Praca dotyczy problemu badawczego związanego z zasilaniem silnika z zapłonem iskrowym mieszanką wzbogaconą w tlen na wskaźniki robocze silnika i emisję toksycznych składników spalin. Przedstawiono metody wzbogacania powietrza w tlen oraz przeprowadzono ich analizę pod względem ich przydatności w zastosowaniu do silników pojazdów samochodowych. Zaprezentowano wyniki analizy literatury dotyczącej tego zagadnienia. Wykonano symulację komputerową procesu spalania sporządzoną na podstawie opracowanego modelu matematycznego. Te wstępne prace wyznaczyły kierunek oraz zakres badań stanowiskowych silnika. Zbudowano stanowisko badawcze z silnikiem wyposażonym w układ dolotowy, umożliwiający tworzenie ładunku o dowolnym udziale doprowadzanego do silnika powietrza, tlenu i spalin. Na potrzeby badań opracowano w programie LabVIEW algorytm pozwalający na kompleksowe sterowanie parametrami pracy silnika oraz na akwizycję danych. Badania stanowiskowe zostały podzielone na etapy, z których pierwszy obejmował wykonanie charakterystyk porównawczych przy zasilaniu standardową mieszanką paliwowo powietrzną. W drugim etapie badań stopniowo zwiększano udział tlenu w ładunku przy zachowaniu stałego współczynnika napełnienia i nadmiaru utleniacza. Współczynnik nadmiaru utleniacza został zdefiniowany na potrzeby badań w miejsce istniejącego współczynnika nadmiaru powietrza. W trzecim etapie badań wprowadzono do ładunku recyrkulację spalin. W trakcie badań zwiększano stopień recyrkulacji aż do całkowitego wyeliminowania powietrza z ładunku, przy stałym udziale tlenu w mieszance, wynoszącym 21%. W kolejnym etapie badań wprowadzano do silnika ładunek składający się z paliwa spalin i tlenu, zwiększając stężenie tlenu w ładunku, przy zachowaniu stałych parametrów z poprzednich etapów badań, takich jak: prędkość obrotowa współczynnik napełnienia i współczynnik nadmiaru utleniacza. W ostatnim etapie wykonano badania polegające na zwiększaniu współczynnika nadmiaru utleniacza dla wybranego stężenia tlenu w ładunku, w którym azot zastąpiono spalinami. Otrzymane wyniki badań zostały poddane analizie w symulacji komputerowej, prowadzonej w programach Kiva3v i Kintekus. Celem symulacji było znalezienie zależności między zwiększoną ilością tlenu w ładunku dostarczonego do silnika, a wskaźnikami pracy silnika oraz emisją toksycznych składników spalin. Wyniki symulacji wyjaśniły zjawiska zachodzące w czasie procesu spalania i potwierdziły otrzymane wyniki badań doświadczalnych.
This work makes a complex study of the problem related to the effect of spark ignition engine feeding with an oxygen-enriched mixture on the engine performance and emission of exhaust gas toxic components. The paper presents also methods of enriching the air with oxygen together with analysis of their suitability for automotive vehicles engines. The paper presents results of literature analysis referred to this problem and computer simulation of combustion process made on the basis of zero-dimensional mathematic model. This preliminary work set direction and range of engine test stand research. Bench research was conducted on a modified test engine. Inlet system was the main element of the engine subjected to modification. It was designed and made to enable the charge formation of any proportions of air, oxygen and exhaust gas. Complex control of engine parameters and data acquisition system was elaborated with use of LabVIEW program especially for engine investigation purposes. Test stand researches were divided into several stages. The first stage included preparing the comparative characteristics for engine feeding with standard air-fuel mixture. The second stage included gradual increasing of air fraction with constant filling coefficient and oxidant excess number. For the research purposes oxidant excess number was defined in place of the standard excess air number. In the third stage combustion gas recirculation was introduced. The degree of recirculation was increased gradually with the constant value of oxygen fraction in the mixture 21%, until complete elimination of air from the charge. In the next stage a charge consists of fuel, exhaust gas and oxygen was introduced to the engine. Air concentration was increased gradually maintaining constant parameters from earlier stages of research such as: rotational speed, filling coefficient and oxidant excess number. In the last stage oxidant excess number was increased gradually for chosen value of oxygen concentration in the charge with full exhaust gas recirculation. Obtained results of tests were analyzed in the computer simulation process to find correlation between increased oxygen in charge volume, engine work parameters and exhaust gas components emission. Two computer programs – Kiva3v and Kintekus were used to describe combustion processes in the investigated engine. Simulation of phenomena occurring during combustion process explained obtained results.
Diese Veröffentlichung bietet eine umfassende Studie über die Fragen über die Einspeisung des Verbrennungsmotors mit sauerstoffangereicherte Gemisch und die Einfluss von diese Einspeisung an die Motorparameter und die Emission. Der Beitrag stellt die Methode der Anreicherung der Luft mit Sauerstoff der und führte ihre Analyse in Bezug auf ihre Nützlichkeit in Anwendungen für Kraftfahrzeugmotor. Die Ergebnisse der Analyse der Literatur zu diesem Thema und Computersimulation des Verbrennungsprozesses auf der Grund von einem mathematischen Modell wurden auch besprochen. Die Ergebnisse haben die Richtung und den Umfang der Motorforschung am Prüfstand gesetzt. Als Forschungsobjekt wird ein Motor mit modifiziertem Ansaugsystem gewählt. Die Modifikationen erlauben die Möglichkeit die beliebige Zusammensetzung von Beteiligung von Luft Sauerstoff und Abgas im Gemisch zu bilden. Für die Forschungszwecke wird ein Algorithmus in LabVIEW Programm entwickelt, das die Kontrolle der Betriebsparameter des Motors und Datenerfassung erlaubt. Die Forschungsarbeit am Prüfstand wurde Stufenweise gemacht. In der ersten Stufe werden die vergleichenden Leistungseigenschaften des Motors bei Einspeisung von Standardgemisch gemacht. In der zweiten Stufe der Untersuchung wurde schrittweise im Verhältnis von Sauerstoff bei konstanter Belastung, Füllfaktor und überschüssiges Oxidationsmittel erhöht. Anstelle des konventionellen Luft-Kraftstoffs Verhältnis für dieses Forschungsproblem wird ein sog. Oxidationsmittel-Überschuss Koeffizient definiert. In der dritten Stufe wird der Ladung mit der Abgasrückführung eingeführt. In dieser Stufe wird die Rezirkulazionsrate im Gemisch schrittweise erhöht, bei einem konstanten Sauerstoffanteil von 21%. In der nächsten Stufe das zugeführte Gemisch besteht aus: Brennstoffgas, Sauerstoff and Abgas. Die Sauerstoffkonzentration wird Schrittweise gestiegen. In diesem Fall werden die konstanten Parameter wie: Drehzahl, Füllfaktor und Koeffizient von Oxidationsmittelüberschuss festgestellt. In den letzten Schritt werden die Forschung bei erhöhen Anteil von Oxidationsmittel und gleichzeitig bei Ersetzung des Stickstoffes durch Abgas. Die erhaltenen Ergebnisse wurden in einer Computersimulation analysiert, durchgeführt in der Programm Kiva3v und Kintekus. Der Zweck der Simulation war, um eine Korrelation zwischen einer erhöhten Menge an zugeführten Sauerstoff und die Motorlast und toxischen Komponenten von Abgas zu finden. Die Ergebnisse der Simulation erklärt die Phänomene während des Verbrennungsprozesses und bestätigte die Ergebnisse der experimentellen Studien.
