Wpływ zmiany warunków rozpylenia paliwa na emisję składników toksycznych

Badania silnikowe wpływu zmiany warunków rozpylenia paliwa na emisję składników toksycznych spalin wykonano na silniku badawczym AVL 5804. Uzyskane wartości stężenia oraz emisji jednostkowej poszczególnych składników spalin przedstawiono dla trzech różnych położeń wtryskiwacza względem tłoka. Ponadto pomiary wykonano dla dwóch wartości prędkości obrotowej wału korbowego silnika wynoszących 1500 i 2000 obr/min oraz dwóch wartości ciśnienia wtrysku paliwa wynoszących odpowiednio 75 i 100 MPa. Czas wtrysku ustalono na 0,6 ms. Na rysunkach 7.17-7.24 przedstawiono wyniki pomiarów emisji związków szkodliwych spalin zarejestrowane podczas przeprowadzonych badań.

Stężenia poszczególnych związków szkodliwych w spalinach przedstawione na poniższych rysunkach 7.17 i 7.18 zarejestrowano przy ciśnieniu wtrysku paliwa wynoszącym 75 MPa oraz przy prędkości obrotowej wału korbowego silnika 1500 i 200 obr/min.

Rys. 7.17. Wpływ położenia wtryskiwacza na stężenia THC, CO, NOx i PM dla n = 1500 obr/min, Pwtr = 75 MPa

THC, CO, NOx[ppm]; PM [mg/m3] Położenie 1 Położenie 2 Położenie 3

106 Rys. 7.18. Wpływ położenia wtryskiwacza na stężenia THC, CO, NOx i PM dla

n = 2000 obr/min, Pwtr = 75 MPa

Dla pierwszego przypadku (rys. 7.17) przy najwyższym usytuowaniu wtryskiwacza odnotowano zmniejszenie stężenia THC o około 26%, natomiast w przypadku CO i PM odczytane stężenie uległo zmniejszeniu odpowiednio o około 30% i 55%. Zwiększeniu natomiast uległo stężenie NOx o około 65%. Podobne tendencje zaobserwowano podczas analizy (rys. 7.18). Zwiększenie odległości wtryskiwacza od tłoka spowodowało zmniejszenie stężenia CO o około 30% oraz zmniejszenie stężenia PM o około 48%. Jednocześnie zaobserwowano zwiększenie stężenia NOx o około 90%.

Rys. 7.19. Wpływ położenia wtryskiwacza na emisję THC, CO, NOx i PM dla n = 1500 obr/min, Pwtr = 75 MPa

Zależność emisji jednostkowej poszczególnych związków szkodliwych dla różnych wysokości usytuowania wtryskiwacza przedstawiono na (rys. 7.19 i 7.20). Przy prędkości obrotowej równej 1500 obr/min oraz ciśnieniu wtrysku 75 MPa, zwiększenie odległości wtryskiwacza od tłoka przyczyniło się do zmniejszenia emisji THC, CO oraz PM, przy czym najmniejsze wartości zaobserwowano dla położenia środkowego, zmniejszenie odpowiednio o około 30%, 35% i 60% w porównaniu do najniższego położenia.

72

THC, CO, NOx[ppm]; PM [mg/m3] Położenie 1 Położenie 2

THC, CO, NOx, PM [g/kWh] Położenie 1

Położenie 2 Położenie 3

107 Rys. 7.20. Wpływ położenia wtryskiwacza na emisję THC, CO, NOx i PM dla

n = 2000 obr/min, Pwtr = 75 MPa

W przypadku NOx największe wartości uzyskano dla najwyższego położenia wtryskiwacza, co oznacza wzrost wartości w porównaniu do położenia najniższego o około 70%. Po zwiększeniu prędkości obrotowej do 2000 obr/min (rys. 7.20), zaobserwowano następujące zależności: dla najwyższego położenia wtryskiwacza emisja CO zmalała o około 30%, zmniejszeniu uległa również emisja PM o około 50%. Zwiększyła się natomiast emisja NOx o około 85%. Emisja THC przy analizowanych parametrach pracy silnika pozostała na podobnym poziomie dla wszystkich trzech rozpatrywanych położeń wtryskiwacza.

