Opis obiektów badawczych i procedur testowych

Weryfikacje działania zaprojektowanych filtrów cząstek stałych przeprowadzono w badaniach silników NRMM. Obiekty badawcze stanowiły pojazdy tych samych pod-grup, które przyjęto w pracach opisanych w rozdziale 5, w celu ich odróżnienia nazwano je – ciągnik 2 i koparka 2. W każdym cyklu pomiarowym wykonano dwa cykle testowe:

bez i z zamontowanymi prototypowymi DPF w układzie wylotowym. Badane NRMM homologowane były normą Stage IIIA (rys. 8.11, tabl. 8.5).

Silniki badanych maszyn nie posiadały fabrycznie zamontowanego układu oczysz-czania spalin w postaci DPF, zatem nadawały się do badań skuteczności procesu retrofit-tingu. W czasie badań weryfikacyjnych jako wartości odniesienia przyjęto testy przepro-wadzone w fabrycznych konfiguracjach zespołów napędowych i pozasilnikowych ukła-dów oczyszczania spalin, Ciągnik rolniczy 2 podczas badań znajdował się w hali i nie poruszał się. Podłączono go wałem odbioru mocy do mobilnego hamulca prądnicowego (rys. 8.12a). Ponownie, badania emisji zanieczyszczeń wykonano przy użyciu aparatury

PEMS opisanej w rozdziale 2. Badany filtr ze względu na zachowanie możliwie nie-wielkiej odległości od kolektora wylotowego umieszczono na podporze przy maszynie (rys. 8.12b). Było to także związane z jego znaczną masą, zwłaszcza w przypadku naj-większego filtra 1. Ciągnik 2 przed badaniami skontrolowano w aspekcie usterek i był sprawny technicznie. Mimo dodatkowego oporu w układzie wylotowym nie sy-gnalizował żadnej usterki ani błędnych odczytów z czujników. Silnik ciągnika przed przeprowadzeniem badań nagrzano do osiągnięcia temperatury roboczej oleju silni-kowy i cieczy chłodzącej. W czasie badań hala była przewietrzana powietrzem otocze-nia o temperaturze 8^oC bez wymuszonego jego przepływu.

a b

Rys. 8.11. Widok badanych obiektów: a – ciągnik 2, b – koparka 2

Tablica 8.5. Dane techniczne badanych obiektów

Badany obiekt Ciągnik 2 Koparka 2

Liczba cylindrów/zaworów 6/24 6/24

Układ wtryskowy common rail common rail

Objętość skokowa [dm³] 7,1 6,4

Średnica cylindra/skok tłoka [mm] 115/149 102/130 Maksymalna moc [kW] 198 przy 2300 obr/min 103 przy 1800 obr/min Maksymalny moment obrotowy [Nm] 1050 przy 1400 obr/min 683 przy 1400 obr/min Doładowanie Turbodoładowanie VGT Turbodoładowanie VGT

Układy oczyszczania spalin DOC DOC

Norma emisji spalin Tier 3/Stage IIIA Tier 3/Stage IIIA Do obciążenia silnika ciągnika rolniczego wykorzystano mobilną hamownię firmy Eggers-Dynamometer PT 301 MES. Jest to mobilne stanowisko opierające się na pracy prądnicowej maszyn elektrycznych, chłodzone wymuszonym przepływem powietrza.

Podstawowe dane hamulca przedstawiono w tablicy 8.6. W czasie przeprowadzania ba-dań do oprogramowania hamulca wprowadzono przełożenie redukujące (2,1:1) w sto-sunku do prędkości obrotowej silnika spalinowego. W ten sposób prędkość obrotową przekazywaną przez wał odbioru mocy wyrównano z prędkością obrotową wału korbo-wego silnika ciągnika 2. Użycie hamowni umożliwiło pomiar rzeczywistego momentu netto generowanego przez silnik spalinowy. Opór hamulca ustawiany był manualnie,

zgodnie z wyliczonymi wcześniej punktami NRSC–PUT. Prędkość obrotowa ciągnika była regulowana przez operatora maszyny znajdującego się w kabinie podczas przepro-wadzania pomiarów.

Podczas pomiarów koparki 2 test również odbywał się w sposób statyczny (rys.

8.13a). Głównym zadaniem silnika w tej maszynie jest wytwarzanie ciśnienia do układu hydraulicznego, które wykorzystywane jest do ruchu ramienia i łyżki na potrzeby ope-racji kopania. Podczas badań układ hydrauliczny podłączono do zaworu dławiącego ge-nerując opór przepływu oleju hydraulicznego i w efekcie obciążającego silnik spali-nowy (rys. 8.13b).

Przestawianie zaworu odbywało się manualnie, natomiast generowany moment obrotowy przez silnik pojazdu odczytywany był z sieci CAN i wyświetlanyw czasie rzeczywistym przez diagnostyczne urządzenia producenta wraz z oprogramowaniem.

Tak samo jak w przypadku ciągnika 2, był to moment obrotowy netto, bez uwzględniania oporów własnych silnika, zwracany przez sterownik, zgodnie z zapisem dotyczącym badania silników NRMM w dyrektywie Ustawodawcy [9].

a b

Rys. 8.12. Widok: a – połączenia ciągnika z hamulcem w czasie badań, b – badanego filtra

Tablica 8.6. Podstawowe parametry techniczne użytej do badań hamowni PT301 MES

Maksymalna odbierana chwilowa moc [kW] 600

System hamujący prądnicowy

Czynnik chłodzący powietrze

Maksymalna prędkość obrotowa [obr/min] 3600

Maksymalny moment obrotowy [Nm] 7200

Kierunek obrotów dowolny

Tak jak w ciągniku rolniczym 2, układ wylotowy podłączono do instalacji wyciągu spalin. Standardowy reaktor DOC znajdował się w maszynie za układem turbodołado-wania. Badany, prototypowy DPF zamontowano na podporach przy maszynie. Zainsta-lowanie go w bliższej odległości nie było możliwe ze względu na ograniczenia spowo-dowane konstrukcją pojazdu. Test koparki odbył się przy dostępie powietrza otoczenia o temperaturze 12^oC bez wymuszania jego przepływu.

a b

Rys. 8.13. Widok: a – układu wylotowego i aparatury, b – zaworu dławiącego

Zarówno ciągnik, jak i koparka były badane w punktach pracy silnika zgodnie z NRSC–PUT. W ramach prac weryfikacyjnych nie wykorzystano charakterystyk ze-wnętrznych dostarczonych przez producentów. Przed rozpoczęciem testów badano maksymalny moment obrotowy netto przy zwiększaniu prędkości obrotowej. Na tej podstawie określono punkty pracy (tabl. 8.7).

Tablica 8.7. Punkty pracy silnika obydwu maszyn wyznaczone zgodnie z NRSC–PUT

Obiekt Punkt pracy 1 2 3 4 5 6 7

Ciągnik 2

Prędkość obrotowa [obr/min] 1410 1410 1410 2115 2115 2115 850 Moment obrotowy [Nm] 878 633 390 672 462 252 0 Koparka

2

Prędkość obrotowa [obr/min] 1335 1335 1335 1795 1795 1795 890 Moment obrotowy [Nm] 856 613 353 680 471 266 0 W każdym z punktów badawczych, silniki badanych NRMM pracowały przez około 60 s w celu ustabilizowania temperatury spalin oraz stężeń składników szkodliwych.

Miarą gotowości była stała wartość odczytu stężeń składników toksycznych. Taka me-todyka miała wyeliminować ewentualne błędy zbyt szybkiego przejścia między punk-tami i umożliwić bezpośrednie porównanie wyników badań maszyny z filtrem i bez. Po podłączeniu układu wylotowego i aparatury badawczej pojazdy sprawdzono testerami diagnostycznymi – nie odnotowano żadnych błędów. Badania odbyły się jednego dnia, tak by wyeliminować wpływ temperatury powietrza itp. W układzie wylotowym pojaz-dów zamontowano DPF: w ciągniku wykorzystano filtry 1, 2 i 3, w koparce rozwiązania 1 i 2 (z rys. 7.6).

Podczas doboru filtrów przeznaczonych do badań uwzględniono objętości skokowe silników obiektów badawczych oraz średnicę układu wylotowego. Poza określeniem skuteczności oczyszczania spalin z PM i PN, w ramach badań ciągnika 2 sprawdzono również wpływ zwiększenia objętości nośników przy tej samej strukturze wewnętrznej na ten aspekt (porównano wyniki emisji po zastosowaniu DPF 1, 2 i 3). Użycie mniej-szych filtrów (4–6), powodowało zbyt duże dławienie przepływu, co mogło skutkować znacznym wpływem na osiągi silników maszyn lub ich uszkodzeniem. Zużycie paliwa na biegu jałowym po zastosowaniu filtra o średnicy wlotowej 60 mm (filtr 4) zwiększyło się o około 18%, co nie jest zgodne z ideą retrofittingu i minimalizowania wpływu ukła-dów oczyszczania spalin na silnik.