4. Przebieg badań
4.5. Etap V – badanie wpływu zwiększenia ciśnienia doładowania oraz zmiany kąta
W niniejszym (piątym i zarazem ostatnim) etapie pracy badawczej zmierzono wpływ zwiększenia ciśnienia doładowania silnika na równomierność pracy silnika, zużycie gazu paliwowego oraz na emisję tlenków azotu.
W etapie tym badania prowadzono na silniku GMVH–12 nr 2. Wybór tego silnika podyktowany był koniecznością wykonania remontu oraz kolejnej modernizacji, której celem było sprawdzenie wpływu ilości doładowanego powietrza do spalania na emisję tlenków azotu.
Ponadto, przeprowadzono pomiary wpływu zmiany kąta zapłonu na zużycia gazu paliwowego silnika i emisji tlenków azotu.
W celu podniesienia ciśnienia doładowania w silniku GMVH–12 nr 2 wykonano następujące prace modernizacyjne w układzie zasilania silnika:
zmieniono charakterystykę układu zapłonowego w sposób umożliwiający ręczną regulacje kąta wyprzedzenia zapłonu,
wykonano nowy układ sterowania zaworem upustu spalin turbosprężarki,
zwiększono ciśnienie w układzie smarowania turbosprężarki silnika ze względu na zwiększenie obrotów wirnika turbosprężarki,
zwiększono wydajność układu chłodzenia powietrza doładowania poprzez zwiększenie ilości wody chłodzącej przepływającej przez chłodnice doładowania silnika,
wykonano nowe uszczelnienia butli powietrza doładowania silnika w celu wyeliminowania strat ciśnienia powietrza doładowania.
Podniesienie ciśnienia powietrza doładowania do silnika wymagało głównie zmiany dwóch parametrów pracy silnika:
kąta zapłonu (opóźnienie o 4 do 6 stopni w zależności od obciążenia silnika w stosunku do wartości kąta wyprzedzenia zapłonu dla standardowej wartości),
zmniejszenie ilości upuszczanych spalin do kolektora wydechowego poprzez zamknięcie zaworu upustu spalin (by–passu) przed turbosprężarką.
Parametry pracy silnika podczas wykonywania pomiarów ciśnienia spalania przedstawiono w tabeli nr 19.
Tabela 19. Parametry pracy silnika uzyskane podczas pomiarów – V etap pracy – Silnik nr 2
PARAMETRY PRACY SILNIKA I SPRĘŻARKI
WARTOŚĆ PARAMETRU
Moc silnika 1620 kW
Prędkość obrotowa 320 obr./min.
Temperatura spalin na wylocie z cylindrów 390–425oC
Ciśnienie gazu paliwowego 280 kPa
Temperatura gazu paliwowego 20oC
Zużycie gazu paliwowego silnika 435 Nm3/h
Ciśnienie powietrza doładowania 52 kPa
Temperatura powietrza doładowania 35oC Ilość obrotów turbosprężarki 9600 obr./min.
Temperatura gazu paliwowego przed zaworem
wtryskowym 35–45oC
Wydajność sprężarki gazu 33200 Nm3/h
Ciśnienie gazu stronie ssania sprężarki 1,72 MPa
Kąt wyprzedzenia zapłonu 2o przed GMP
Po wykonaniu wyżej opisanych regulacji i zmian w układzie sterowania silnikiem, wykonano kolejną serię pomiarów wielkości emisji tlenków azotu oraz wybranych parametrów pracy silnika dla różnych wartości obrotów i obciążenia.
Na rysunkach nr 95–106 przedstawiono przebiegi ciśnienia spalania w silniku GMVH–12 nr 2 przy zwiększonym ciśnieniu doładowania.
Natomiast w tabeli nr 20 przedstawiono wybrane parametry pracy silnika GMVH–12 nr 2 przy zwiększonym ciśnieniu doładowania.
0,0
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3900
ciśnienie w cylindrze [MPa]
kąt obrotu wału korbowego [o]
Rys. 95. Przebieg ciśnienia spalania w silniku GMVH–12 nr 2 – cylinder 1L
0,0
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3900
ciśnienie w cylindrze [MPa]
kąt obrotu wału korbowego [o]
Rys. 96. Przebieg ciśnienia spalania w silniku GMVH–12 nr 2 – cylinder 2L
0,0
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3900
ciśnienie w cylindrze [MPa]
kąt obrotu wału korbowego [o]
Rys. 97. Przebieg ciśnienia spalania w silniku GMVH–12 nr 2 – cylinder 3L
0,0
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3900
ciśnienie w cylindrze [MPa]
kąt obrotu wału korbowego [o]
Rys. 98. Przebieg ciśnienia spalania w silniku GMVH–12 nr 2 – cylinder 4L
0,0
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3900
ciśnienie w cylindrze [MPa]
kąt obrotu wału korbowego [o]
Rys. 99. Przebieg ciśnienia spalania w silniku GMVH–12 nr 2 – cylinder 5L
0,0
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3900
ciśnienie w cylindrze [MPa]
kąt obrotu wału korbowego [o]
Rys. 100. Przebieg ciśnienia spalania w silniku GMVH–12 nr 2 – cylinder 6L
0,0
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3900
ciśnienie w cylindrze [MPa]
kąt obrotu wału korbowego [o]
Rys. 101. Przebieg ciśnienia spalania w silniku GMVH–12 nr 2 – cylinder 1P
0,0
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3900
ciśnienie w cylindrze [MPa]
kąt obrotu wału korbowego [o]
Rys. 102. Przebieg ciśnienia spalania w silniku GMVH–12 nr 2 – cylinder 2P
0,0
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3900
ciśnienie w cylindrze [MPa]
kąt obrotu wału korbowego [o]
Rys. 103. Przebieg ciśnienia spalania w silniku GMVH–12 nr 2 – cylinder 3P
0,0
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3900
ciśnienie w cylindrze [MPa]
kąt obrotu wału korbowego [o]
Rys. 104. Przebieg ciśnienia spalania w silniku GMVH–12 nr 2 – cylinder 4P
0,0
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3900
ciśnienie w cylindrze [MPa]
kąt obrotu wału korbowego [o]
Rys. 105. Przebieg ciśnienia spalania w silniku GMVH–12 nr 2 – cylinder 5P
0,0
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 3300 3600 3900
ciśnienie w cylindrze [MPa]
kąt obrotu wału korbowego [o]
Rys. 106. Przebieg ciśnienia spalania w silniku GMVH–12 nr 2 – cylinder 6P
Tabela 20. Parametry pracy silnika GMVH–12 nr 2 przy różnym ciśnieniu doładowania silnika
Na podstawie uzyskanych wyników pomiarów zamieszczonych w tabeli nr 20 oraz po analizie przebiegów ciśnień spalania (rys. nr 95–106) dla wybranego punktu pracy silnika, można wysunąć następujące wnioski:
zwiększenie ciśnienia powietrza doładowania ma znaczący wpływ na obniżenie poziomu emisji tlenków azotu,
występują dość duże rozbieżności w ilości emitowanych tlenków azotu przy danym obciążeniu silnika,
wraz ze wzrostem ciśnienia doładowania zmniejsza się sprawność silnika (rośnie zużycia gazu paliwowego) ze względu na konieczność zmiany kąta wyprzedzenia zapłonu w celu uzyskania większego ciśnienia doładowania oraz wyeliminowania występowania spalania stukowego w silniku,
przy zwiększeniu ciśnienia doładowania powyżej 50 kPa pojawia się nierównomierność pracy silnika (wahania obrotów silnika w zakresie +/– 5 obr./min.),
w porównaniu z przebiegami ciśnienia spalania dla silnika GMVH–12 z komorą wstępną występuje większa rozbieżność wartości maksymalnych ciśnień spalania, co ma bezpośredni wpływ na większą nierównomierność pracy silnika.
Podsumowując piąty etap badań można stwierdzić, że zwiększenie ciśnienia doładowania w silniku ma bezpośredni wpływ na zmniejszenie emisji tlenków azotu w spalinach, jednak zwiększa się zużycie gazu paliwowego. Ponadto, pojawia się niestabilna praca silnika.