Rys. 7.21. Wpływ położenia wtryskiwacza na stężenia THC, CO, NOx i PM dla n = 1500 obr/min, Pwtr = 100 MPa

Wyniki pomiarów stężenia analizowanych związków szkodliwych spalin dla ciśnienia wtrysku wynoszącego 100 MPa, przedstawiono na rysunkach 7.21 i 7.22. Przy prędkości obrotowej równej 1500 obr/min wraz ze zwiększaniem wysokości usytuowania wtryskiwacza stężenie THC uległo zmniejszeniu o około 15%. W przypadku stężenia CO odnotowano najmniejszą wartość dla najniższego położenia wtryskiwacza, a najwyższą wartość dla położenia środkowego. Ponadto dla najwyższego położenia wtryskiwacza

1,0

THC, CO, NOx[ppm]; PM [mg/m3] Położenie 1

Położenie 2 Położenie 3

108 zanotowano zmniejszenie stężenia PM o około 40% oraz zwiększenie stężenia NOx o około 55%.

Rys. 7.22. Wpływ położenia wtryskiwacza na stężenia THC, CO, NOx i PM dla n = 2000 obr/min, Pwtr = 100 MPa

Po zwiększeniu prędkości obrotowej do 2000 obr/min (rys. 7.22), zaobserwowano podobne zależności w zakresie emisji CO, NOx i PM. Przy najwyższym usytuowaniu wtryskiwacza zaobserwowano zmniejszenie stężenia CO o około 30%. Stężenie NOx uległo zwiększeniu o około 80%, natomiast w przypadku PM odnotowano niemal 65% zmniejszenie stężenia.

Odwrotna zależność wystąpiła w przypadku stężenia THC najniższa zmierzona wartość występowała przy najniższym położeniu wtryskiwacza, co odpowiada zmniejszeniu o około 15% w stosunku do położenia najwyższego, przy którym odnotowano największe stężenie CO.

Rys. 7.23. Wpływ położenia wtryskiwacza na emisję THC, CO, NOx i PM dla n = 1500 obr/min, Pwtr = 100 MPa

Emisja jednostkowa poszczególnych związków szkodliwych po zwiększeniu ciśnienia wtrysku do 100 MPa została przedstawiona na rysunkach 7.23 i 7.24. Przy 1500 obr/min najniższa wartość stężenia THC oraz PM zanotowana została dla najwyższego usytuowania

114

THC, CO, NOx, PM [g/kWh] Położenie 1

Położenie 2 Położenie 3

109 wtryskiwacza (odpowiednio o około 20% i około 35% mniej niż dla najniższego zamocowania wtryskiwacza). Emisja jednostkowa CO, podobnie jak w przypadku stężeń, osiąga najwyższą wartość dla środkowego położenia wtryskiwacza, a najmniejszą dla najniższego położenia wtryskiwacza (różnica wynosi około 20%). Dla najwyższego usytuowania wtryskiwacza, emisja jednostkowa NOx uległa zwiększeniu o około 40%. Przy prędkości obrotowej wynoszącej 2000 obr/min (rys. 7.24), zaobserwowano następujące zależności: dla najwyższego położenia wtryskiwacza zmniejszeniu uległa emisja CO (o około 30%) oraz PM (o około 45%). Zwiększeniu uległa natomiast emisja THC (o około 40%) oraz emisja NOx (o około 90%).

Rys. 7.24. Wpływ położenia wtryskiwacza na emisję THC, CO, NOx i PM dla n = 2000 obr/min, Pwtr = 100 MPa

Zwiększenie wysokości usytuowania wtryskiwacza przyczynia się do poprawy procesu spalania, co przekłada się na zmniejszenie emisji THC oraz CO. Większa odległość wtryskiwacza od tłoka, skutkuje prawdopodobnie tym, że większa ilość paliwa ulegnie odparowaniu, zanim osiągnie ściankę cylindra lub tłoka. Zwiększoną emisję NOx i PM można ograniczyć poprzez zastosowanie układów oczyszczania spalin, takich jak: filtr cząstek stałych oraz układ katalitycznej redukcji tlenków azotu.

1,5

5,6

9,5

1,3 0,8

6,4 6,5

1,1 1,1

8,2

5,0

1,5

0 5 10 15 20 25

THC CO NOx PM*10

THC, CO, NOx, PM [g/kWh] Położenie 1

Położenie 2 Położenie 3

110