Recyrkulacja_spalin.pdf

RECYRKULACJA SPALIN

Opracowaþ:

Dariusz Kuglarz

Cele i zadania recyrkulacji spalin

Zagadnienie recyrkulacji spalin, czyli powtrnego wykorzystania gazw

spalinowych, ktre sĢ duŇym noĻnikiem bezpowrotnie traconej energii,

interesowaþo konstruktorw od poczĢtku rozwoju konstrukcji silnika spalinowego.

W latach osiemdziesiĢtych zaobserwowano wzrost zainteresowania ukþadami

recyrkulacji spalin, gþwnie w odniesieniu do silnikw o zapþonie iskrowym.

W silnikach o zapþonie samoczynnym recyrkulacja na skalħ przemysþowĢ znalazþa

zastosowanie w koıcu lat dziewiħędziesiĢtych, gdzie jest traktowana jako

podstawowy Ļrodek ograniczajĢcy wartoĻę toksycznych tlenkw azotu NO x

w spalinach.

Jak wiemy, pojazdy samochodowe emitujĢ do atmosfery przede wszystkim

takie produkty spalania, jak: tlenek wħgla CO, dwutlenek wħgla CO 2 , wħglowodory

HC, tlenki azotu NO x oraz czĢstki staþe, zwiĢzki oþowiu i siarki.

ZwiĢzki tlenkw azotu zaliczane sĢ do najbardziej toksycznych gazw

spalinowych. PowstajĢ podczas procesu spalania w wysokich temperaturach.

Najwiħcej uwagi z toksycznego punktu widzenia poĻwiħca siħ dwutlenkowi azotu

NO 2, ktry przede wszystkim wystħpuje z tlenkiem azotu NO w aglomeracjach

miejskich, powstajĢc gþwnie w wyniku czþowieka, a obecnie w wyniku

motoryzacyjnych skaŇeı powietrza. Udziaþ emisji zwiĢzkw azotu wytwarzanych

przez pojazdy samochodowe w porwnaniu z innymi Ņrdþami emisji przedstawia

rys.1. Do poþowy lat siedemdziesiĢtych emisja tlenkw azotu byþa w gþwnej

mierze wynikiem dziaþalnoĻci przemysþu i energetyki, natomiast w pŅniejszych

latach w jego wytwarzaniu coraz wiħkszy udziaþ zaczħþa braę motoryzacja.

Rys.1. Emisja tlenkw azotu w Niemczech.

WielkoĻę emisji tlenkw azotu zaleŇy od wartoĻci szczytowych temperatur

podczas spalania oraz czasu ich oddziaþywania. W spalinach wystħpuje praktycznie

jedynie tlenek azotu NO, ktry w przewodach wylotowych i dalej w atmosferze

samoczynnie siħ utlenia do dwutlenku azotu NO 2 .

Generalnie stħŇenie NO x w spalinach roĻnie wraz:

- ze wzrostem obciĢŇenia silnika,

- ze wzrostem stopnia sprħŇania,

- ze wzrostem temperatury silnika.

Dla silnikw ZS maksymalne stħŇenie NO x wystħpuje przy znamionowych

(lub zbliŇonych do nich) warunkach pracy silnika, natomiast dla silnikw ZI

wystħpuje w takich warunkach pracy, dla ktrych uzyskujĢ one najwiħkszĢ

sprawnoĻę.

IstniejĢcy poziom technologii produkcji, trudna sytuacja na rynku

paliwowym oraz brak istotnych postħpw w pracach nad alternatywnymi Ņrdþami

napħdu, ktre mogþyby byę wprowadzone na skalħ przemysþowĢ, powoduje,

iŇ obecnie wymagania konstruktorw skupiona jest na nowoczesnych

konstrukcjach silnikw o zapþonie samoczynnym, najczħĻciej doþadowanych

z wtryskiem bezpoĻrednim.

Normy i przepisy dotyczĢce ograniczenia emisji toksycznych skþadnikw

spalin silnikw o zapþonie samoczynnym zaczħto wprowadzaę znacznie pŅniej niŇ

dla silnikw o zapþonie iskrowym. Dotychczasowy rozwj silnikw o zapþonie

samoczynnym zmierzaþ do poprawienia ich wþasnoĻci uŇytkowych (osiĢgw,

przebiegw miħdzynaprawczych itp.), natomiast zaniedbano kwestiħ toksycznoĻci

spalin. Gdy na rynku samochodowym pojawiþa siħ znaczĢca liczba pojazdw

wyposaŇonych w silniki o zapþonie samoczynnym, rozpoczħto intensywne

poszukiwanie drg zmniejszajĢcych emisjħ toksycznych skþadnikw spalin

wydzielanych przez silniki tego typu.

ObniŇenie emisji tlenkw azotu NO x moŇna uzyskaę zmniejszajĢc

maksymalne temperatury spalania, co moŇemy osiĢgnĢę dziħki zastosowaniu

ukþadu recyrkulacji spalin EGR (Exhaust Gas Recirculation). Wprowadzenie czħĻci

spalin z powrotem do cylindra pozwala zmniejszyę iloĻę tlenu dostħpnego

w komorze spalania, w rezultacie ograniczajĢc rwnieŇ iloĻę paliwa jakĢ moŇna

spalię. W zwiĢzku z tym w cylindrze wywiĢzuje siħ mniejsza iloĻę ciepþa,

a w konsekwencji obniŇeniu ulega maksymalna temperatura obiegu i emisja NO x .

Rozcieıczenie þadunku wywoþane dostarczeniem pewnej iloĻci spalin wraz ze

ĻwieŇym þadunkiem powoduje wydþuŇenie czasu spalania i wzrost emisji HC, CO

i NO x (rys.2) wskutek zwiħkszania siħ strefy wygaszania pþomienia na Ļciankach

cylindra. Stopieı recyrkulacji ograniczony jest granicĢ zapalnoĻci mieszanki, przy

czym stopieı recyrkulacji definiowany jest jako:

•

= pow

EGR

•

lub

•

EGR

•

pow

gdzie:

m - masowe natħŇenie zawracanych spalin,

m - masowe natħŇenie powietrza w ukþadzie dolotowym.

Rys. 2. Wpþyw recyrkulacji spalin na emisjħ toksycznych skþadnikw w spalinach silnika ZS.

•

pow

Stopieı recyrkulacji uzaleŇniony jest od obciĢŇenia silnika, jego prħdkoĻci

obrotowej oraz stanu cieplnego (rys3).

Rys.3. Przebieg zmian wielkoĻci recyrkulacji w zaleŇnoĻci od obciĢŇenia i prħdkoĻci obrotowej

silnika .

Analiza charakterystyk recyrkulacji silnikw o zapþonie samoczynnym

wskazuje, Ňe w zakresie maþych obciĢŇeı stopieı recyrkulacji siħga 60% i maleje

do zera przy duŇych obciĢŇeniach (rys.4). Najwiħkszy stopieı recyrkulacji

stosowany jest przy maþych i Ļrednich prħdkoĻciach obrotowych.

Rys.4. Charakterystyka recyrkulacji spalin typowego silnika.

Oddziaþywanie recyrkulacji na parametry zwiĢzane z procesem spalania

w silniku o zapþonie samoczynnym spowodowane jest przez:

1) zmniejszenie koncentracji tlenu w þadunku:

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: