpośrednio ze stosowaniem paliw o małej zawartości siarki.

Cząstki stałe są to przede wszystkim związki węglowodorów osadzone na cząsteczkach sadzy.

Dwutlenek węgla, choć nie jest bezpośrednim toksycznym skład­nikiem spalin, powoduje zmiany w składzie atmosfery, zakłócając pewną równowagę, i przede wszystkim jest przyczyną powstawania efektu cieplar­nianego oraz zmusza także do szybszego oddychania.

3. Zestawienie zastosowanych urządzeń pomiarowych i ich charakterystyka:

Nawa:	Symbol:	Jednostka:	Błąd pomiarowy:
Emisja tlenku węgla i tlenków azotu	CO, NOx	ppm	1
Emisja dwutlenku węgla	CO2	%	0,1

4. Opis metody badań:

Podczas tego ćwiczenia dokonaliśmy pomiaru emisji tlenków azotu, tlenku węgla oraz dwutlenku węgla w funkcji czasu. Pierwszy odczyt był dla wyłączonego silnika, a kolejnych dokonywaliśmy przy włączonym silniku, co około 10 sekund.

5. Wyniki pomiarów i obliczeń:

Temperatura oleju początkowa: 24^oC

Temperatura oleju końcowa: 80^oC

Lp.	t [s]	Nox [ppm]	CO [ppm]	CO2 [%]
1	1	4	1	1,5
2	10	20	227	8,6
3	20	85	1055	13,8
4	30	123	497	12,3
5	40	134	364	12
6	50	137	296	11,9
7	60	137	250	11,8
8	70	139	225	11,8
9	80	144	166	11,7
10	90	143	128	11,4
11	100	145	107	11,4
12	110	147	93	11,3
13	120	151	80	11,2
14	130	149	72	11,1
15	140	152	67	11
16	150	155	63	11
17	160	158	57	11,1
18	170	157	55	11,2
19	180	160	53	11
20	190	160	54	10,9
21	200	157	56	10,9

6. Ilustracja graficzna wyników:

7. Wnioski:

Z przeprowadzonych badań i wykonanego wykresu zauważamy, że w początkowej fazie pracy silnika wszystkie składniki toksyczne bardzo gwałtownie rosną. Spowodowane jest to tym, że pomiary z badanego silnika odczytywane były od razu po jego rozruchu, czyli silnik i katalizator nie był w ustalonym stanie cieplnym (jak wiadomo emisja tlenków azotu jest bezpośrednio związana z temperaturą). Z czasem widzimy, że zarówno emisja dwutlenku węgla jak i tlenku węgla maleje aż do uzyskania stałego przebiegu. Również widzimy, że No_x tak gwałtownie nie rosną tylko się ustabilizowały, a w końcowej fazie nawet zaczęły spadać. Podsumowując przeprowadzone badania można stwierdzić jak bardzo jest potrzebny i jaki wielki wpływ ma reaktor katalityczny na emisję silnika ZS. Widzimy, że wraz z nagrzaniem się reaktora katalitycznego i ustabilizowaniem jego pracy emisja poszczególnych składników maleje i się stabilizuje.