[ Pobierz całość w formacie PDF ]
POLITECHNIKA KRAKOWSKA im. TADEUSZA KO
ĺ
CIUSZKI
WYDZIAŁ MECHANICZNY
INSTYTUT POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH I SILNIKÓW
SPALINOWYCH
KATEDRA SILNIKÓW SPECJALNYCH
Sławomir Dudek
WPŁYW RECYRKULACJI SPALIN NA PARAMETRY
SILNIKA O ZAPŁONIE ISKROWYM ZASILANEGO GAZEM
ZIEMNYM
ROZPRAWA DOKTORSKA
Promotor
Prof. zw. dr hab. in
Ň
. Bronisław Sendyka
Kraków 2005
Spis tre
Ļ
ci
WST
Ħ
P
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2. GAZ ZIEMNY JAKO ALTERNATYWNE PALIWO DO ZASILANIA TŁOKOWYCH
SILNIKÓW SPALINOWYCH
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.
GAZ ZIEMNY – PALIWO I SUROWIEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.
FIZYKOCHEMICZNE WŁA
ĺ
CIWO
ĺ
CI GAZU ZIEMNEGO JAKO PALIWA
SILNIKOWEGO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.
STAN ROZWOJU TŁOKOWYCH SILNIKÓW SPALINOWYCH ZASILANYCH GAZEM
ZIEMNYM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
7
9
10
12
15
3.
ANALIZA TEORETYCZNA WPŁYWU RECYRLULACJI SPALIN NA PRZEBIEG
PROCESU SPALANIA I TOKSYCZNO
ĺĘ
SPALIN W SILNIKU ZASILANYM GAZEM
ZIEMNYM
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
4.
PRZEGL
ġ
D ROZWI
ġ
ZA
İ
KONSTRUKCYJNYCH UKŁADÓW RECYRKULACJI
SPALIN I UZYSKIWANE WYNIKI W TŁOKOWYCH SILNIKACH SPALINOWYCH
. . .
4.1.
ROZWI
ġ
ZANIA KONSTRUKCYJNE UKŁADÓW RECYRKULACJI SPALIN . . . . . . . . .
4.2.
WŁA
ĺ
CIWO
ĺ
CI SILNIKA PRZY STOSOWANIU RECYRKULACJI SPALIN . . . . . . . . . .
27
27
34
43
5.
CEL, TEZA I PROGRAM PRACY
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.
OBLICZENIA TERMODYNAMICZNE PROCESÓW ROBOCZYCH SILNIKA ZI
Z RECYRKULACJ
ġ
SPALIN
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1.
OBLICZENIA PROCESU TWORZENIA ŁADUNKU W SILNIKU ZI
Z RECYRKULACJ
ġ
SPALIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1.1. Zało
Ň
enia do oblicze
ı
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1.2. Opis oblicze
ı
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .
6.1.3. Analiza symulacyjna
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1.4. Wnioski z przeprowadzonych oblicze
ı
termodynamicznych
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45
45
45
46
53
58
59
7.
WYBÓR I PRZYGOTOWANIE OBIEKTU BADA
İ
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.1.
ADAPTACJA SILNIKA O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM 4CTi94D DO ZASILANIA
GAZEM ZIEMNYM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.1.1. Głowica
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.1.2. Komora spalania
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.1.3. Układ zapłonowy
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.1.4. Układ zasilania paliwem gazowym
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.1.5. Układ dolotowy
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.1.6. Układ chłodzenia
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.1.7. Układ wylotowy
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
60
60
61
62
63
66
68
68
7.2.
PORÓWNANIE OSI
ġ
GÓW SILNIKA ZASILANEGO GAZEM ZIEMNYM 4CTi94CNG
I KONSTRUKCJI WYJSCIOWEJ ZASILANEJ OLEJEM NAP
Ħ
DOWYM 4CTi94D . . . . . .
69
74
74
74
74
75
76
77
80
8.
WARUNKI I METODYKA PROWADZENIA BADA
İ
DO
ĺ
WIADCZALNYCH
. . . . . . . . .
8.1.
