Pomiary na silnikowym stanowisku hamulcowym

Na silnikowym stanowisku hamulcowym mierzono prędkość obrotową wału korbowego, moment obrotowy, zużycie paliwa metodą wagową, masowe natężenie przepływu gazów wylotowych oraz stężenie CO2, CO i THC w celu wyznaczenia zużycia paliwa metodą bilansu węgla. Przyjęto, że w badaniach rozważane będą konfiguracje kolektora dolotowego 2 (oznaczenia zgodne z tab. 5.1):

a) kolektor bez kierownicy powietrza – próba 2,

b) kolektor z kierownicą powietrza o ustawieniu 0 mm i 0^o – próba 3, c) kolektor z kierownicą powietrza o ustawieniu 0 mm i –12,5^o – próba 6, d) kolektor z kierownicą powietrza o ustawieniu –6 mm i +12,5^o – próba 11.

Wyboru konfiguracji kolektora dolotowego 2 do badań dokonano na podstawie pomiarów zrealizowanych na stanowisku SBK-01: 1. W ramach przeprowadzonych badań wyznaczono zależność między zmierzonym zużyciem paliwa (wagowa miernica paliwowa firmy Automex) a zużyciem paliwa obliczanym na podstawie metody bilansu węgla. Miało to na celu określenie dokładności wyznaczania zużycia paliwa na podstawie natężenia emisji THC, CO i CO2 w odniesieniu do wartości mierzonych przy użyciu miernicy paliwowej na stanowiskach hamulcowych. W każdym punkcie pracy silnika wykonano ponad 30 prób (proz. 5.2). Na rys. 8.17. przedstawiono przykładowe zależności średnich wartości sekundowego zużycia paliwa przy trzech prędkościach obrotowych wału korbowego silnika. Przebiegi interpolowano liniowo, uzyskując współczynniki determinacji R² w zakresie 0,9978–0,9988. Świadczy to o bardzo dużej zgodności wyników uzyskiwanych przy wykorzystaniu obu metod. Zatem metoda bilansu węgla jest i może być stosowana zarówno w badaniach stanowiskowych, jak i w rzeczywistych warunkach eksploatacji.

Rys. 8.17. Zależność zużycia paliwa zmierzonego metodą wagową (wagowa miernica paliwowa) od zużycia paliwa wyznaczonego na podstawie metody bilansu węgla z silnika Vaxell 60i

z kolektorem 2 bez kierownicy powietrza

Do wyznaczenia współczynnika napełnienia wykorzystano wartość zużycia paliwa zmierzonego metodą wagową oraz obliczano masowe natężenie przepływu powietrza.

Przy prędkości biegu jałowego silnika wartość współczynnika była największa dla ustawienia kierownicy kolektora 2 –6 mm i +12,5^o (próba 11), która wyniosła 0,19 (rys. 8.18). Następnie w próbie 3 uzyskano 0,16. W pozostałych próbach 2 i 6 wartości współczynnika napełnienia były niższe niż w poprzednich przypadkach.

Przyjmując jako wariant odniesienia próbę 11 (100%) obliczono różnicę procentową, która wyniosła odpowiednio:

a) próba 2 – 19%, b) próba 3 – 14%, c) próba 6 – 25%.

Kolejne pomiary wykonano przy prędkości 2000 obr/min dla biegu luzem i przy momencie obrotowym 60 N·m oraz 120 N·m. Największe wartości współczynnika napełnienia zarejestrowano dla maksymalnego obciążenia (rys. 8.19). Wśród analizowanych prób pomiarowych najmniejsze wartości uzyskano dla próby 6, czyli ustawienia kierownicy 0 mm i –12,5^o. W tym położeniu dla biegu luzem współczynnik napełnienia wyniósł 0,15, przy momencie obrotowym 60 N·m 0,39 i przy 120 N·m 0,54. Najkorzystniejszym ustawieniem kierownicy było położenie –6 mm i +12,5^o, gdzie przy obciążeniu 120 N·m współczynnik napełnienia wyniósł 0,73. Brak zastosowania kierownicy w zbiorniku wyrównawczym kolektora 2 skutkowało uzyskaniem mniejszej wartości współczynnika od próby 11 o:

a) bieg luzem – 0,04,

b) moment obrotowy 60 N·m – 0,10, c) moment obrotowy 120 N·m – 0,14.

Rys. 8.18. Współczynnik napełnienia silnika z zamontowanym kolektorem 2 przy prędkości obrotowej biegu jałowego

Rys. 8.19. Współczynnika napełnienia silnika z zamontowanym kolektorem 2 Vaxell 60i przy prędkości 2000 obr/min

W kolejnej charakterystyce obciążeniowej uzyskano podobne zależności jak przy prędkości 2000 obr/min (rys. 8.20). Najgorzej wypadła próba 6, gdzie współczynnik napełnienia wyniósł maksymalnie 0,62. Była to o 24% mniejsza wartość niż dla analizowanego punktu pracy silnika spalinowego w próbie 11. Porównując współczynnik napełnienia w obu charakterystykach obciążeniowych stwierdzono, że przy prędkości 2500 obr/min jest większy niż przy 2000 obr/min o:

a) bieg luzem:

– próba 2 – 0,030, – próba 3 – 0,027, – próba 6 – 0,037, – próba 11 – 0,035, b) moment obrotowy 50 N·m:

– próba 2 – 0,065, – próba 3 – 0,052, – próba 6 – 0,071, – próba 11 – 0,072,

c) moment obrotowy 100 N·m:

– próba 2 – 0,087, – próba 3 – 0,052, – próba 6 – 0,081, – próba 11 – 0,077.

Rys. 8.20. Współczynnika napełnienia silnika Vaxell 60i z zamontowanym kolektorem 2 przy prędkości 2500 obr/min

Maksymalne wartości współczynnika napełnienia zarejestrowano w ostatniej charakterystyce obciążeniowej przy 3000 obr/min. Wystąpiły one również (jak w przypadku pozostałych) przy największym obciążeniu wynoszącym w tym przypadku 100 N·m (rys. 8.21). W odniesieniu do charakterystyki obciążeniowej przy 2000 obr/min otrzymane wartości współczynnika napełnienia były większe o:

a) bieg luzem:

– próba 2 – 0,043, – próba 3 – 0,046, – próba 6 – 0,048, – próba 11 – 0,054, b) moment obrotowy 50 N·m:

– próba 2 – 0,140, – próba 3 – 0,130, – próba 6 – 0,126, – próba 11 – 0,154,

c) moment obrotowy 100 N·m:

– próba 2 – 0,290, – próba 3 – 0,219, – próba 6 – 0,202, – próba 11 – 0,246.

Na rys. 8.22 porównano najkorzystniejszy wariant ustawienia kierownicy powietrza (próba 11) z brakiem jej zastosowania w kolektorze 2 (próba 2). Wynika z niego jednoznacznie, że zastosowanie kierownicy powietrza o ustawieniu –6 mm i +12,5^o

powoduje wzrost współczynnika napełnienia o 15–20%. Takie samo zestawie zaprezentowano dla porównania prób 11 i 3 (rys. 8.23) oraz 11 i 6 (8.24).

Rys. 8.21. Współczynnik napełnienia silnika Vaxell 60i z zamontowanym kolektorem 2 przy prędkości 3000 obr/min

Rys. 8.22. Różnica względna współczynnika napełnienia między próbami 11 i 2 w analizowanych punktach pracy silnika Vaxell 60i z zamontowanym kolektorem 2

Rys. 8.23. Różnica względna współczynnika napełnienia między próbami 11 i 3 w analizowanych punktach pracy silnika Vaxell 60i z zamontowanym kolektorem 2

W pierwszym przypadku różnice te mieściły się w przedziale 11–16%, a w drugim 21–27%. To prowadzi do wniosku, że istotne jest również ustawienie kierownicy powietrza w zakresie przesunięcia linowego i obrotu kątowego. Przyjęcie wariantu, w którym wartości te wynoszą 0 mm i –12,5^o (próba 6) spowodowało, że wartość współczynnika napełnienia była gorsza niż w próbie 2, gdzie nie występowała kierownica powietrza.

Rys. 8.24. Różnica względna współczynnika napełnienia między próbami 11 i 6 w analizowanych punktach pracy silnika Vaxell 60i z zamontowanym kolektorem 2

Badania wykonane na silnikowym stanowisku hamulcowym z zamontowanym silnikiem Vaxell 60i wraz z kolektorem 2 potwierdziły w pełni zależności uzyskane zarówno w symulacjach komputerowych, jak i badaniach na stanowisku SBK-01: 1.

Z tego względu w pracach zmierzających do wdrożenia opracowanej konstrukcji kolektora 2 konieczne jest zastosowanie kierownicy powietrza o ustawieniu –6 mm i +12,5^o. Takie ustawienie powinno być wykonane na stałe bez możliwości zmiany położenia. Jest to istotne w przypadku silników spalinowych z przeznaczeniem do ultralekkich statków powietrznych, które muszą cechować się równomierną pracą, i co się z tym wiąże, zapewnieniem bezpieczeństwa podczas lotów w zróżnicowanych warunkach atmosferycznych i na różnych wysokościach.