Badawcza analiza wtrysku paliwa w aspekcie właściwości
Transkrypt
Badawcza analiza wtrysku paliwa w aspekcie właściwości
Paweł Michał Stobnicki Politechnika Poznańska / Instytut Silników Spalinowych i Transportu Stypendysta projektu pt. „Wsparcie stypendialne dla doktorantów na kierunkach uznanych za strategiczne z punktu widzenia rozwoju Wielkopolski”, Poddziałanie 8.2.2 Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki Badawcza analiza wtrysku paliwa w aspekcie właściwości ekologicznych silnika o zapłonie samoczynnym Stale rosnące wymagania stawiane silnikom spalinowym, a przede wszystkim normy emisji spalin sprawiły, że rozwój układów zasilania silników na przełomie ostatnich kilkudziesięciu lat, głównie w zakresie materiałów oraz elektronizacji przyczynił się znacznie do optymalizacji procesu spalania. Aktualne charakterystyki eksploatacyjne osiągane przez silniki spalinowe odpowiadają zapotrzebowaniu użytkowników pojazdów oraz wymogom ekologicznym. Konstrukcja układu wtryskowego, która zapewnia prawidłowe rozpylenie paliwa jest ściśle powiązana z elementami wykonawczymi wchodzącymi w skład wtryskiwacza oraz z wysokimi wartościami ciśnienia paliwa doprowadzanego do rozpylacza. Obecnie produkowane układy wtryskowe typu Common Rail, pozwalają na sprostanie wymaganiom stawianym silnikom o zapłonie samoczynnym. Wysokie ciśnienie wtrysku, a także możliwość sterowania podziałem dawki paliwa w aspekcie modyfikacji przebiegu procesu spalania sprawiły, że układy tego typu zastąpiły konwencjonalne systemy zasilania silników spalinowych o zapłonie samoczynnym, które wykorzystywały tradycyjne rozdzielaczowe pompy wtryskowe, jak również układy z pompowtryskiwaczami. Możliwość kontrolowania sposobu doprowadzenia paliwa do komory spalania w celu optymalnego przebiegu procesu spalania, przy jednoczesnym zachowaniu niskiej emisji związków szkodliwych, a także zapewnienie wysokich parametrów eksploatacyjnych tj. moment obrotowy i moc, wiąże się z koniecznością bezawaryjnej pracy całego układu w jak najdłuższym okresie jego eksploatacji. Realizowana praca doktorska pt. Badawcza analiza wtrysku paliwa w aspekcie właściwości ekologicznych silnika o zapłonie samoczynnym, przedstawia możliwości wykorzystania nowej metody badawczej, służącej do optycznej analizy przebiegu procesu rozpylenia i spalania. Zastosowanie wykorzystanej w pracy metody do badań silników spalinowych seryjnie produkowanych jest znacznie utrudnione, ale jednocześnie możliwe do Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego zrealizowania. Aktualnie badania tego typu wykonywane są głównie na specjalnych stanowiskach badawczych w laboratoriach oraz ośrodkach badawczo-rozwojowych specjalizujących się w tego typu badaniach, zlokalizowanych również na terenie województwa wielkopolskiego. Wykorzystana w pracy metoda rejestracji procesów zachodzących w komorze spalania silnika spalinowego, pozwala na szeroką analizę rzeczywistej jednostki badawczej podczas jej pracy, co jest główną zaletą technik optycznych. Dzięki temu technologia rejestracji procesów przy użyciu kamery z jednoczesnym pomiarem ciśnień jest coraz częstszą metodą analizy toku rozprzestrzeniania mieszanki paliwowo-powietrznej w cylindrze silnika spalinowego. Pomimo znacznych utrudnień związanych z zastosowaniem metody w produkcji seryjnej silników spalinowych, a także rejestracji obrazów wewnątrz cylindra, metoda badań optycznych pozwala na znaczące zmniejszenie nakładów finansowych koncernów motoryzacyjnych produkujących nowe jednostki silnikowe. Dodatkową korzyścią jest ponadto uzyskanie szczegółowej analizy procesów zachodzących w komorze spalania nowoczesnych silników, a procesy rozpylenia i spalania paliwa w układach wtryskowych dostarczają szereg nowych informacji w zakresie wielkości szybkozmiennych. W związku z przedstawionym stanem rzeczy, za przedmiot rozprawy postawiono analizę wtrysku paliwa w aspekcie właściwości ekologicznych silnika o zapłonie samoczynnym. Zagadnienie to postanowiono rozwiązać na drodze szczegółowej analizy rozpylenia oleju napędowego. Modelowe badania rozpylenia paliwa wykonane na stanowisku pozasilnikowym, zweryfikowane badaniami symulacyjnymi z wykorzystaniem oprogramowania AVL Fire 2010, skojarzono z wynikami pomiarów emisyjnych związków toksycznych spalin silnika o zapłonie samoczynnym. Uzyskano dzięki temu zależności, które pozwalają na podstawie badań optycznych rozpylenia paliwa, przewidywać zmiany emisji związków toksycznych spalin. Pozwoli to w rezultacie wykorzystywać przyjętą metodę do poprawiania emisyjności. Kolejną zaletą przyjętej metodyki jest ograniczenie w procesie optymalizacji wtrysku paliwa badań silnikowych, na rzecz relatywnie tanich oraz łatwych do wykonania badań wizualizacyjnych rozpylenia. Badania i analiza wtrysku paliwa, a także jego rozpylenia pozwolą na poszerzenie wiedzy konstruktorów w tej dziedzinie. Uzyskany materiał badawczy w rezultacie pozwoli na szerszą analizę procesów zachodzących w komorze spalania silnika spalinowego, co w konsekwencji umożliwi znaczące ograniczenie emisji toksycznych składników spalin, zmniejszenie zużycia paliwa oraz zasobów energetycznych województwa i kraju. Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego