LABORATORIUM NR 6.
SPALANIE I PALIWA.
KATALITYCZNE DOPALANIE.
Andrzej Kochmański
Paweł Dudycz
Krzysztof Łokietko
Wydział Mechaniczno-Energetyczny
1.WSTĘP TEORETYCZNY.
Dbając o czystość środowiska naturalnego (gleby, wody i powietrza) inżynierowie i konstruktorzy mieli za zadanie obniżyć emisję tlenku węgla i węglowodorów w spalinach silników spalinowych.
Nie było to łatwe zadanie, zważywszy na to, że wymagania zmniejszenia emisji zanieczyszczeń oraz poprawy ekonomiki pracy silnika spalinowego są niestety sprzeczne.Możliwość stosowania bardzo ubogiej mieszanki (λ>1,4) jest problematyczne ze względu na znaczne obniżenie elastyczności silnika. Wydaje się, że rozsądnym kompromisem jest użycie mieszanki o składzie bliskim stechiometrycznemu (λ ≅ 1) oraz zastosowanie urządzenia oczyszczającego spaliny.
Do pierwotnych rozwiązań mających obniżyć zawartość tlenku węgla i węglowodorów w spalinach należy zaliczyć:
- poprawę jakości mieszania w cylindrze przez wstępne zawirowanie podawanej mieszanki paliwowo-powietrznej,
- podwyższenie stopnia sprężania,
- usprawnienie zapłonu,
- zastąpienie tradycyjnego gażnika systemem wtrysku paliwa,
- kontrolę stechiometrii spalania przez pomiar stężenia tlenu w spalinach.
Obniżenie emisji NO z silnika spalinowego przea przedsięwzięcia pierwotne jest trudnym zadaniem, poza stosowaniem bardzo ubogiej mieszanki, próbowano także innych sposobów:
- recyrkulacji spalin (20% objętościowo),
- wtryskiwania wody lub pary wodnej do cylindra.
W wielu krajach surowe wymogi ograniczenia emisji zanieczyszczeń przez silniki spalinowe powodują, że pierwotne przedsięwzięcia nie są wystarczające i konieczne jest usuwanie zanieczyszczeń ze spalin. Urządzeniem, które służy do usuwania zanieczyszczeń ze spalin, jest reaktor katalityczny (zwany potocznie katalizatorem). Katalizator taki składa się z ceramicznego szkieletu w formie "plastra miodu" pokrytego cienką warstwą platyny,pełniącą rolę katalizatora. Usuwanie kilku zanieczyszczeń ze spalin jest złożonym procesem, na przykład redukcji tlenków azotu najskuteczniej dokonuje się przy braku tlenu w spalinach, natomiast dopalanie tlenku węgla i węglowodorów wymaga obecności tlenu.
2. ZAKRES ĆWICZENIA.
Pomiary skuteczności dopalania CO w spalinach silnika
tłokowego przy pomocy katalizatora platynowego w zależności
od składu mieszanki palnej.
SCHEMAT STANOWISKA POMIAROWEGO.
ANALIZATOR SPALIN
WYLOT
SPALIN
SILNIK
SPALINOWY KATALIZATOR
MIESZANKA PALIWOWO-POWIETRZNA
TABELA POMIAROWA.
ILOŚĆ PALIWA q [ l/h ] Q [ l/h ] |
OBROTY SILNIKA n [ obr/ min ] |
COwej [ ppm]
|
COwyj [ ppm ] |
SPRAWNOŚĆ η |
800 1074 |
4000 |
1800 |
30 |
0,983 |
700 940 |
3550 |
1500 |
26 |
0,982 |
680 913 |
3150 |
1400 |
30 |
0,978 |
600 806 |
2800 |
1000 |
30 |
0,970 |
5.WNIOSKI.
Ćwiczenie to unaoczniło nam słuszność stosowania katalitycznego dopalania CO , za pomocą wbudowanego w układ wylotowy silnika, reaktora katalitycznego czyli katalizatora.
Wraz ze zwiększeniem ilości dostarczanego paliwa do silnika wzrastała nam jego prędkość obrotowa (n) , ale co jest dla nas istotniejsze, to to, że wzrosła nam zawartość tlenku węgla (CO) w spalinach z 1000 do 1800 [ppm] czyli o 80% a wartość obrotów zmieniła się z 2800 do 4000 [obr/min] czyli zwiększyła się o 50%.
Zawartość (CO) w spalinach świadczy o braku tlenu w mieszaninie palnej potrzebnego do pełnego spalenia (dopalenia CO).Czyli współczynnik nadmiaru powietrza (λ) malał i mieliśmy do czynienia z mieszanką coraz to bogatszą.
Katalizator po osiągnięciu swojej określonej temperatury pracy dokonywał redukcji tlenku węgla w spalinach i ich wartość w spalinach opuszczających układ wydechowy utrzymywał się na poziomie 30 [ppm].
Sprawność katalizatora wraz ze wzrostem obrotów rosła. Myślę, że można pokusić się o dalej idące stwierdzenie, że przy dalszym wzroście prędkości obrotowej silnika, sprawność (η) katalizatora niewiele przewyższyłaby wartość η=0,983 . Czyli jest to maksymalna sprawność badanego katalizatora.