OPIS STANOWISKA BADAWCZEGO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.1.1. Pomiary momentu obrotowego
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.1.2. Pomiary zu
Ň
ycia paliwa
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.1.3. Pomiary toksyczno
Ļ
ci spalin
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.1.4. Pomiary parametrów recyrkulacji spalin
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2.
CHARAKTERYSTYKA PALIWA GAZOWEGO STOSOWANEGO PODCZAS BADA
İ
. .
8.3.
METODYKA BADA
İ
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
WYKAZ SYMBOLI I SKRÓTÓW
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.
WYNIKI BADA
İ
DO
ĺ
WIADCZALNYCH I ICH ANALIZA
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.1.
WPŁYW OBCI
ġņ
ENIA I PR
Ħ
DKO
ĺ
CI OBROTOWEJ NA PRAC
Ħ
SILNIKA Z
RECYRKULACJ
ġ
SPALIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.2.
WPŁYW STOPNIA RECYRKULACJI I CHŁODZENIA RECYRKULOWANYCH
SPALIN NA SKŁAD SPALIN, ZU
ņ
YCIE PALIWA I OBCI
ġņ
ENIE SILNIKA . . . . . . . . . .
9.3.
WPŁYW K
ġ
TA WYPRZEDZENIA ZAPŁONU NA PRAC
Ħ
SILNIKA Z
RECYRKULACJ
ġ
SPALIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9.4.
WPŁYW SKŁADU MIESZANKI PALIWOWO-POWIETRZNEJ NA TOKSYCZNO
ĺĘ
SPALIN SILNIKA Z RECYRKULACJ
ġ
SPALIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10. ZBIORCZE ZESTAWIENIE WYNIKÓW BADA
İ
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11. PODSUMOWANIE I WNIOSKI
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.1. WNIOSKI POZNAWCZE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11.2. WNIOSKI U
ņ
YTKOWE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
LITERATURA
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
84
84
96
101
105
110
115
115
127
119
ZAŁ
ġ
CZNIKI
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ZAŁ
ġ
CZNIK 1. OCENA BŁ
Ħ
DÓW POMIARÓW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ZAŁ
ġ
CZNIK 2. DOKUMENTACJA FOTOGRAFICZNA STANOWISKA BADAWCZEGO . . . . . .
124
124
128
9.
WYKAZ SYMBOLI I SKRÓTÓW
.
Wykaz symboli i skrótów
Lp.
Symbol
Jednostka miary
Definicja
alfabet łaci
ı
ski
1.
n
s
[obr/min]
pr
ħ
dko
Ļę
obrotowa silnika
2.
M
o
[Nm]
moment obrotowy
3.
N
e
[kW]
moc efektywna
4.
Q
n
[Nm
3
/h]
obj
ħ
to
Ļ
ciowe godzinowe zu
Ň
ycie paliwa
5.
G
e
[kg/h]
masowe godzinowe zu
Ň
ycie paliwa
6.
g
e
[g/kWh]
jednostkowe zu
Ň
ycie paliwa
7.
p
e
[bar]
Ļ
rednie ci
Ļ
nienie efektywne
8.
T
s
[°C]
temperatura spalin
9.
T
d
[°C]
temperatura powietrza zasysanego przez silnik
10.
p
ot
[kPa]
ci
Ļ
nienie otoczenia
11.
p
d
[bar]
ci
Ļ
nienie w układzie dolotowym silnika
12.
T
EGR
[°C]
temperatura recyrkulowanych spalin
13.
X
EGR
[%]
stopie
ı
recyrkulacji
14.
m
EGR
[kg]
masa recyrkulowanych spalin
ciepło wła
Ļ
ciwe recyrkulowanych spalin przy
stałym ci
Ļ
nieniu
15.
c
pEGR
[kJ/kg deg]
16.
R
s
[kJ/kg deg]
stała gazowa spalin
17.
W
d
[MJ/kg]
warto
Ļę
opałowa paliwa
18.
Q
c
[MJ/kg]
ciepło spalania
19.
L
o
[kg
pow
/kg
pal
]
stała stechiometryczna paliwa
20.
F
H
[kg]
obci
ĢŇ
enie ramienia hamulca
21.
r
H
[m]
długo
Ļę
ramienia hamulca
22.
g
[m/s
2
]
przyspieszenie ziemskie
23.
i
[-]
liczba cylindrów silnika
24.
V
s
[m
3
]
obj
ħ
to
Ļę
skokowa jednego cylindra silnika
25.
d
[mm]
Ļ
rednica cylindra silnika
26.
h
[mm]
skok tłoka
st
ħŇ
enie tlenku w
ħ
gla w spalinach na wylocie
z silnika
27.
CO
w
[% obj.]
st
ħŇ
enie dwutlenku w
ħ
gla w spalinach na wylocie
z silnika
28.
CO
2 w
[% obj.]
st
ħŇ
enie dwutlenku w
ħ
gla na dolocie do cylindra
silnika
29.
CO
2 d
[% obj.]
st
ħŇ
enie niespalonych w
ħ
glowodorów w
spalinach na wylocie z silnika
30.
THC
w
[ppm obj.]
st
ħŇ
enie tlenków azotu w spalinach na wylocie
z silnika
31.
NO
x w
[ppm obj.]
32.
U
s
[mV]
napi
ħ
cie sondy lambda
33.
W
B
[MJ/Nm
3
]
liczba Wobbego
wzgl
ħ
dny współczynnik
Ļ
ci
Ļ
liwo
Ļ
ci gazu
ziemnego
34.
Z
[-]
współczynnik przenikania ciepła przez
Ļ
ciank
ħ
kolektora dolotowego
35.
k
[-]
.
4
WYKAZ SYMBOLI I SKRÓTÓW
.
Lp.
Symbol
Jednostka miary
Definicja
36.
m
g
[kg]
dawka paliwa gazowego
37.
T
g
[°C]
temperatura dawki paliwa gazowego
ciepło wła
Ļ
ciwe gazu ziemnego przy stałym
ci
Ļ
nieniu
38.
c
pg
[kJ/kg deg]
39.
R
g
[kJ/kg deg]
stała gazowa gazu ziemnego
40.
R
p
[kJ/kg deg]
stała gazowa powietrza
alfabet grecki
41.
a
[°OWK]
k
Ģ
t obrotu wału korbowego
42.
a
z
[°OWK] wzg.
GMP
k
Ģ
t wyprzedzenia zapłonu
43.
h
o
[%]
sprawno
Ļę
ogólna silnika
44.
h
v
[%]
sprawno
Ļę
napełnienia cylindra
45.
h
m
[%]
sprawno
Ļę
mechaniczna silnika
46.
h
t
[%]
sprawno
Ļę
teoretyczna obiegu pracy silnika
47.
h
i
[%]
sprawno
Ļę
indykowana silnika
48.
h
c
[%]
sprawno
Ļę
cieplna silnika
49.
l
[-]
współczynnik nadmiaru powietrza
50.
b
[-]
współczynnik redukcji na warunki normalne
51.
r
g
[kg/m
3
]
g
ħ
sto
Ļę
gazu ziemnego
52.
r
p
[kg/m
3
]
g
ħ
sto
Ļę
powietrza
53.
j
p
[%]
otwarcie przepustnicy
54.
e
[-]
stopie
ı
spr
ħŇ
ania
55.
t
[-]
połowa liczby suwów obiegu pracy silnika
56.
D
[-]
g
ħ
sto
Ļę
gazu ziemnego wzgl
ħ
dem powietrza
Skróty
EGR
Exhaust Gas Recirculation
– recyrkulacja spalin
LNG
Liquefied Natural Gas
– skroplony gaz ziemny
CNG
Compressed Natural Gas
– spr
ħŇ
ony gaz ziemny
LPG
Liquid Petroleum Gas
– ciekły gaz propan-butan
THC
Total Hydrocarbons
– suma niespalonych w
ħ
glowodorów
PM
Particulate Matter
– cz
Ģ
stki stałe
ON olej nap
ħ
dowy
NO
x
tlenki azotu
CO tlenek w
ħ
gla
CO
2
dwutlenek w
ħ
gla
Nm
3
normalny metr sze
Ļ
cienny
GMP górne martwe poło
Ň
enie tłoka
.
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]