Drzewiecki Michał 14.11.2014 r.

Studia: stacjonarne I stopnia Rok akad. 2014/2015

Specjalność: samochody i silniki

Rok IV / sem. 7

Grupa: 1b

LABORATORIUM

SYSTEMY STEROWANIA SPALINOWYCH ZESPOŁÓW NAPĘDOWYCH

Temat:Wpływ kąta wyprzedzenia wtrysku oraz ustawienia zaworu EGR na emisję składników spalin, zadymienie i zużycie paliwa.

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było wykonanie pomiarów wpływu kąta wyprzedzenia wtrysku oraz ustawienia zaworu EGR na emisję składników spalin, ich zadymienia i zużycia paliwa przez silnik.

1. Wstęp teoretyczny.

Kąt wyprzedzenia wtrysku–α_ww– jest to termin odnoszący się do położenia wału korbowego w silniku wysokoprężnym pomiędzy momentem, gdy rozpoczyna się wtrysk paliwa, a położeniem, gdy tłok osiągnie Górne Martwe Położenie (GMP).

Rys. 1. Kąt wyprzedzenia wtrysku α_ww .

Układ recyrkulacji spalin – EGR  –układ zmniejszenia zanieczyszczeń w spalinach, stosowany w nowoczesnych pojazdach z silnikami spalinowymi tłokowymi. Zasada działania układu polega na wprowadzaniu do układu zasilania silnika pewnej ilości spalin. Zastosowanie takiego rozwiązania powoduje:

• przyspieszenie odparowania paliwa (poprzez jego podgrzanie),

• obniżenie temperatury spalania ubogiej w tlen mieszanki paliwowo-powietrznej,

• utlenienie pozostałych w spalinach niespalonych węglowodorów.

Skutkiem obniżenia temperatury spalania ubogiej w tlen mieszanki jest obniżenie emisji tlenków azotu oraz HC (poprzez ich utlenienie).

Do optymalnej pracy układu niezbędne jest odpowiednie dawkowanie ilości spalin dostarczanych do komory spalania, które jest zależne od aktualnego obciążenia silnika. W silnikach o zapłonie iskrowym z powrotem wprowadza się do 25% objętości spalin o temperaturze blisko 650 °C. Natomiast w silnikach ozapłonie samoczynnym do 50%, w wyniku czego temperatura jest ograniczana do 400-450 °C. W związku z tym wymagane bywa stosowanie dodatkowej chłodnicy spalin. W celu osiągnięcia zadanych parametrów system współpracuje z układem wtryskowym oraz zapłonowym, a także wykorzystuje odczyty z sond tlenu oraz czujników temperatury.

1. Obiekt pomiarów.

Obiektem pomiarów był silnik ISUZU, o pojemności 1,7 dm³, wyposażony w układ wtryskowy Common Rail. Jest to 4-cylindrowy, 16-zaworowy, trurbodoładowany silnik o zapłonie samoczynnym.

Zdj. 1. Silnik ISUZU 1,7 CDTI.

1. Stanowisko pomiarowe.

Badania zostały przeprowadzone na hamowni silnikowej wyposażonej w hamulec elektrowirowy. Hamulec taki obciąża badany silnik momentem powstającym w wyniku generowania prądów wirowych w obwodzie magnetycznym hamulca. Jest to prądnica, której sprawność jest równa zero, czyli cała energia doprowadzona do hamulca jest zamieniana na ciepło odprowadzone przez układ chłodzenia.

1. Przeprowadzenie ćwiczenia.

Podczas przeprowadzonego ćwiczenia wykonaliśmy pomiary sprawdzające wpływ kąta wyprzedzenia wtrysku i ustawienia zaworu EGR na emisję spalin, zadymienie i zużycie paliwa. Wykonaliśmy badania dla kąta: 13°, 18°, 20°, 23° i 33°, oraz dla ustawienia zaworu EGR: 0%, 25%, 50%, 75% i 100% (w zależności od próby). Wyniki odczytywaliśmy z aparatury sterującej, analizatora spalin oraz oscyloskopu (wykres indykatorowy).

1. Wyniki pomiarów.

	Kąt w.w. 13 °	Kąt w.w. 18 °	Kąt w.w. 20 °
EGR	0	100	0
Zadymienie	0,5	0,6	0,3
HC	9	10	13
CO2	4,8	5,1	5
CO	0,02	x	0
NOX	73	58	244
O2	13	x	12,8
Zużycie paliwa	3,865	3,918	3,862

Kąt w.w. 23 °	Kąt w.w. 33 °
0	25	50
0,3	0,3	0,3
13	12	11
5,2	5,3	5,2
0	0	0
224	283	292
12,5	12,4	12,4
3,885	3,892	3,908

Tab. 1. Wyniki pomiarów.

1. Analiza wyników.

1. Zadymienie spalin:

Wyk. 1. Wpływ ustawienia zaworu EGR na zadymienie spalin.

Z otrzymanego wykresu widać, że wraz ze wzrostem przepustowości zaworu EGR zwiększa się zadymienie spalin. W zależności od zadanego kąta wyprzedzenia wtrysku jest to wzrost nawet o ponad 100%.

Wyk. 2. Wpływ kąta wyprzedzenia wtrysku na zadymienie spalin.

Większy kąt wyprzedzenia wtrysku zmniejsza zadymienia spalin (dłuższy czas przygotowania mieszanki), natomiast mniejszy kąt zwiększa zadymienie (więcej niedopalonego paliwa).

1. Emisja węglowodorów:

Wyk. 3. Wpływ ustawienia zaworu EGR na emisję węglowodorów.

Zwiększenie przepustowości zaworu EGR powinno powodować zmniejszenie emisji węglowodorów, ponieważ zostają one dopalone w kolejnych cylkach silnika (widać to dla 20 i 23°).

Wyk. 4. Wpływ kąta wyprzedzenia wtrysku naemisję węglowodorów.

Zwiększenie kąta wyprzedzenia wtrysku skutkuje obniżeniem emisji węglowodorów w spalinach, ponieważ mieszanka ma więcej czasu na spalenie, zmniejszenie również bo wtrysk następuje do cylidra, w którym panuje bardzo wysokie ciśnienie.

1. Emisja dwutlenku węgla:

Wyk. 5. Wpływ ustawienia zaworu EGR na emisję dwutlenku węgla.

Zwiększenie przepustowości zaworu EGR powoduje wzrost emisji CO₂, ponieważ dopalone zostają cząsteczki paliwa z poprzednich cykli silnika (CO₂ jest wynikiem spalania całkowitego).

Wyk. 6. Wpływ kąta wyprzedzenia wtrysku na emisję dwutlenku węgla.

Zmniejszenie kąta wyprzedzenia wtrysku powoduje niecałkowite i niezupełne spalanie dostarczonego paliwa, co przekłada się na obniżenie emisji CO₂ jako produktu końcowego.

1. Emisja tlenków azotu:

Wyk. 7. Wpływ ustawienia zaworu EGR na emisję tlenków azotu.

Zwiększenie przepustowości zaworu EGR zmniejsza emisję tlenków azotu, ponieważ proces spalania przebiega w niższej temperaturze.

Wyk. 8. Wpływ kąta wyprzedzenia wtrysku na emisję tlenków azotu.

Zmniejszenie kąta wyprzedzenia wtrysku wpływa znacząco na obniżenie emisji tlenków azotu, spowodowane jest to niższą temperaturą procesu spalania.

1. Zużycie paliwa:

Wyk. 9. Wpływ ustawienia zaworu EGR na zużycie paliwa.

Wraz ze wzrostem przepustowości zaworu EGR zwiększa się godzinowe zużycie paliwa, ponieważ zmniejsza się współczynnik napełnienia η_V (podgrzewanie ładunku od spalin).

Wyk. 10. Wpływ kąta wyprzedzenia wtrysku na zużycie paliwa.

Znaczące zwiększenie kata wyprzedzenia wtrysku powoduje zmniejszenie godzinowego zużycia paliwa, spowodowane to jest dobrym (bo długim) przygotowaniem mieszanki (całe paliwo zostaje spalone).

1. Wykresy indykatorowe.

1. α_WW = 13°:

Wykres przedstawia przebieg ciśnienia wewnątrz cylindra dla kąta wyprzedzania wtrysku 13° (otwarcie zaworu EGR to 100 %). Największe ciśnienie jest osiągane kilka stopni po GMP oraz widoczny jest wyraźny uskok ciśnienia.

1. α_WW = 18°:

Wykres przedstawia przebieg ciśnienia wewnątrz cylindra dla kąta wyprzedzania wtrysku 18° (otwarcie zaworu EGR to 50 %). Maksymalne ciśnienie wystąpiło również kilka stopni po GMP, a późniejszy uskok ciśnienia jest mniej wyraźny.

1. α_WW = 20°:

Wykres przedstawia przebieg ciśnienia wewnątrz cylindra dla kąta wyprzedzania wtrysku 20° (otwarcie zaworu EGR to 50 %). Charakterystyka jest łagodna (brak gwałtownych uskoków), maksymalne ciśnienie występuje nieco później, barak również uskoku ciśnienia po p_max.

1. α_WW = 23°:

Wykres przedstawia przebieg ciśnienia wewnątrz cylindra dla kąta wyprzedzania wtrysku 23° (otwarcie zaworu EGR to 0 %). Widoczny jest „poszarpany” przebieg charakterystyki dla ciśnienia maksymalnego.

1. α_WW = 33°:

Wykres przedstawia przebieg ciśnienia wewnątrz cylindra dla kąta wyprzedzania wtrysku 33° (otwarcie zaworu EGR to 0 %). Maksymalne ciśnienie wyraźnie wykracza poza wybrany zakres oscyloskopu.

1. Wnioski:

-Wzrost przepustowości zaworu EGR powoduje:

-Zmniejszenie zadymienia,

-Zmniejszenie emisji Nox,

-Zmniejszenie emisji węglowodorów,

-Zwiększenie ilości CO₂ w spalinach,

-Zwiększenie zużycia paliwa.

-Wzrost kąta wyprzedzenia wtrysku powoduje:

-Zmniejszenie zadymienia spalin,

-Zmniejszenie emisji węglowodorów,

-Zwiększenie emisji CO₂,

-Zmniejszenie zużycia paliwa,

-Zwiększenie emisji tlenków azotu.

-Na podstawie przeprowadzonych badań nie była możliwa analiza emisji tlenku węgla II, ponieważ niemal dla każdego punku pomiarowego wynosiła ona 0.

-Im mniejszy kąt wyprzedzenia wtrysku, tym maksymalne ciśnienie w cylindrze jest osiągane później po GMP,

-Największe ciśnienie wewnątrz cylindra zostło osiągnięta dla kąta wyprzedzenia wtrysku 33°.